大型薄壁拱頂油罐遠距離整體移位技術

馮 昕

中國石化安徽石油分公司 安徽合肥 230009

石油的開采、煉制、消費離不開油庫，而油罐是油庫的主體設備，其中立式鋼制拱頂油罐又是油庫中最常見的油罐類型。

拱頂油罐是罐頂接近于球形、罐體為圓柱形的一種容器，因其制造加工比較簡單，耗鋼材量少，施工容易，造價低，可承受較高的剩余壓力，加裝內浮盤后罐內液體介質的蒸發損耗少，在國內外石油化工企業得到了廣泛應用。

近年來，隨著我國經濟實力的不斷增強，從經濟發展的全局出發，國家對于石油化工產業提出了更高的發展要求，明確要求在石油化工企業健康快速發展的同時，將安全綠色生產擺在突出位置，實現經濟發展模式的科學轉變。為此，近年針對石油化工行業，國家密集出臺了多項安全、環保政策，并對相關行業規范進行了從嚴修訂。對于成品油銷售企業來說，這直接導致了部分早期建設的油罐與周邊環境的安全距離無法滿足新要求，逐漸面臨拆除甚至油庫整體搬遷的困境。采取拆除或搬遷的方法雖然能夠滿足新的安全環保要求，但也給企業帶來了較大的經濟損失，對企業的正常經營和持續發展造成不利影響。通過對油庫內現有油罐進行移位，既能節省大量投資、最大程度減少對油庫的正常經營作業的影響，又能使之符合現行安全環保的要求，不失為一個好的辦法。

1 油罐特點描述

需移位的拱頂油罐，通常具備以下特點：

（1）罐體直徑大，壁板薄，重量重；

（2）建設年代較早，施工標準不高，罐體本身受腐蝕較嚴重；

（3）施工場地布局緊湊，移位道路極其狹窄；

（4）移位距離遠，且施工工期要求緊張；

（5）油庫邊經營邊施工，施工現場安全管理要求高。

2 油罐移位施工工藝對比

根據以往的施工經驗，油罐移位通常采取以下4種施工工藝：

（1）采用起重機配合拖車運輸進行整體移位。該方法適用于體積小、重量輕（小于30t）的小型油罐，而對于直徑大、重量大的油罐，因裝車極不方便，且安全隱患大，顯然是不適用的。

（2）先將油罐切割解體后運輸至安裝現場再重新組對。但該方法油罐拆解工作量大，罐體切割施工要求高，材料損耗大。此外，為保證油罐容量不受影響，還需采購一定數量的鋼板。導致單罐施工工期較長，需投入的人工成本較大。

（3）采用滾杠的頂升平移法進行整體移位。該方法適用于體積較大、平移距離較短，且施工場地條件開闊的油罐。此種方法雖對罐體加固量要求小，但施工過程繁瑣，受場地限制條件影響大，且耗用的人力較多，施工成本較高。

（4）采用履帶式起重機對油罐進行整體吊裝移位。該方法適用于體積較大、平移距離較遠、受場地條件限制小的油罐。而且履帶式起重機拆裝、行走、操作靈活，受場地限制條件影響小，施工簡單，可縮短施工時間，降低施工成本。

顯然，第4 種方法對于場地受限、工期要求緊的大型薄壁拱頂油罐平移工程比較適用。本文以具體工程為例，闡述利用履帶式起重機對大型薄壁拱頂油罐進行整體吊裝移位的技術。

3 工程實例

本工程為4 臺3000m3薄壁拱頂油罐遠距離移位工程。工程施工場地布局緊湊，帶載行走道路寬度僅10.5m，且工期緊張，要求5d 內必須完成4 臺油罐的移位和組裝。本工程選用單臺280t 履帶式起重機進行整體吊裝移位。

3.1 油罐參數

油罐的最遠移動距離為：向南125.88m；向西77.7m。該油罐的主要參數如表1 所示。

表1 拱頂油罐主要參數表

3.2 吊梁設計及校核計算

為減少吊裝過程中拱頂油罐本體受索具橫向力而導致變形的影響，需設計一種吊梁來輔助吊裝。設計時，針對現場常用的各種類型卸扣、鋼絲繩和導鏈，匹配相應的試驗載荷系數來進行。本工程設計的吊梁采用正八邊形結構形式，如圖1 所示。采用合理的工藝，主管選擇φ159mm×6mm 的無縫鋼管，相鄰兩主管間用δ24mm 吊耳板連接，兩管端用δ22mm 圓鋼連接（制作時務必將鋼筋拉直再焊接），所有連接部位均滿焊，焊高為薄板之厚度；吊耳孔采用機加工，材料均選用Q235；吊梁制作完畢后，按照JB4708 進行滲透無損檢測，I 級為合格，且應盡量滿足重復利用的需要，最后進行必要的防腐處理。

對設計完成的吊梁進行受力分析，受力示意圖如圖2 所示，分別對吊梁和吊耳進行受力校核。

圖2 吊梁受力示意圖

3.2.1 吊梁受力校核

設備重: G=50t

計算載荷: GJ=50×1.1×1.2=66t

鋼絲繩與水平面夾角: a=65°

F1=GJ/ 8/ sin65×cos65=3.845t

經計算，

④桿承受拉力:P4=4.53t

⑥桿承受的壓力:P1=10.916t

④桿選用φ20 圓鋼2 根，其截面面積:A2=9.04cm2

則 ④ 桿 拉 應 力 :σL3=P4/ 9.04=501＜1700kg/ cm2，滿足使用要求。

①、②、⑥、⑦桿選用熱軋無縫鋼管: φ159×6

其截面力學特性為：I=845.19cm4，W=106.31cm3，r=5.41cm，A=28.84cm2

桿有效長度: L=678.3cm

長細比:λ=L/ r=125.38

則壓桿受壓折減系數: φ=0.4

則⑥桿承受外力所產生的壓應力:σy1=P1/ A/ φ=946＜1700kg/ cm2，滿足使用要求。

3.2.2 吊梁上部吊耳受力校核

設備及吊梁重: G=51t

計算載荷: GJ=51×1.1×1.2=67.32t

鋼絲繩與水平面夾角: a=65°

主吊索受拉力為:FS1=GJ/ 8/ sin65=9.285t

主吊卸扣采用SBW12，其銷軸直徑為36mm。

則吊耳所受拉應力:σ1=9285/ 2.4/ (18-3.8)=272.4＜1700kg/ cm2，滿足使用要求。

吊耳頂部所受擠壓應力：σjy=9285/ 2.4/ 3.6=1074＜1700kg/ cm2，滿足使用要求。

拉曼應力: σlm=1074×(18×18+3.8×3.8)/(18×18-3.8×3.8)=1174.20＜1700kg/ cm2，滿足使用要求。

3.3 吊耳設計及校核計算

沿拱頂油罐罐體圓周均勻設置8 個孔板式吊耳，用于罐體與索具之間的連接，罐體吊耳的設計如圖3所示。吊耳制作時吊耳孔采用機加工，且三面圍焊，焊縫為薄板的厚度。

圖3 罐體吊耳設計圖

罐體上吊耳在吊裝過程中的受力校核過程如下。

設備及吊梁重: G=50t

計算載荷: GJ=51×1.1×1.2=66t

鋼絲繩與水平面夾角: a=90°

主吊索受拉力為:FS1=GJ/ 8=8.25t

主吊卸扣采用SBW12，其銷軸直徑為36mm，

則吊耳所受拉應力:σ1=8250/ 2.4/ (16.6-3.8)=268＜1700 kg/ cm2，滿足使用要求。

吊耳頂部所受擠壓應力：

σjy=8250/ 2.4/ 3.6=954.86＜1700kg/ cm2， 滿足使用要求。

拉曼應力: σlm=σjy×(16.6×16.6+3.8×3.8)/(16.6×16.6-3.8×3.8)=1060.47＜1700kg/ cm2， 滿足使用要求。

3.4 罐底加固措施

為防止拱頂油罐罐體在整體移位的起吊過程中，罐底板向下拱導致的變形，需將罐底板與罐壁板進行切割分離，并對罐體進行加固處理。如圖4 所示，在距根部100mm 位置安裝熱軋普通槽鋼[22 加固脹圈，脹圈共由6 段弧長8.921m 的弧形脹圈組成，各脹圈之間安裝16t 千斤頂，并用千斤頂頂緊。脹圈用16mm 厚卡板固定于罐體上，卡板與脹圈留有5mm 間隙，卡板與罐體采用單面焊接，焊高5mm。

圖4 罐底加固示意圖

3.5 280t 履帶起重機裝配及就位

在起重機組裝區域進行280t 履帶起重機的裝配，采用起重機自行加裝履帶，50t 起重機配合組裝。組裝工況為49m 主臂，轉臺配重85.5t，中心壓重36t，超起半徑13m，超起配重50t，100t 吊鉤，6m×2.2m 路基箱60 塊。組裝完畢后，按照實際吊裝所需旋轉方向及范圍將起重機零配重空載試回轉，檢查配重、吊臂與周圍物體間的間隙情況。

3.6 吊索具掛設

吊梁上部采用兩級自調節平衡索具，2 根Ф48×4m 鋼絲繩打雙，中間掛于起重機鉤頭處，4 個鋼絲繩端頭連接4 個SBW25 型卸扣，銷子加兩層通長內套管，中間抹黃油。每個卸扣連接1 根Ф38×38m 鋼絲繩，吊梁下部選用SH10m×3m 的倒鏈，吊梁的吊耳及油罐罐體吊耳均用SBW12 型卸扣連接。吊索具掛設圖如圖5 所示。

圖5 吊索具掛設圖

3.7 試吊及油罐整體平移

（1）試吊準備。檢查油罐罐體各加固部件焊道是否全部焊接到位，并在加固部件受力集中點做標記，以檢驗加固部件是否變形、焊道是否變形。然后調整起重機工作半徑至20m 狀態。

（2）試吊。逐步加載起吊重量，油罐罐體平穩離開地面起吊至1m 位置時，檢查所有連接是否斷開；監測起重機LICCON 顯示數據（當超過方案規定數據時意味著設備超重或有連接尚未解除），同時檢查地基沉陷狀況，檢查吊梁變形狀況。

（3）正式吊裝。將設備吊起，轉臂將設備吊至起重機正前方，帶載行走至該罐對應安裝位置；當罐體平穩轉動平移至新建基礎正上方時，核對新建基礎的標記位置對應罐體相應位置進行就位；位置對中后緩慢減小起吊重量，使罐體緩慢落在新建基礎上；焊接筒體與底板，拆除吊索具，磨掉罐上吊耳，拆除脹圈；起重機返回繼續吊裝下一臺油罐，至此完成一臺罐體的整體平移。

（4）重復以上3 個步操作，完成對現場4 臺大型薄壁拱頂油罐的整體移位。

4 結語

通過嚴密的策劃和精細的施工準備，此次4 臺3000m3拱頂油罐遠距離整體移位工作僅用3d 時間就順利完成，大大縮短了預期施工時間。實踐證明，采用履帶起重機單機提升法進行大型薄壁拱頂油罐整體移位施工，具有作業靈活，施工工期短，人員機械投入少，作業范圍小，安全可靠等優點，且大大節省了施工成本，取得了較好的社會效益和經濟效益，是一種比較理想的施工方法，在同類施工中具有較好的推廣價值。