大型金屬儲(chǔ)罐的制作與安裝技術(shù)分析

張松

（山西省工業(yè)設(shè)備安裝集團(tuán)有限公司，山西太原 030032）

伴隨著中國(guó)國(guó)企改革的進(jìn)一步推進(jìn)，各產(chǎn)業(yè)都將在長(zhǎng)期范圍內(nèi)，作為中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要驅(qū)動(dòng)力，新的生產(chǎn)儲(chǔ)罐科技形成后，也將作為適應(yīng)中國(guó)市場(chǎng)的主要后備動(dòng)力。但是，因?yàn)樯a(chǎn)企業(yè)風(fēng)險(xiǎn)能較高，所以在開始生產(chǎn)大規(guī)模金屬儲(chǔ)罐時(shí)在設(shè)計(jì)，要充分考慮的特種性能。要充分考慮它可燃易爆炸的特性，并經(jīng)過(guò)對(duì)工藝技術(shù)方面的改善，再加以適當(dāng)?shù)墓に嚵鞒淘O(shè)計(jì)，使在生產(chǎn)出大規(guī)模金屬儲(chǔ)罐能增加原儲(chǔ)存量的時(shí)候，增加安全系數(shù)。

1 金屬儲(chǔ)罐的分類

按照屋頂構(gòu)造的不同儲(chǔ)罐主要包括固定屋頂、浮頂、內(nèi)浮屋頂三個(gè)型式。

（1）固定頂儲(chǔ)罐。固定頂儲(chǔ)罐是指罐壁尖端部與罐頂?shù)乃闹芾喂滔噙B的罐，構(gòu)造一般分成錐頂罐、拱頂罐、懸鏈?zhǔn)焦薜龋绊敼抟话闶亲灾С惺焦绊敚奚硇螤钔ǔ閳A柱形、罐頂構(gòu)造通常為球冠形，罐壁四面均承受一定負(fù)荷，對(duì)拱頂沒有支撐。構(gòu)造一般分成網(wǎng)殼拱頂和助殼拱頂兩個(gè)構(gòu)件，助殼拱頂罐拱頂球面的半徑通常是罐體口徑的一倍以下，拱頂鋼板和基礎(chǔ)筋厚大約為5mm 以下，通過(guò)連接的方法可以對(duì)灌頂板加以連接，因此助殼拱頂罐具有施工簡(jiǎn)單、成本低的優(yōu)勢(shì)。網(wǎng)殼頂拱頂儲(chǔ)罐的基本構(gòu)造，一般是由網(wǎng)格狀空間桿件搭設(shè)系構(gòu)成的半球面網(wǎng)架構(gòu)成拱殼承受頂面處荷載，而網(wǎng)殼頂構(gòu)造分為三個(gè)部分構(gòu)成，依次是網(wǎng)狀殼、蒙皮、邊環(huán)梁。大型儲(chǔ)罐中通常采用的網(wǎng)殼構(gòu)造材質(zhì)為鋁合金材料，鋼網(wǎng)殼的比重往往過(guò)大，因此網(wǎng)殼頂構(gòu)造通常使用于特大型企業(yè)的拱頂儲(chǔ)罐和內(nèi)浮頂箱中。

（2）浮頂罐。由于罐壁內(nèi)罐頂罩隨著液體表面的溫度上升而沉降，罐頂部與罐內(nèi)壁構(gòu)成環(huán)形封閉空隙，以防止儲(chǔ)罐中的液體揮發(fā)損失，又叫做外浮頂。外浮頂通常都是在大容量?jī)?chǔ)罐中使用。外浮頂儲(chǔ)罐最常見的兩種型式就是單盤式、雙盤式，都具有各自的優(yōu)勢(shì)與缺陷。外浮頂?shù)膬?yōu)點(diǎn)就是穩(wěn)定性較好，承擔(dān)的溫度負(fù)荷比較大，也具有優(yōu)異的保溫特性，而缺陷就是生產(chǎn)成本比較高。

內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐則是在拱頂內(nèi)設(shè)有浮頂而成。內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐由于經(jīng)常存放飛機(jī)汽油、航空煤油等，因此使用的情況日益普遍。內(nèi)浮頂?shù)男问酱笾掠袖撝剖健X合金式、非金屬式內(nèi)浮頂?shù)热悾鐖D1 所示。

圖1 浮頂罐

2 安裝的工藝流程

立式圓筒設(shè)計(jì)構(gòu)造也是金屬材料儲(chǔ)罐最常采用的方法，包括內(nèi)拱頂金屬材料儲(chǔ)罐和外浮頂金屬材料儲(chǔ)罐。幾百到三萬(wàn)立方米為內(nèi)拱頂金屬儲(chǔ)罐的工程設(shè)計(jì)容量，而10000~150000m3則是外浮頂金屬儲(chǔ)罐的工程設(shè)計(jì)容量，因此通常50000m3之上的外浮頂儲(chǔ)罐便是大型金屬儲(chǔ)罐。整個(gè)安裝過(guò)程中一定要遵循相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，包括檢驗(yàn)基礎(chǔ)、檢驗(yàn)配件、安置金屬罐、無(wú)損檢驗(yàn)、熱處理總體、焊縫和除銹刷漆等安裝工作都是最重要的流程，而熱處理總體和焊縫則是難點(diǎn)最大和最為重要的程序。

3 金屬儲(chǔ)罐制作安裝技術(shù)要點(diǎn)

3.1 罐壁設(shè)計(jì)

一般來(lái)說(shuō)，人們經(jīng)常會(huì)采用定工程設(shè)計(jì)點(diǎn)法和變工程設(shè)計(jì)點(diǎn)法來(lái)測(cè)算金屬材料儲(chǔ)罐壁厚，但對(duì)于與罐壁相鄰二圈護(hù)墻板的縱向接頭則該在保證300mm 間距的同時(shí)互相交錯(cuò)，并采用連接的方法連接縱環(huán)焊縫，內(nèi)表面對(duì)齊，并確保下圈護(hù)壁板厚度超過(guò)上商圈壁板的厚。對(duì)罐壁端部來(lái)說(shuō)需要設(shè)置適當(dāng)?shù)陌吔墙饘伲⑼ㄟ^(guò)全焊透連接結(jié)構(gòu)甚至是搭接結(jié)合的方法聯(lián)接包邊角金屬與罐壁之間。對(duì)包邊角金屬的連接焊縫則需要保證全焊透，并經(jīng)過(guò)估算來(lái)決定最后包邊角金的尺寸。可在裝置所在區(qū)域內(nèi)通過(guò)合理設(shè)定抗風(fēng)圈數(shù)量的方法來(lái)抵抗平均風(fēng)壓，以確保抗風(fēng)圈程度與標(biāo)準(zhǔn)金屬圈一致，并合理設(shè)定抗風(fēng)圈數(shù)量，如圖2 所示。

圖2 罐壁設(shè)計(jì)

在一般情況下，對(duì)于特大型金屬材料儲(chǔ)罐的罐壁厚薄一般采取定工程設(shè)計(jì)點(diǎn)法和變工程設(shè)計(jì)點(diǎn)法予以測(cè)算。金屬材料儲(chǔ)罐的口徑小于60m 以內(nèi)，一般采取定工程設(shè)計(jì)點(diǎn)法測(cè)算儲(chǔ)罐的罐壁厚薄，測(cè)算流程嚴(yán)謹(jǐn)遵守我國(guó)有關(guān)規(guī)范；金屬材料儲(chǔ)罐口徑大于60m 以上的，則一般采取變工程設(shè)計(jì)點(diǎn)法測(cè)算儲(chǔ)罐的罐壁厚薄，測(cè)算流程嚴(yán)謹(jǐn)也要遵循相應(yīng)的國(guó)家有關(guān)規(guī)范。金屬罐壁與相鄰兩個(gè)護(hù)墻板的縱向焊接方法要求相互的錯(cuò)開，并保證300mm的間距，而縱環(huán)焊接方法一般采取對(duì)接的焊縫方法，以保證內(nèi)表面的相互平齊，并保證上商圈的護(hù)墻板厚薄等于下圈護(hù)墻板厚薄。罐壁的上部采取相應(yīng)的金屬材料包邊，在罐壁和包角上大部分采取全焊透金屬材料搭接結(jié)構(gòu)的連接構(gòu)件型式，對(duì)包角上金屬材料的多少經(jīng)過(guò)了計(jì)量確認(rèn)，并且包角上金屬材料的對(duì)接焊縫部位也必須全焊透。根據(jù)風(fēng)壓計(jì)量抵抗的方法，一般在裝置所在區(qū)域內(nèi)設(shè)置抗風(fēng)圈，抗風(fēng)圈的數(shù)量要選取恰當(dāng)，防風(fēng)圈與金屬圈的尺寸一致。

3.2 大型金屬儲(chǔ)罐地基夯實(shí)處理

地基加固工作展開的首要條件就是對(duì)工程需求進(jìn)行明確，之后通過(guò)得出有關(guān)于地基建設(shè)的各種性能的有關(guān)參數(shù)或加固要求。那么，針對(duì)整個(gè)的設(shè)計(jì)工作過(guò)程而言大型金屬材料儲(chǔ)罐地面堅(jiān)實(shí)處理方法大致有以下五點(diǎn)：①即是對(duì)整個(gè)工程開展勘察，并著重分析現(xiàn)場(chǎng)位置和周邊環(huán)境的變化情況，并在合理參考相鄰建筑后對(duì)地面處理的方法，以了解整體工程的基本規(guī)格、構(gòu)造原理及其必要性；②對(duì)在方案設(shè)計(jì)調(diào)研完畢以后，需要對(duì)整體方案設(shè)計(jì)的科學(xué)性、可行性及它是否可以滿足具體建筑條件加以分析，在經(jīng)過(guò)研討會(huì)的科學(xué)論證分析以后優(yōu)選出最優(yōu)設(shè)計(jì)方法，以提高整體設(shè)計(jì)工程質(zhì)量及其經(jīng)濟(jì)效益；③在選定施工處理方法以后，則必須按照設(shè)計(jì)方案和設(shè)計(jì)圖樣對(duì)砂墊板系統(tǒng)和網(wǎng)狀排水體系做出設(shè)計(jì)，并分別設(shè)定夯點(diǎn)能量、堅(jiān)實(shí)深度、錘重、落距、堅(jiān)實(shí)距離、夯擊數(shù)等工程建設(shè)的重要參數(shù)；④在設(shè)定基本參數(shù)以后，必須編制出工程建設(shè)所要求的規(guī)劃，并確定夯點(diǎn)方位和設(shè)定具體的施工說(shuō)明；⑤需要對(duì)方法的可行性及其有關(guān)工程技術(shù)參數(shù)的合法性加以檢驗(yàn)，并可以采用試夯的方法或分析檢驗(yàn)測(cè)量資料的方法實(shí)現(xiàn)工程實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹Ｔ诮ㄖ孛婀芾碇型ㄟ^(guò)使用強(qiáng)夯法進(jìn)行施工，不但可以降低施工的作業(yè)難度，同時(shí)保證了施工便利、方法使用成本比較低廉、在絕大多數(shù)的建筑環(huán)境和施工人員要求下均可以應(yīng)用，還可以達(dá)到較好的施工效率，從而提高了建筑品質(zhì)。而通過(guò)在各種金屬材料地基處理中廣泛應(yīng)用強(qiáng)夯法并研究總結(jié)有關(guān)經(jīng)驗(yàn)、工藝技術(shù)，進(jìn)而推動(dòng)了金屬儲(chǔ)罐地基處理技術(shù)發(fā)展與提高。

3.3 預(yù)制

在制造過(guò)程中，要著重對(duì)罐底板與壁板的加工下料、斜坡部的切割和提前加工其他金屬結(jié)構(gòu)附件等任務(wù)，但上述任務(wù)大多集中在拉運(yùn)、吊掛和電氣焊等多個(gè)環(huán)節(jié)內(nèi)同時(shí)進(jìn)行。其中，在最初的拉運(yùn)環(huán)節(jié)中會(huì)受很多因素的影響，使整體的拉運(yùn)危險(xiǎn)性大幅增加，主要的影響因素有駕駛員行車不規(guī)范、過(guò)重點(diǎn)車輛、捆扎不合格等方面，都會(huì)給整個(gè)拉運(yùn)環(huán)節(jié)造成危害，不僅嚴(yán)重影響汽車和拉運(yùn)物品的安全性，還威脅著駕駛?cè)藛T的生命安全。

3.4 墊板結(jié)構(gòu)及鋪設(shè)

通常，為了進(jìn)一步避免由于儲(chǔ)罐底層焊縫緊縮流程中底層與墊木自由緊縮而導(dǎo)致焊縫變形的情況發(fā)生，可通過(guò)非焊縫接合結(jié)構(gòu)的方法對(duì)儲(chǔ)罐底層與對(duì)接接頭下部墊木實(shí)施焊接工藝。在墊木鋪設(shè)施工前就必須標(biāo)出兩個(gè)方向彼此垂直的中心點(diǎn)，而中心點(diǎn)的確認(rèn)也必須先通過(guò)排版圖定位來(lái)確認(rèn)，在中心點(diǎn)確認(rèn)以后再按照排版圖定位對(duì)底層實(shí)行了劃線管理，進(jìn)而為底板鋪設(shè)與墊木敷設(shè)工作的同步完成提供保證。但是在敷設(shè)墊木的整個(gè)過(guò)程中如果發(fā)生了緊縮就很非常容易造成墊木隆起，從而嚴(yán)重影響墊木鋪設(shè)施工品質(zhì)，因此必須采取在底層對(duì)縫部位留出緊縮縫的方法避免墊木壓縮變形。

3.5 罐底板焊接變形的控制

罐底層的焊縫質(zhì)量十分關(guān)鍵，將會(huì)直接對(duì)整個(gè)的大型金屬罐的品質(zhì)形成重大影響，而在焊接施工過(guò)程中又會(huì)受底層、焊縫、焊接設(shè)備、焊接技術(shù)等諸多因素的共同影響，極易出現(xiàn)底層焊縫變化情況出現(xiàn)，因此必須非常重視罐底層焊縫變化監(jiān)控工作。而在焊縫部位上來(lái)講，較為易發(fā)生變化的是罐底層邊沿與中幅板焊縫變化監(jiān)控，也即可通過(guò)帶墊木的連接形式對(duì)罐底層實(shí)施連接。同時(shí)，可以采取反變化措施的方法實(shí)現(xiàn)罐底層邊沿板焊縫變性監(jiān)控；或者采取先連接短焊縫，再連接長(zhǎng)焊縫、先焊縫寬度相應(yīng)較長(zhǎng)的板幅，然后再在焊長(zhǎng)相應(yīng)較短的板幅的方法，加以遏制因?yàn)闊崃枯斎胼^大，而引起的焊縫變化較大的現(xiàn)象。

4 結(jié)論

綜上所述，隨著社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和民眾生活水平的提升，對(duì)當(dāng)前大型金屬儲(chǔ)罐工藝技術(shù)設(shè)計(jì)所起到的影響也愈來(lái)愈大，因此如何改善大型金屬儲(chǔ)罐制造工藝技術(shù)，以保障化工產(chǎn)品的安全性，就必須優(yōu)化既存金屬儲(chǔ)罐的工藝技術(shù)設(shè)計(jì)。本文針對(duì)目前中國(guó)大型金屬儲(chǔ)罐的工藝技術(shù)設(shè)計(jì)問題進(jìn)行了系統(tǒng)分析，并根據(jù)不同的技術(shù)問題給出了具體的對(duì)策，期望能溝通過(guò)切實(shí)可行的技術(shù)建議，進(jìn)一步提高中國(guó)大型金屬儲(chǔ)罐的工藝技術(shù)設(shè)計(jì)，從而提高中國(guó)化工制造安全和質(zhì)量管理水平。