馬來西亞項目大型子彈罐運輸和安裝施工技術

馬根

中國石油管道局工程有限公司第三工程分公司

子彈罐是目前大型煉化廠常用的液化烴存儲設備，這種覆土式儲罐[1]（Mounded Storage Tank）外形通常是像子彈一樣的長圓筒形狀，因此被形象地稱為子彈罐。子彈罐全部覆蓋在砂層下，既可以有效防止內部膨脹蒸汽爆炸的危險，也可以隔離外界熱源、爆炸等突發危險。由于子彈罐縮小了罐群與周邊設施的安全距離，因此具有減少占地面積的優點。子彈罐儲量大，多個子彈罐同時使用可以取代球罐群，因此被廣泛應用于液化烴的大量存儲，具有十分重要的應用價值。但由于子彈罐屬非常規、大尺寸、超重設備，其運輸和安裝就位難度大，需要在施工中制定專項施工方案。

在早期的子彈罐施工中，通常采用兩臺吊車協同吊裝，這種方式施工周期長、精度低、費用高、吊裝風險大。2016 年，潘伍覃等人申請了一種大型覆土子彈罐滑移就位方法[2]的專利。2019年，劉明輝等人總結加納TEMA罐區項目LPG子彈罐安裝的就位經驗，提出了大型LPG子彈罐的滑移就位施工方法[3]。滑移就位法預先在基礎底板敷設2 條鋼軌，采用整體滑移的方法使子彈罐就位，這種方法對設備要求低，現場制作裝備周期長，一般適用于現場預制、組焊的罐體安裝，不適用于工廠制作整體交付運輸的子彈罐安裝。

經過調研論證，馬來西亞社會依托較好，有成熟的設備運輸分包商，租賃自行式模塊運輸車[4]（以下簡稱SPMT）進行運輸和安裝能夠提高工作效率，減少工期。RAPID P30A 項目采用SPMT 完成了4臺3 000 m3子彈罐運輸和安裝施工（圖1）。

圖1 子彈罐安裝Fig.1 Bullet tank installation

1 SPMT選型

1.1 SPMT運輸總質量計算

SPMT 運輸總質量包括子彈罐質量、模塊運輸車車身質量、運輸車動力頭質量、轉盤及鞍座等輔助鋼結構質量。根據子彈罐設計文件和運輸分包商提供的模塊運輸車參數，質量計算表格如表1所示。

表1 運輸質量計算Tab.1 Calculation of transportation weight

1.2 風載荷

1.2.1 風壓計算

根據ASCE/SEI 7—10 美國建筑物和其他結構的最小設計載荷規范[5]，風壓公式為

式中：qz為風壓，N/m；Kz為速度壓力曝露系數，無量綱；Kzt為定義的地形系數，無量綱；Kd為風向系數，無量綱；V為基本風速，m/s。

常數項0.613 為標準大氣下的空氣質量密度，即當海平面氣壓為101.325 kPa。溫度為15 ℃時的常數為0.613。其中需要注意的是國內常用標準GB 50009《建筑結構荷載規范》[6]中風壓計算常數折算后為0.625，美標中風壓計算常數與國標略有差異，但差異不大[7]。國外施工中通常選用美標進行風壓計算，便于業主和監理理解。

大型設備運輸時，一般要求風速為蒲福風級最大5 級（21 節或10.81 m/s），因此本算例中選擇基本風速V=10.81 m/s。由于會根據天氣預報提前選定合適的天氣進行運輸，提前規劃好通行路線，因此在沒有特殊影響因素下，速度壓力曝露系數、定義的地形系數、風向系數都取1。

因此風壓qz=0.613×1×1×1×10.812≈71.633（N/m2）

1.2.2 迎風面面積計算

縱向迎風面面積與模塊運輸車裝載子彈罐后的高度和寬度有關，計算表格如表2所示。

表2 縱向迎風面面積計算Tab.2 Calculation of longitudinal windward area

1.2.3 計算公式

風載荷根據運輸分包商經驗公式，縱向風力系數()Cfl取2，因此風載荷公式為

1.3 牽引力計算

驅動力計算[8]按整車在2%坡道上，以坡道靜態起步和坡道行駛情況來進行分析。

坡道靜態起步驅動力計算式：

坡道行駛驅動力計算式：

式中：FΦ為靜態起步阻力，FΦ=Φ×G×g，靜態起步阻力系數Φ取0.04；g為重力加速度，m/s2；Fi為坡度阻力[9]，Fi=i×G×g，坡度阻力系數i取0.02；Ff為滾動阻力，Ff=f×G×g，滾動阻力系數f取0.025。

已知SPMT運輸總質量G為948 t，在坡度系數為2%時，經計算：坡道靜態起步時，列車所需的牽引力Fts為

坡道行駛時，列車所需的牽引力Ftd為

在以上工況下，運輸車所需最大牽引力為

因此牽引車的最大輸出牽引力573 618.789 N，能夠正常牽引行駛（驅動輪不打滑）。

根據計算結果，運輸分包商選用48 軸的SPMT，采用單車為12 軸的SPMT 進行組裝，前后四車雙排布置，牽引力為192 kN。

通過表3的計算，可知所需最大牽引力小于可用牽引力，牽引力利用率59.752%，小于臨界值的80%，因此SPMT的牽引力滿足安全運輸要求。

表3 牽引力利用率Tab.3 Utilization rate of tractive force

2 SPMT運輸和安裝實例

2.1 布車

再次確認SPMT運輸能力。用起重機將轉盤裝載到SPMT 上并鎖定到SPMT 車身上。

根據生產單位和設計單位提供子彈罐最終質量參數表和重心位置分布圖（圖2），計算鞍座固定位置，把鞍座固定在子彈罐上。

圖2 重心位置Fig.2 Center of gravity position

裝載好轉盤的SPMT行駛到子彈罐結構下方的位置后，SPMT 將緩慢升起，直到與子彈罐鞍座接觸。

鞍座焊接在轉盤頂部以固定子彈罐。

液壓系統以大約50 bar的增量緩慢升高，直到達到合適的運輸高度。升降過程中檢查液壓升降系統的同步性和穩定性，出現任何情況緊急制動。各壓力表中顯示的壓力差不得超過8%。

2.2 路線準備

子彈罐進場路線要清理干凈，有足夠的空間，沒有尖銳的物體。不平整的地面要平整，地基強度不足的地方需要壓實，必要時用鋼板覆蓋。

提前規劃好運輸路線，利用計算機軟件模擬SPMT在道路上行駛的通過性（圖3），任何需要改造、擴建、壓實的地方都須提前完成。

圖3 路徑通過性模擬Fig.3 Simulation of path passability

向業主提前申請路權，獲得相應的許可，確保在運輸時沒有道路施工和障礙物，并且在實施之前提前通知所有相關方。

監測運輸前一周和后一周每日天氣預報。一般運輸環境限制如下：

（1）風速。蒲福風級最大5 級（21 節或10.81 m/s）。注：1 節=1 海里/h=1 852/3 600 m/s=0.514 4 m/s。

（2）能見度。100 m。

（3）溫度。-5 ℃，最低至40 ℃。

（4）地面。良好的承載力[10]（水泥/瀝青/壓實礫石或等效物）。

2.3 運輸

所有參與運輸的人員進行工作前安全分析（JSA），正確使用個人防護設備，SPMT上配備滅火器。與業主和監理共同召開大件運輸專項會議，討論運輸計劃中所有細節，包括運輸配置、路線、護送計劃、交通控制、現場準備等，全部合格后方能實施。在引導員的指揮下，SPMT 沿著計劃道路行進（圖4），持續監控SPMT的速度以適應不同的路況，一般行進速度不超過1 kg/h。

圖4 子彈罐運輸Fig.4 Transportation of bullet tank

2.4 安裝

外混凝土環墻施工時對SPMT 行駛車道兩側的環墻進行預留，南北側環墻各預留10 m及9 m通道（圖5）。到達安裝地點后，運載子彈罐的SPMT 應與沙床縱向對齊。兩個運輸鞍座下方的SPMT組在轉盤下方旋轉90°（圖6）。旋轉區域的地面應壓實、平整、平整，無障礙物。在旋轉區域準備鋼板，如果下雨，能夠提供足夠的支撐。

圖5 環墻預留空隙Fig.5 Reserved gap in the ring wall

圖6 SPMT旋轉90°Fig.6 Rotating 90°of SPMT

前部和后部兩組SPMT旋轉90°后，就可以通過預留的環墻空隙行駛到沙床內。

子彈罐橫向移動到它在基礎環墻內的位置。SPMT 車體根據行車邊界調整罐體軸線位置，緩慢行進至沙袋上方；在罐體兩端布置線墜，根據罐體邊線基準線調整垂直位置，中心線、水平度、垂直度等符合設計要求后就位于沙袋上方。SPMT 在調整過程中可前后左右自由行進，精度控制在3 cm以內。

將子彈罐安全放置在沙床上的沙袋上后，拆除鞍座和轉盤之間的固定擋板，把SPMT和轉盤從子彈罐分離。

SPMT 繼續降低，與鞍座產生足夠的間隙（例如25 mm），然后SPMT 從混凝土基礎環墻中撤出。運輸鞍座仍然固定在子彈罐上。

SPMT 完全撤出后，轉盤就可以從SPMT 上移除，并替換為調整頂標高所需使用的橫梁和木材等支撐梁。

SPMT 安裝支撐梁后，重新移回子彈罐鞍座下方，通過液壓系統將罐體頂起，移除沙床上的沙袋。

去除沙床上的沙袋后，使用SPMT 液壓系統將子彈罐緩慢降低到沙床上。在此階段持續監測液壓。

SPMT 繼續下降，在就位過程中不斷測量子彈罐標高、坡度、軸線位置、垂直度等。最終調整完成后各項數據滿足設計及規范要求，將子彈罐落于沙床上，完成罐體最終就位。

子彈罐就位以后，按照圖紙要求回填砂層，密實度應達到95%。

3 結論

馬來西亞項目采用SPMT 大型子彈罐運輸和安裝施工技術，4 臺丁二烯子彈罐運輸和安裝僅用4天完成，縮短了施工工期15天，并且SPMT的撤場速度也比固定液壓滑移裝置快；SPMT 運輸車載荷分析對于運輸安全非常重要，SPMT 的牽引力必須滿足安全運輸要求，并且最好保證牽引力利用率小于80%；路徑模擬對于運輸安全的保證非常重要，通過計算機仿真模擬可以驗證SPMT 在計劃道路上的通過性，對于模擬過程中不滿足通行要求的轉角處，及時擴建、改造、壓實或合理調整運輸路線；SPMT 大型子彈罐運輸和安裝施工技術不僅需要考慮項目所在國設備租賃的易得性，同時要考慮運輸分包商的綜合素質，因此推薦在社會依托較好的國家采用這種施工方法，在非洲等不發達地區暫時不推薦這種施工方法。SPMT 在馬來西亞RAPID 項目大型子彈罐運輸和安裝就位的成功應用，為大型臥式容器的安裝提供了新的施工方法，在工期、成本、質量、安全等方面均具有明顯的優勢，為今后大件運輸施工提供了良好的實踐。