非標(biāo)儲(chǔ)罐快速增效施工技術(shù)

韓冬生

中國(guó)化學(xué)工程第九建設(shè)有限公司 遼寧盤錦 124000

架設(shè)正裝技術(shù)適用于5000m3以上的大型和特大型儲(chǔ)罐安裝，施工措施繁瑣，施工機(jī)械投入量大；水浮正裝技術(shù)適用于內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐，一般的拱形儲(chǔ)罐并不適用；氣吹倒裝法對(duì)儲(chǔ)罐內(nèi)部進(jìn)氣量和密封性要求嚴(yán)格，施工難度大。因此，在中小型非標(biāo)儲(chǔ)罐施工過(guò)程中多采取邊柱倒裝技術(shù)。但傳統(tǒng)的邊柱倒裝技術(shù)在頂板經(jīng)向加強(qiáng)筋預(yù)制過(guò)程中多為卷板機(jī)輥壓成型[1]，施工效率低、成型差，經(jīng)常出現(xiàn)返工現(xiàn)象。為此，依托中國(guó)化學(xué)工程第九建設(shè)有限公司承建的遼寧海化生產(chǎn)罐區(qū)項(xiàng)目中小型非標(biāo)儲(chǔ)罐施工，對(duì)邊柱倒裝技術(shù)進(jìn)行研發(fā)改良，通過(guò)制作模具，設(shè)置定位板，利用電動(dòng)葫蘆拉伸加強(qiáng)筋的一側(cè)，從而達(dá)到快速成型的效果。

1 儲(chǔ)罐的預(yù)制

1.1 鋼板切割與坡口加工

（1）碳鋼板切割與焊縫坡口加工條用等離子切割機(jī)；

（2）確保坡口平齊，無(wú)表面可見(jiàn)缺陷；在切割過(guò)程中，防控表面硬化層發(fā)生；

（3）焊接接頭的坡口型式和尺寸按施工圖紙要求進(jìn)行施工，施工圖紙無(wú)要求時(shí)，要符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。

1.2 底板預(yù)制

（1）底板下料預(yù)制按底板排版圖進(jìn)行。

（2）邊緣板沿罐底半徑方向尺寸和最小直角邊控制在700mm 以上。

（3）罐底環(huán)形邊緣板，使用不等間隙的對(duì)接接頭。焊條電弧焊時(shí)，外側(cè)間隙控制在6～7mm，內(nèi)側(cè)間隙控制在8～12mm。

（4）罐底中幅板的寬度＞1000mm，長(zhǎng)度＞2000mm；不規(guī)則的中幅板小直邊＞700mm[2]。

（5）底板上的任意相鄰焊縫的間距＞300mm。

（6）底板尺寸允許偏差見(jiàn)表1，底板示意圖見(jiàn)圖1。

圖1 底板示意圖

表1 底板尺寸允許偏差表

（7）環(huán)形邊緣板兩側(cè)100mm 范疇內(nèi)超聲波探傷，Ⅲ級(jí)合格。坡口表面要按規(guī)定進(jìn)行滲透探傷。

1.3 拱形頂板預(yù)制（應(yīng)用頂板經(jīng)向加強(qiáng)筋預(yù)制工裝）

（1）先制作樣板和胎具，再制作下料，曲率半徑為19800mm，弧形樣板的弦長(zhǎng)為2mm。

（2）單塊頂板本身的拼接采用對(duì)接。

（3）頂板經(jīng)向加強(qiáng)筋預(yù)制工裝：將預(yù)先準(zhǔn)備好的鋼板放置平穩(wěn)，在鋼板上用記號(hào)筆對(duì)頂板經(jīng)向加強(qiáng)筋的弧度進(jìn)行放樣；根據(jù)加強(qiáng)筋的長(zhǎng)度制作定位板，每隔500mm設(shè)立一塊；將電動(dòng)葫蘆固定在放樣鋼板的邊緣，把加強(qiáng)筋一側(cè)用定位板固定，利用電動(dòng)葫蘆拉伸加強(qiáng)筋的另一側(cè)，快速成型；按照頂板弧度制作專用胎具架，將成型完畢的經(jīng)向加強(qiáng)筋放置到單塊頂板上，采用段焊施工工藝。圖2為頂板經(jīng)向加強(qiáng)筋預(yù)制工裝。

圖2 頂板經(jīng)向加強(qiáng)筋預(yù)制工裝

（4）頂板的預(yù)制在制作好的胎具上進(jìn)行，以防變形。

1.4 包邊角鋼的預(yù)制

（1）使用全焊透的焊接工藝施焊包邊角鋼的對(duì)接接頭；

（2）弧形構(gòu)件抗風(fēng)圈、加強(qiáng)圈、補(bǔ)強(qiáng)圈、包邊角鋼等預(yù)制完成后，使用弧形樣板檢查，保證間隙≤2mm。在胎具平臺(tái)上檢驗(yàn)時(shí)，其翹曲變形≤構(gòu)件L 的0.1%，且≤4mm。

1.5 壁板預(yù)制

壁板根據(jù)排版圖下料，并符合以下條件：

（1）非標(biāo)儲(chǔ)罐底圈壁板，其縱向焊縫與底部邊緣板對(duì)接焊縫的間隔要＞300mm。

（2）壁板開(kāi)孔接管或開(kāi)孔接管外補(bǔ)強(qiáng)板外緣與罐縱向焊縫之間的距離，鋼板厚度＞12mm 時(shí)，不得小于250mm；鋼板厚度≤12mm 時(shí)，不得小于150mm；非標(biāo)儲(chǔ)罐環(huán)向焊縫之間的間隔保證在75mm 以上。

壁板允許偏差如表2 所示。

表2 壁板允許偏差

壁板彎卷前兩端先進(jìn)行預(yù)彎處理，卷制后放在平臺(tái)上用弧形樣板進(jìn)行檢查。

2 三角支撐體系及提升系統(tǒng)的應(yīng)用

2.1 三角支撐體系的應(yīng)用

底板鋪設(shè)完成后，按照壁板的弧度在邊緣板處設(shè)置三角支撐體系，其與底板接觸長(zhǎng)度為250mm、高度350mm。每臺(tái)儲(chǔ)罐鋼板支撐數(shù)量為100 組，以便內(nèi)部焊接人員及工機(jī)具進(jìn)出，屬于軸心受力構(gòu)件安裝提升裝置支撐系統(tǒng)。如圖3 所示。

圖3 三角支撐體系圖

2.2 提升系統(tǒng)的應(yīng)用

2.2.1 提升系統(tǒng)立柱的布置

倒裝工藝裝置由立柱、吊耳、墊板、鎖緊裝置、脹圈、門型板等組成，如圖4 所示。

圖4 提升系統(tǒng)主視圖（a）和左示圖（b）

其中立柱沿罐壁內(nèi)側(cè)等距離分布。立柱、斜拉桿間斷焊在墊板上，以免損壞底板。鎖緊裝置采用角鋼∠80×8將每個(gè)立柱連接起來(lái)，同時(shí)每個(gè)立柱有斜拉桿固定，保證立柱的穩(wěn)定性。

2.2.2 提升系統(tǒng)立柱組數(shù)的計(jì)算

為保證立柱均勻布置和罐體平衡，n 通常取偶數(shù)組，所以儲(chǔ)罐立柱組數(shù)取n＝10 組。

2.2.3 提升系統(tǒng)施工順序

（1）鋪設(shè)底板并組焊；

（2）安裝最上一帶壁板；

（3）安裝罐頂板；

（4）安裝脹圈；

（5）安裝提升裝置，主要由10 個(gè)10t 電動(dòng)葫蘆及立柱組組成；

（6）在立柱分布處劃出提升的高度（間隔200mm），同時(shí)啟動(dòng)電動(dòng)葫蘆按刻度均勻提升，并隨時(shí)調(diào)平；

（7）松開(kāi)電動(dòng)葫蘆，落下鉤頭及脹圈并安置在下一帶壁板上；

（8）檢查幾何尺寸及焊接質(zhì)量；

（9）重復(fù)上述工序，直到最下一帶板與上一帶板焊接完畢；

（10）焊接底板與底圈壁板角焊縫。

3 儲(chǔ)罐的組裝

在安裝前，將構(gòu)件的坡口和搭接部位的雜物等清理干凈；現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行罐頂及罐壁胎具的制作以保證施工質(zhì)量；拆除組裝用卡具時(shí)，要求無(wú)損傷母材現(xiàn)象，并將表面的焊疤打磨平整。

3.1 儲(chǔ)罐底板組裝

（1）底板在敷設(shè)前進(jìn)行除銹，達(dá)到圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求，每塊底板邊緣50mm 范圍內(nèi)不刷漆。

（2）依據(jù)排版圖鋪設(shè)中幅板和邊緣板，方向?yàn)橛芍行南騼蓚?cè)一次布放，并在基礎(chǔ)上標(biāo)明縱橫中心線，用卡具固定牢固。

（3）中幅板互相間的搭接寬度為40mm，使其搭接在環(huán)形邊緣板上邊，搭接寬度為60mm，儲(chǔ)罐底板上任意兩焊縫間的距離均不小于300mm。

（4）搭接接頭三層鋼板重疊處按照施工節(jié)點(diǎn)圖進(jìn)行切角、制作，切角長(zhǎng)度為2 倍搭接長(zhǎng)度，且搭接長(zhǎng)度為寬度的70%左右。先進(jìn)行上層底板覆蓋部分角焊縫的焊接，再進(jìn)行上層底板的鋪設(shè)。

（5）對(duì)于環(huán)形邊緣板帶墊板部位的對(duì)接接頭，焊縫需要完全焊透，且要表面平齊、光滑，兩塊邊緣板要與墊板貼緊，其間隙≤1mm。

（6）環(huán)形邊緣板對(duì)接接頭間隙按照施工圖紙規(guī)定執(zhí)行，同罐壁連接處焊后磨平。

（7）底板組焊前采用定位角鋼做的固定卡具，將其調(diào)平、固定。

3.2 壁板的組裝

壁板組裝前要復(fù)驗(yàn)弧度，先在底板邊緣劃出罐體內(nèi)徑圓周線，在內(nèi)外側(cè)焊定位板；包邊角鋼對(duì)接接頭和壁板縱向焊縫，要有一定的間距，長(zhǎng)度控制在0.2m 以上。罐壁組裝相關(guān)要求如下：

（1）壁板組對(duì)時(shí)，要保證內(nèi)表面齊平，對(duì)接焊縫錯(cuò)邊量符合表3 的規(guī)定。

表3 壁板組對(duì)時(shí)對(duì)接焊縫錯(cuò)錯(cuò)邊量允許偏差表

（2）罐壁環(huán)向焊縫對(duì)接接頭間隙（b）：板厚（δ）≤15mm 時(shí)，b＝2+（0～1）mm；15mm＜δ≤20mm 時(shí)，b＝3±1mm。縱向焊縫對(duì)接接頭間隙：板厚為6mm≤δ≤9mm 時(shí)，間隙為2±1mm；板厚為12mm≤δ≤38mm時(shí)，間隙為2 +（0～1）mm。

（3）壁板上端口部位要嚴(yán)格控制，偏差控制在2mm以內(nèi)；對(duì)于整個(gè)非標(biāo)儲(chǔ)罐圓周方向，保證任意兩點(diǎn)之間水平偏差控制在6mm 以內(nèi)；壁板的鉛垂度也要嚴(yán)格把控，偏差控制在3mm 以內(nèi)。

（4）除底圈外，其他各圈壁板的鉛垂允許偏差不大于其高度的3/ 1000。

（5）δ≤12mm 時(shí)，角變形≤10mm；12mm＜δ≤25mm 時(shí)，角變形≤8mm；罐壁的局部凹凸變形≤13mm。

3.3 拱形頂板組裝

（1）在頂圈壁板組裝后，對(duì)其圓度、上口水平度、周長(zhǎng)及垂直度進(jìn)行檢查，完成縱焊縫焊接后，再安設(shè)包邊角鋼；

（2）組裝頂板前，要確定臨時(shí)中心柱的位置，中心柱是在底板和頂圈壁板組裝后安裝；

（3）罐頂頂板要對(duì)稱組裝，搭接寬度控制在±5mm的范圍內(nèi)。

（4）罐頂支撐柱的鉛垂允許偏差≤柱高的0.1%，且不超過(guò)10mm。

4 儲(chǔ)罐的焊接

焊接工藝評(píng)定按NB/ T47014（承壓設(shè)備焊接工藝評(píng)定）中焊接工藝評(píng)定要求進(jìn)行，評(píng)定的項(xiàng)目數(shù)量包含所有的焊接施工內(nèi)容。

焊接前要以焊接工藝評(píng)定為依托，并制定焊接工藝指導(dǎo)書，張貼在施工現(xiàn)場(chǎng)，實(shí)時(shí)指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)焊接作業(yè)。

5 試驗(yàn)材料和方法

焊接所采用的材料符合設(shè)計(jì)文件規(guī)定，焊條的烘烤溫度、恒溫時(shí)間、重復(fù)烘干次數(shù)要符合表4 的要求。

表4 焊條烘烤參數(shù)表

本工程使用的焊接材料具有質(zhì)量證明文件和合格證，焊接材料設(shè)專人負(fù)責(zé)保管、發(fā)放，并作好焊接記錄、焊條烘烤記錄和焊條發(fā)放記錄。

6 結(jié)果與分析

通過(guò)CAD 放樣制定頂板經(jīng)向加強(qiáng)筋預(yù)制工裝；通過(guò)計(jì)算最終確定三角支撐體系的規(guī)格及其數(shù)量；核準(zhǔn)提升裝置的提升能力和有效的防變形措施；對(duì)儲(chǔ)罐構(gòu)件進(jìn)行加工制作，對(duì)罐底板底面進(jìn)行防腐處理。

7 結(jié)論

通過(guò)制定頂板經(jīng)向加強(qiáng)筋預(yù)制工裝、三角支撐體系技術(shù)和對(duì)提升系統(tǒng)技術(shù)的優(yōu)化和改良，提高了制作安裝過(guò)程的精準(zhǔn)性和安全性。在保障質(zhì)量的前提下，確保了施工進(jìn)度。本技術(shù)的成功應(yīng)用，填補(bǔ)了傳統(tǒng)技術(shù)的不足，得到了業(yè)主、總包和監(jiān)理公司的高度評(píng)價(jià)。實(shí)踐證明，本技術(shù)有縮短安裝工期和工藝簡(jiǎn)化、操作靈活、安裝質(zhì)量?jī)?yōu)良、成本低、盈利高等特點(diǎn)，適用領(lǐng)域廣，具備較好的推廣價(jià)值和廣泛的應(yīng)用前景。