大型拱頂貯罐的倒裝施工工藝

白 濤 姜新功

中國化學工程第十一建設有限公司 河南 開封 475002

中國化學工程第十一建設有限公司承建的某甲醇項目，罐區共有8 臺貯罐，其中3 臺最大的拱頂貯罐為甲醇貯罐（帶內浮盤），容積為11663m3。此拱頂貯罐的制作工藝較為復雜，技術要求嚴格，焊接收縮量大，變形不易控制。在施工過程中采用科學、合理的施工方法和正確的焊接工藝，使貯罐的安裝質量得到了有效控制。

1 貯罐的基本參數及結構特點

該甲醇貯罐為拱形固定頂結構，由罐底、罐壁、結構式蒙皮罐頂、盤梯、消防系統及內浮盤組成。其基本設計參數如表1 所示。

表1 貯罐基本設計參數

2 倒裝法施工方法

貯罐施工方法有正裝法和倒裝法，大型貯罐多采用倒裝方法施工。該貯罐直接在基礎上采用電動葫蘆倒裝法進行安裝。提升的重量為除去罐底和最后一帶壁板的重量，共計190t。在已經安裝好的罐底上，靠近罐壁內側按圓周均勻布設24 個提升裝置，電動葫蘆采用額定載荷10t；操作提升裝置提升罐壁后，再圍焊下帶壁板，如此依次組裝貯罐。

3 施工程序

3.1 施工工序

施工工序：基礎復測→壁板下料→罐頂加強筋，包邊角鋼，加強圈角鋼的滾圓、調校，脹圈的滾圓及底板邊緣板、壁板、單塊頂板的預制（按排版圖焊接成單塊頂板，然后以拱頂的弧度作胎具，將單塊頂板放在胎具上，已經調好弧度的加強筋扁鋼按圖紙要求與頂板進行焊接）→底板邊緣板的鋪設→邊緣板外沿300mm 加墊板對焊→底板中幅板的鋪設→中幅板組焊成長條帶板→各長條帶板之間組焊成整體中幅板→在底板上找出圓心，按半徑15m 劃圓作為罐壁內徑，圓周均勻分布焊接“凹”形卡板，約1m 一個，使各個卡板凹槽標高相同→圍焊第一帶板→安裝焊接包邊角鋼→安裝環形臨時支撐罐頂結構→安裝罐頂板→組焊罐頂板→安裝提升機構及內部漲圈、并拆除罐頂臨時支撐結構→圍焊第二帶板→提升第一帶板→組焊第一、二帶板→罐內壁焊縫磨平→提升罐體，在罐壁下等圓周分布I45 的支撐凳，重新安裝“凹”形卡板并找平（I45 主要用于進出罐方便）→拆除內部漲圈→依次安裝各帶壁板直至第7 帶板→拆除I45 的支撐馬凳，在罐底板上圍焊第8 帶板→提升罐并與第8 帶板進行組焊→底圈壁板與邊緣板之間的角焊縫焊接→剩余邊緣板之間的對接焊縫進行焊接→邊緣板與中幅板之間的搭接縫進行焊接→拆除提升機構和內部漲圈→盤梯安裝→完成罐體上的開孔→罐體檢驗合格充水并做正、負試驗及基礎沉降觀測→內浮盤及附件安裝。

3.2 貯罐的焊接方法

罐底邊緣板采用對接焊；罐底中幅板采用搭接焊；罐頂組對時，瓜瓣形單塊頂板之間采用搭接焊；每帶壁板之間的環焊縫采用內壁齊平外V 型坡口的對接焊。

4 貯罐預制

4.1 底板預制

（1）在罐底鋪設前，根據基礎上縱橫中心坐標，在已驗收的基礎上劃出十字線；以十字線為中心，以罐底放大后的直徑為基準，劃出邊緣板外圓及邊緣板位置線。

（2）在預制邊緣板時，考慮到以后焊接底板收縮縫時底板產生收縮，應注意將罐底的直徑放大0.1%～0.15%。所以在制作邊緣板樣板時，應將邊緣板的弧度進行放大。邊緣板的對接接頭，在放樣過程中應注意采用不等間隙，即內沿大、外沿小，一般內沿間隙為8～12mm，外沿間隙為6～7mm。這樣在焊接底圈壁板與罐底邊緣板時，可防止罐體的整體收縮使邊緣板之間因對接焊縫間隙過小而出現邊緣板上翹變形。邊緣板下料完畢以后，要進行長度、寬度、對角線的測量，保證其在允許偏差范圍之內。

4.2 壁板預制

（1）該貯罐壁板為8 帶板，罐壁板從下至上板厚度：第1 帶，δ=20mm；第2 帶，δ=18mm；第3 帶，δ=16mm；第4 帶，δ=14mm；第5 帶，δ=12mm；第6—8 帶，δ=10mm。壁板在下料后，應測量寬度、長度、對角線和直線度，特別是直線度一定要保證，因為每塊壁板上下口如果出現不直度，以后在環縫組對時會產生不等間隙，給組對和焊接造成困難。所以在下料前，應保證下料平臺的平整，防止半自動切割機在工作時軌道的偏移。如果在下料后局部出現不直，要用角向磨光機進行修整。

（2）在壁板卷板中，應先將每塊壁板兩頭部位起弧，然后進行整板的卷弧。卷板完畢還要用弧形樣板進行檢查。對于在卷板后兩頭位置出現約250mm 左右的直頭現象。由于貯罐直徑30m，只要每塊壁板卷板后其彎曲半徑不大于15m，在以后組對壁板時，就不會產生棱角現象。卷后的壁板，應放在專用的胎具上，防止變型。

4.3 瓜瓣形頂板預制

（1）罐頂板厚度為6mm，內部帶加強筋。由于罐頂是由36 塊瓜瓣形單塊頂板組成，瓜瓣的拼焊環縫采用對接焊，相臨瓜瓣縱縫為搭接角焊縫。圖1 為瓜瓣型單塊頂板示意圖。

圖1 瓜瓣型單塊頂板

根據罐頂的弧度（L） 和曲率半徑（R），按公式α=L/ R，計算出單塊頂板的弧長，然后計算出單塊瓜瓣形頂板的外圓弧長（即罐頂俯視投影圓的周長/ 瓜瓣形頂板的數量+ 相臨瓜瓣形頂板的搭接長度），以該弧長作為頂板展開后的弦長。根據以上得出的數據，可作出單塊瓜瓣形頂板的樣式；然后根據現場實際到貨鋼板的板幅，繪制出單塊頂板組對方式。單塊組對方式按圖2 進行。

圖2 單塊組對方式示意圖

（2）根據現場板幅，繪制單塊頂板排版圖。排版時主要注意相鄰瓜瓣形單塊頂板之間的環向焊縫應錯開，最小距離為300mm。圖3 為單塊瓜瓣形頂板的一種排版樣式，以現場板幅8m×2m 的鋼板來進行排版。

圖3 單塊瓜瓣形頂板排版樣式

（3）罐頂板的預制，單塊瓜瓣形頂板需要進行拼接。拼接時，應在平臺上進行組對。組對焊接時，應采取防變形措施，將焊縫兩側打上卡具，防止焊后出現角變形。在拼接完畢以后，應對長度、寬度和對角線進行復查。在制作頂板加強筋時，要對加強筋進行矯正，用弧形樣板檢查其圓弧度，滿足要求后，在胎具上進行單塊頂板與加強筋組對焊接，胎具應根據球形罐頂的半徑制作。焊接時，在頂板徑向兩側打上卡具，使頂板與胎具貼緊，加強筋與頂板要充分貼近；焊接時兩側采用雙面間斷焊，焊接成型完畢后，應讓焊縫冷卻后才能送開卡具，放置在備用胎具上。4.4 罐體型鋼加工

罐體型鋼的加工質量也是保證貯罐整體成型的重要條件，如罐體上的包邊角鋼、抗風圈、罐頂的加強筋等。特別是包邊角鋼，因為在組裝時，角鋼上沿要保證水平，為以后組裝頂板創造條件。在加工型鋼時，可使用卷板機使其弧度基本成型，然后轉為平臺上用火焰加熱的方法再次調整其弧度和翹曲變形。

5 提升機構安裝

甲醇貯罐采用電動葫蘆提升，總提升重量為190t。電動葫蘆的最大起重量為10t，須設24 個提升架，提升架高度應能滿足最大寬幅壁板的圍板條件。提升架按圓周均勻布置在罐壁內側盡量靠近壁板處，提升時應保證倒鏈、電動葫蘆的驅動機構能順利地通過罐頂的抱桿吊裝孔，不出現卡阻現象，以不碰包邊角鋼為宜，根據實情調整提升架與壁板的間距。抱桿背后應焊兩根斜拉撐，各相對抱桿（如B1 對B13、B2 對B14）可在頂部用鋼絲繩進行連接，用以平衡提升罐時產生的水平拉力，抱桿分布如圖4 所示。

圖4 提升機構抱桿布置圖

6 貯罐組對安裝

6.1 底板鋪設及中幅板焊接

（1）在鋪設底板前，應繪制出底板的排版圖。由于貯罐的邊緣板之間采用對接焊，中幅板之間采用搭接焊法，所以在繪制底板排版圖時根據現場情況、相臨底板之間的焊縫距離和中幅板之間的壓邊量來進行。其中邊沿的不規則中幅板的確定應在中間幅板編排以后進行，原則是節約用料和保證相臨焊縫的間距符合規范要求。在鋪設時，先鋪設邊緣板，后鋪設中幅板。第一塊邊緣板鋪設位置宜選擇在0°、90°、180°、270°位置，且從單塊邊緣板的縱向中心線開始；將此邊緣板按中心線鋪設后，分別從該板兩側鋪設其他邊緣板，鋪設時外側間隙宜為6～7mm，內側間隙宜為8～12mm；當鋪設到整個圓周的一半位置時，再進行另一半邊緣板的鋪設，鋪設方法和順序相同；邊緣板鋪設完畢后，進行外沿300mm 焊縫的加墊板焊接。

（2）中幅板鋪設時應先鋪設中間條狀帶板，然后進行兩側帶板的鋪設。鋪設時應注意中幅板之間的搭接量，整個底板鋪設順序如圖5 所示。

圖5 底板鋪設順序示意圖

（3）中幅板的焊接采用二氧化碳保護焊，主要利用其焊接速度均勻、焊后變形小的特點。在焊接中幅板時應注意，先焊接縱向短焊縫，使單塊板拼接成條狀帶板；再進行條狀帶板之間長焊縫的焊接，組對條狀帶板時應從中心向兩邊隔縫進行焊接。為防止在組對相臨條狀帶板時出現波浪變形，可采取沿焊縫長度方向進行剛性固定，以及在所有焊縫兩端加防翹曲的墊板等措施。無論焊接短焊縫還是長焊縫，都要先分段焊、隔縫焊接，且要求焊工均勻分布，同向、同速、同步進行施焊。特別要注意的是，焊接底板三層鋼板搭接處（底板“T”字焊縫）的焊縫前，應事先將最上層鋼板敲成“Z”形折角，如圖6 所示。

圖6 底板三層鋼板搭接處焊接

上下層之間的鋼板應壓實，防止該位置焊后起包變形。焊接時應先焊中層鋼板與底層鋼板搭接方向上的焊縫，因為該處如果焊接質量不好，最易造成滲漏。

6.2 頂板組對

（1）在第一帶壁板組對焊接完畢以后才能進行頂板組對。頂板組對前，立環形同心圓支撐結構，作為組裝罐頂的胎具，如圖7 顯示。中心支撐采用H250×250 的H型鋼作為4 個支撐柱，外圓支撐桿采用腳手架桿作為支撐，相臨支撐桿之間用架桿進行連接，使支撐結構成為一個整體。上部支撐罐頂板的環形結構采用[10 槽鋼，安裝前確定環形支撐的半徑，將[10 按各個半徑滾制成圓弧，然后進行焊接安裝。

圖7 組裝灌頂的胎具- 環形同心圓支撐結構

（2）在安裝環形支撐前，應對各個支撐點進行標高測量，計算出每個支撐桿的高度。測量和計算方法為：將水準儀架在罐內合適的位置，依次測量環形支撐點的標高；然后測量罐的包邊角鋼上沿的標高，用各個支撐點的標高減去包邊角鋼上沿的標高所得的差值，再加上支撐桿頂部到包邊角鋼上沿的距離，得出各個支撐桿的長度；然后按位置進行安裝支撐桿。

（3）在組對頂板前，應先標出單塊瓜瓣形頂板的中心，并在包邊角鋼上沿和中心支撐結構上的圓形[10 上做好標記，每塊頂板的中心與之對應，這樣每塊頂板在組對時就可以保證相鄰頂板的搭接量。一般在組對過程中，罐頂板在靠近罐壁的部分會出現局部凹陷的現象，可以采用在罐內撐、頂的方法，將凹陷頂起后再進行相鄰頂板的組對焊接。焊接罐頂板時，要進行分段焊、隔縫焊接，沿同一方向進行施焊，防止焊接后應力集中在某一處產生罐頂板變形。

6.3 壁板組對安裝

（1）進行第一帶壁板的組對時，要進行水平度和垂直度找正。以罐底板中心為圓心，按半徑15m 均勻分布“凹”形鋼板作為罐壁的組對和找平的卡具，分布數量宜為1m一個?？ň叩陌疾鄣撞繎荚谕凰缴?，采用U 型塑料管進行測量，測量時應以底板中心為基準，分別測量每個凹槽，相臨兩壁板上口水平度偏差不應大于2mm，整個圓周上任意位置兩點水平度偏差不應大于6mm。組裝時，壁板下口放置在凹槽內，凹槽內沿作為壁板成型的胎具，壁板外沿用楔子等工卡具調整，以此來保證壁板的水平度和橢圓度。下帶板與上帶板組對時，預制壁板弧長應適當考慮一定的余量，防止在組對時出現補板現象。

（2）壁板的焊接方式：外焊縫焊接→對背部進行氣刨清根→焊接內焊縫。在焊接縱縫時，應采用在罐壁外縱縫一側點焊縱向長背板，來控制縱縫的直線度。內縫焊接前，先進行氣刨，然后在罐壁內縱縫處上下各點焊橫向弧形背板來控制壁板的垂直度和橢圓度，點焊背板時要注意背板與罐壁貼緊。在焊接環縫前，應在內環縫上下壁板上點焊卡板，相鄰卡板的距離在300mm 內，保證罐內壁的齊平和橢圓度。組對焊接環縫時，不應使下帶壁板受上帶壁板的壓力，保證焊接間隙和焊后自由收縮量。焊接時應先焊接間隙小的部位，以防止焊后收縮上下壁板之間擠壓產生角變形。焊工焊接縱縫時，采用分段法施焊，焊工對稱分布，同時進行焊接。在焊接環縫時應按圓周均勻分布焊工，分段焊接，焊接方向應保證一致，采用變形小的焊接工藝進行焊接。對于大型貯罐，一般在對角方向留出2塊活口位置，焊接方向應向活口縱縫位置進行，如圖8 所示。

圖8 壁板焊接

（3）在焊接環縫時，焊至活口“T”字縫位置時，該活口縱縫左右各留出約1m 環縫不焊，先進行縱縫的焊接。如果留出的環向焊縫過短，在焊接該縱縫時，焊后“T”形縫位置的收縮量就很明顯，“T”形縫會出現內凹的現象。在焊接“T”形縱縫時，應注意在其下部的環縫處起弧，在其上部的環縫處收弧，并在焊接環縫前將起、收弧處的焊縫磨掉，修磨坡口，以保證“T”形位置的焊接質量。縱縫焊完以后，再進行剩余活口位置環縫的焊接，力求將焊接變形減小到最小。在壁板組對時，罐壁的某一位置可能會有一塊短板，活口位置盡量不要在該短板上留取。因為短板上如果留取活口，以后在割除活口后，該壁板將會產生直頭現象，而且該壁板越短，直頭現象越嚴重，焊后將產生棱角，影響罐體的橢圓度。在繪制排版圖的過程中，應盡量使相鄰縱縫之間的距離增大，因為間距過短的話，組對后也有產生角變形的可能。在組對的過程中，在相臨壁板的縱縫上口塞入楔子卡具，減小在焊接罐壁外部縱縫時由于焊后焊縫收縮而產生內凹現象。在縱縫未進行焊接蓋面前，里口的縱縫應進行氣刨，氣刨后由于焊接應力減小，內凹現象將會減小或者消除，從而利用鋼板自身的焊接特性進行修正。

（4）進行壁板的提升前要進行提升脹圈的安裝。脹圈采用[22，卡具、刀把卡、擋板采用δ=20mm 的鋼板。安裝時應用弧形樣板對脹圈弧度進行檢查，脹圈位置盡量靠近每帶壁板的下沿，一般距底端50～100mm。因脹圈脹緊后，其強度比壁板的強度大，不易變形，可防止壁板焊后環縫內凹的現象。采用“刀把形”卡具固定脹圈并作為提升用的吊點，相臨脹圈之間用千斤頂頂緊，保證提升時脹圈與罐壁緊貼。如圖9 所示。

圖9 脹圈安裝

6.4 底板邊緣板焊接

（1）弓形邊緣板的焊接順序為：邊緣板外沿300mm部位的焊縫→底圈壁板和邊緣板之間的角焊縫→焊接邊緣板之間的對接焊縫、中幅板的對節焊縫→焊邊緣板與中幅板之間的搭接焊縫。

（2）底圈壁板和邊緣板之間的“⊥”形角焊縫進行焊接時，宜先焊接罐壁內側的焊縫。焊接前，為了防止邊緣板在焊接后因受熱上翹，可以在最底圈壁板和邊緣板上焊臨時支撐，以減小角焊縫時邊緣板產生的上翹變形。焊接前，應注意把各個邊緣板之間的焊縫間隙清理干凈，因為該焊縫是收縮縫，焊后罐體要整體收縮，以防止邊緣板因收縮縫間隙過小而產生上翹變形。在焊接該焊縫時，焊工按圓周等距離均勻分布、同一方向施焊，采用分段退焊、隔段跳焊的方法進行，各個焊工的焊速要基本一致，防止罐體產生不均勻局部收縮變形。

（3）焊接邊緣板之間的對接焊縫、中幅板與邊緣板之間的搭接焊縫時，焊工要沿圓周均勻分布，按同一方向進行施焊，嚴格控制焊接變形。

6.5 罐體開孔及盤梯安裝

在罐體制作安裝完畢以后，進行罐體開孔和盤梯的安裝。罐體開孔及盤梯的支撐架應防止焊接在罐體焊縫上。

7 結語

甲醇罐區內的貯罐施工均采用上述施工方法及焊接工藝，有效控制了貯罐的整體成型。經驗收檢查，各項偏差值都在規范要求之內，貯罐的整體成型效果較好，倒裝法施工取得了預期的效果。