糧庫儲油立式鋼儲罐高效施工關鍵技術

路彩娟,何華軍,張 念

(1.紹興職業(yè)技術學院,浙江 紹興 312000; 2.浙江廣川工程咨詢有限公司,浙江 杭州 310020; 3.武漢長江科創(chuàng)科技發(fā)展有限公司,湖北 武漢 430010)

0 引言

糧庫儲油罐一般采用立式鋼儲罐(見圖1),施工內容包括罐體安裝、內外立面除銹防腐。罐體一般采用從下而上的正裝法,該方法需要大量支撐架體及大型設備,且高空作業(yè),既不經(jīng)濟又不安全。儲油罐內、外立面除銹防腐施工若采用常規(guī)吊籃或蜘蛛人作業(yè),危險系數(shù)高。鑒于上述情況,亟需總結立式鋼儲罐安裝及除銹防腐的高效施工技術。

圖1 糧庫儲油立式鋼儲罐

1 倒裝提升施工技術

1.1 方案比選

鋼儲罐罐體主要采用正裝法和倒裝法進行施工。

1)正裝法原理 完成罐底施工后,從最底層壁板向上施工至頂層,之后將底圈壁板與底板間角縫進行焊接?？沙浞掷么笮偷跹b設備,加大預制深度,易于掌握,便于推廣鋼儲罐自動焊接技術,但需占用較大施工場地,技術難度大,高空作業(yè)多,安全風險大。正裝法施工如圖2所示。

2)倒裝法原理 完成罐底施工后,對罐頂及最頂層壁板進行焊接拼裝,將提升設備均勻布置在罐內,通過對脹圈等輔助裝置提升罐頂及頂層壁板,隨后提升次頂層壁板,并依次循環(huán)直至完成施工。施工人員在地面作業(yè),安全系數(shù)高,人員操作方便,施工質量好,工效高。倒裝法施工如圖3所示。

圖3 倒裝法施工實景

通過對傳統(tǒng)倒裝法進行設計優(yōu)化,總結出新型立式鋼儲罐倒裝提升高效施工技術,開發(fā)新的倒裝法提升裝置,穩(wěn)定性好、提升力大,且施工快速、成本較低。通過對立柱體系的選取、立柱位置的優(yōu)化、吊點及脹圈的優(yōu)化設置,實現(xiàn)同步提升,精細化、高精度施工,提高了罐壁垂直度及圓弧度。

1.2 倒裝法提升裝置結構設計

新型倒裝法提升裝置(見圖4)由立柱、上端吊耳、電動葫蘆、吊耳、脹圈、定位支架、撐桿、拉桿、龍門卡具和限位支架組成。由整體需提升質量及電動葫蘆最大提升力,確定提升點及提升裝置數(shù)量。

立柱受到的外力為軸向壓力,立柱穩(wěn)定性是關系施工安全的重要因素。由于徑向及橫向拉桿牽引平衡電動葫蘆偏角水平分力,故將立柱近似考慮為僅受豎直壓力,因此立柱受力簡化為材料力學中一端固定、一端自由的壓桿穩(wěn)定性計算。

壓桿穩(wěn)定性取決于壓桿細長比λ和臨界應力Fcr。當細長比非常大時,臨界應力為壓桿失效的主要形式。臨界應力計算如式(1)所示。

Fcr=π2EI/(μL)2

(1)

式中:μ為長度系數(shù),與壓桿約束條件有關,一端固定、一端自由的壓桿μ取2;L為壓桿長度,與電動葫蘆提升高度和各圈壁板高度有關,取4m;E為彈性模量,碳鋼彈性模量為210×109N/m2;I為壓桿截面最小慣性矩,I=π(D4-d4)/64,由臨界應力確定鋼管等型號。

1.3 倒裝法提升主要工藝

倒裝法施工工藝流程為:施工準備→鋼儲罐底板安裝→最頂層壁板安裝→罐頂安裝→提升裝置安裝→次頂層罐壁安裝→壁板提升→循環(huán)提升直至完成。以某糧庫為例,施工工藝如下。

1)設備及吊點選取 現(xiàn)場最大最重油罐直徑15m,高度16.2m,總重64.1t,根據(jù)施工流程,最大吊重為47.739t。計算可得,吊點數(shù)量為12個。

2)立柱體系選取 立柱體系由鋼管、鋼板及撐桿結構組合而成,采用φ150圓管,厚度為8mm,高度為3m。

3)罐頂安裝 在罐底安裝中心傘架,用以輔助罐頂安裝,然后進行壁板及頂板組裝施工,并根據(jù)立柱位置對罐頂開洞(孔洞為600mm×600mm)。

4)提升裝置安裝 立柱安裝為罐壁提升做好準備。在壁板進行脹圈安裝(見圖5),脹圈結構采用[18(180mm×68mm×7mm),100mm×10mm鋼板。根據(jù)立柱數(shù)量,采用12個電動葫蘆保持同步提升。在圓周上應按罐體周長方向等分設置電動葫蘆,在徑向上應保證上、下吊耳垂直對齊,保持導鏈盡可能垂直受力,然后安裝支撐桿件,以保證立柱間受力的相對平衡。

圖5 脹圈細部節(jié)點

5)次頂層壁板安裝 按排版圖及編號順序進行次頂層壁板拼接,圍板上留2道活口不焊,在每個活口上各設置1組活口調節(jié)裝置,用于在提升、拼接過程中逐步收緊壁板。

6)壁板提升 每次提升前要對提升裝置進行全面認真檢查,合格后方可開始提升。提升至2/3高度時,停止提升,在壁板下口內側每隔500mm點焊1塊環(huán)縫組對擋塊(見圖6)。

圖6 壁板安裝與提升

2 內外立面除銹防腐高效施工技術

2.1 方案比選

立式鋼儲罐內外立面除銹防腐施工主要采用普通吊籃、蜘蛛人等作業(yè)方式。本文創(chuàng)新性提出一種可旋轉吊籃(見圖7),該體系僅需投入1套軸承、1根橫桿及鋼棧橋平臺、吊籠等,能實現(xiàn)鋼儲罐內外立面除銹防腐施工無死角、一次性施工,施工工效高、安全可靠。

2.2 可旋轉吊籃結構設計

2.2.1外立面吊籃設計

立式鋼儲罐外立面除銹防腐施工原理為:施工人員站在掛梯上吊籠進行防腐施工,當需移至下一工作面時,由另一施工人員站在罐頂沿護欄推動橫桿,施工人員可實現(xiàn)上下左右操作,此裝置整體結構由固定端、橫桿、旋轉裝置、掛梯及吊籠組成(見圖8)。

外立面吊籃構件組裝過程如下。

1)橫桿端部加固 油罐罐頂中心位置設計有氣孔,氣孔采用φ600法蘭短管制作安裝。橫桿端部固定在氣孔處,利用└50×4制作固定件(見圖9),尺寸相對短管法蘭盤較小。

圖9 頂部橫桿端部加固俯視圖

2)受力橫桿安裝 主橫桿一端利用角鋼固定在氣孔處,與護欄連接處采用軸承鋪墊(見圖10),橫桿一端懸挑出護欄外,頂部進行掛梯安裝。

圖10 外立面吊籃軸承節(jié)點

3)吊籃及掛梯安裝 掛梯采用鋼管分段制作,可進行分段拆解,掛梯固定在橫桿端部,吊籃操作平臺為掛籠,可固定在掛梯上。

2.2.2內立面吊籃設計

立式鋼儲罐內立面除銹防腐施工原理為:將吊籠安裝在一側掛梯上,在罐底由1位施工人員繞罐頂中心推動另一側掛梯,從而實現(xiàn)鋼儲罐內立面施工。此裝置整體結構主要由固定端、鋼棧橋平臺、掛梯及吊籠組成(見圖11)。

圖11 內立面吊籃整體結構

內立面吊籃構件及組裝過程如下。

1)頂部固定端安裝 立式鋼儲罐內部施工時,在其頂部采用角鋼搭設三角支架(見圖12),并且在氣孔處安裝與中心桿直徑相匹配的軸承,從而實現(xiàn)中心桿以下部件可圍繞軸承進行旋轉。

圖12 內立面吊籃頂部節(jié)點

2)鋼棧橋平臺組裝 鋼棧橋平臺由普通鋼管及角鋼通過螺栓及焊接組合而成,其中心通過鋼板與中心桿相連。內立面吊籃操作平臺如圖13所示,中心桿節(jié)點如圖14所示。

3)內立面吊籃提升及固定 鋼棧橋平臺在地面組裝完成就位后,在油罐頂部安裝起重設備,安裝就位后進行調試,檢查中心桿及操作平臺是否滿足要求。檢查無誤后,進行提升,提升過程中安裝吊籃平臺兩側掛梯及吊籠。待提升至設計位置時,通過插銷固定中心桿,使平臺在罐頂固定。

2.3 內外除銹防腐主要工藝

立式鋼儲罐外立面除銹防腐施工工藝流程為:施工準備→頂部氣孔加固→鋼橫桿組合安裝→吊籃掛梯安裝→安全繩安裝→外立面噴砂施工→外立面油漆施工→外立面組合吊籃拆除(見圖15)。

圖15 外立面除銹防腐施工流程

立式鋼儲罐內立面除銹防腐施工工藝流程為:施工準備→內立面組合吊籃散件吊運至罐內→吊籃平臺組裝→吊籃掛梯安裝→頂部氣孔起重設備安裝→吊籃平臺提升至設計位置固定→內立面噴砂施工→內立面油漆施工→內立面組合吊籃降落拆除(見圖16)。

圖16 內立面除銹防腐施工流程

1)立面吊籃安裝 內、外立面吊籃安裝如2.2節(jié)相關內容所述。

2)安全繩安裝 安全繩采用直徑為8.3mm的錦綸繩并配備相應安全扣,固定在氣孔頂部,安全繩配備專業(yè)安全扣可直接環(huán)繞于氣孔上并用鎖扣鎖住,與安全繩接觸的花架梁棱角部位必須用厚皮膠管進行保護,防止磨損斷裂,前端固定在懸挑結構上,1根安全繩僅限1人使用。

3)防腐除銹施工 外立面施工過程中,在罐頂安排1位施工人員沿護欄操作橫桿圍繞氣孔實現(xiàn)旋轉,另外1位施工操作人員通過吊籠掛在掛梯上,從而實現(xiàn)上下左右操作,工作面無死角。內立面施工過程中,將施工操作吊籃安裝在一側掛梯,在罐底安排1位施工人員推動另一側掛梯,從而實現(xiàn)圍繞罐頂中心旋轉施工。

3 結語

針對糧庫儲油立式鋼儲罐施工,罐體安裝、內外立面除銹防腐施工危險系數(shù)大,施工效率低,進行專項施工工裝和工藝開發(fā),總結新型立式鋼儲罐安裝及除銹防腐的高效施工技術。

1)開發(fā)新型提升裝置,創(chuàng)新立式鋼儲罐倒裝法安裝提升技術,優(yōu)化提升裝置電動葫蘆及立柱數(shù)量,在確保施工安全的前提下,降低施工成本,提高施工效率。

2)開發(fā)可360°旋轉的內、外立面吊籃裝置及節(jié)點,創(chuàng)新基于新型吊籃的內外除銹防腐施工技術,可自由選擇工作面,且一次性成型,安全高效。