大型低溫儲罐拱頂及內吊頂整體氣頂升施工技術研究

李翊，劉杰，劉長沙，范忠武，謝軍

（中建安裝集團有限公司，江蘇 南京 250014）

大型低溫儲罐拱頂及內吊頂整體氣頂升施工技術解決了大型低溫儲罐拱頂及內吊頂無法采用倒裝法進行現場建造的難題。大型雙金屬低溫罐或預應力混凝土低溫罐采用整體氣頂升施工，與傳統小型、中型、大型罐倒裝法液壓頂升、大型起重機械吊裝施工相比更安全、高效、經濟，在保證施工質量的同時，降低了大型低溫儲罐拱頂梁板、鋁內吊頂、頂部套管及接管、軌道梁、電動葫蘆等安裝的施工難度和安全風險，降低了工程造價。

1 工程概況

2022 年，中化連云港循環經濟產業園罐區項目二期工程中包括80000m3低溫丙烷/丁烷儲罐為雙金屬全容積罐，現場制作數量1 臺，位號為21T0101，儲罐由鋼制外罐和鋼制內罐兩部分組成。整體坐落在筏板混凝土承臺基礎之上，拱頂采用Q345R 板材，拱頂梁采用Q355D 型材，吊頂采用5083-0 及06Gr19Ni10，罐壁罐底采用A537-CL2+A516-60 低溫板材。

2 大型低溫儲罐拱頂及內吊頂整體氣頂升施工工藝

在外罐內底部臨時支撐（軌道梁臨時支撐）上進行罐頂的組裝，在罐內底部進行吊頂的安裝，氣升前要求吊頂板磁粉或滲透等檢測完成。圖1 為大型低溫儲罐拱頂及內吊頂整體氣頂升施工工藝流程圖。

2.1 罐頂（吊頂）制作安裝

外罐筒體采用“火箭升空”式的施工方法，即從底部向上施工，而不同于傳統的倒裝法施工。罐頂（吊頂）采用“搭積木”式的方法從下到上進行制作、焊接及拼裝，在有效保證施工質量的同時，降低了傳統儲罐拱頂焊接時高處作業的安全風險，大大提高了工作效率。采用臨時支撐和吊裝設備輔助的方式完成對罐頂（吊頂）的安裝，圖2 為罐頂（吊頂）制作安裝圖。

圖2 罐頂（吊頂）制作安裝圖

2.2 平衡裝置制作及安裝

將24 個可拆除的平衡裝置按照等間距的方式（每隔15°）安放一個在低溫儲罐外部的均壓環上，同時在底板的24 塊吊耳上安裝滑輪鎖緊，吊耳焊接在底板上，四邊滿焊。在安裝過程中，一定要保證24 組鋼絲繩的繃緊，使用花籃螺栓拉緊鋼絲繩并調整其預緊力（約8kN 的預緊力），以保證罐頂在各個方向所受的力相等。

（1）底板吊耳。在底板的24 塊連接鋼絲繩的吊耳采用A537-CL2 的δ=20mm 的板材(與罐底板材質保持一致)制作，用于鋼絲繩下端的固定，焊材和焊接符合要求，焊縫PT 檢查。

（2）導向滑輪。24 個導向滑輪通過帶墊板形式焊接在罐頂板下表面，與T 型架位置一一對應，沿罐壁每隔15°弧長均布一個，高程約為1.988m。

（3）T 型架。在承壓環上安裝T 型支架24 個。保證T 型架正確的安裝，可靠與承壓環固定。

（4）張緊平衡鋼絲繩。選擇公稱直徑φ16，型號為6×36+FC-16mm，公稱抗拉強度為σ=1670MPa，最小破斷拉力為Fb=150kN 的纖維芯鋼絲繩。選擇弓型卸扣BB3/4"(G2130）為4.75t、4.5t O&O 型的花籃螺栓。

2.3 平衡校正系統及配重系統的安裝

平衡校正系統及配重系統采用統一標準的鋼絲繩在空間360°內進行等角度的布置、施加恒定預緊力，實現了儲罐拱頂上升過程中的平衡和穩定，達到了為儲罐拱頂準確提供定位和導向的目標。

在儲罐罐頂的建造中，由于低溫丙烷儲罐的罐頂蒙皮板、罐頂開孔、網殼網桿的分布并不是均勻分布的，這將導致整個罐頂的重心發生偏移，為了保證在頂升過程中罐頂的重心始終位于罐頂的中軸線上，罐頂在相同的風壓作用下得到均等的壓強從而使儲罐罐頂水平上升要對儲罐罐頂進行配重。平衡配重是通過在罐頂及吊頂上附加配重布置從而調整罐頂重量使其均勻分布。

2.4 密封裝置制作安裝

外罐施工通道采用鋼板進行密封，鋼板與壁板及底板之間的縫隙采用焊接進行密封。密封使用的鋼板與外罐壁板間采用搭接形式。在臨時鋼板上開設進風口、壓力測試系統和人員通道。

（1）罐頂邊緣密封。罐頂邊緣密封主要指拱頂鋼結構邊緣與外罐之間的密封結構，鍍鋅鐵皮材料選用規格為1×1150×1102，每兩根縱向梁之間設置一塊，貼著罐頂板下表面下端利用通孔方鐵進行定位，然后用圓尖固定，每塊鍍鋅鐵皮搭接120mm。密封材料選用規格為0.16×1200×1202 的雙面鋁箔布，上端和鍍鋅鐵皮齊平，下端伸出鍍鋅鐵皮50mm，將玻璃纖維密封布上端和罐頂板使用膠帶粘貼牢固密封。

（2）門洞的密封。用12mm鋼板封閉第一圈臨時門洞；鋼板四周與外罐壁焊接密封，為增強臨時門密封板的剛性，采用[10 槽鋼加通孔方鐵通過圓銷加強，門洞設三個風道口，3#風道旁設臨時出入艙，3#風道下方設泄風口，備用風機增設DN100 旁路防止設備憋壓。

2.5 臨時門洞封閉及風機安裝

（1）臨時門洞封閉。①罐內密封系統和平衡系統配件全部制作完成并運輸到罐內，罐內影響氣升頂工作的物件清理干凈后，開始臨時門洞的封閉工作；②將厚度為14mm 的鋼板焊接到罐壁和罐底，焊接采用斷續焊100mm（200mm），焊接高度8mm；然后用玻璃膠進行四周密封，避免氣升頂過程中氣體過量流失；之后在鋼板外側安裝HW150 型鋼進行加固，型鋼與密封板連接形式為斷續焊，100mm（200mm）焊接高度8mm；③臨時門洞位置設置緊急泄風通道，使用δ=6mm 鋼板制作而成，中間使用閘板進行隔斷，排放風口遠離機具設備。

（2）風機安裝。根據圖紙制作風道并正確安裝風機，風機基礎與型鋼基礎通過螺栓固定，型鋼基礎與地面通過膨脹螺栓固定。根據風機參數配備3 臺發電機(其中1 臺為備用發電機,供電給備用風機)。考慮到突然停電等因素的影響，因此頂升過程中采取發電機正常供電，市電作為備用電源。一套（2 臺柴發）作為升頂使用，另一套（1 臺）作為備用。一旦單臺發電機無法使用，通過變頻器裝換器即可瞬間切換至市電。在頂升前應進行切換試驗，試驗時注意風機是否反轉。

2.6 聯絡及測量系統

在罐壁內側8 個方位標明刻度，用于測量罐頂上升的速度和傾斜量，同時，在承壓環處設置8個測量監測點，在實施過程中，應保證8組測量人員同時讀數，依次報數。利用盤尺的讀數，通過讀數分析出來檢測罐頂傾斜量和上升速度。

采用頂升自動監控系統（JAMS）對整體氣頂升施工進行監測、控制，實現了對頂升壓力和罐頂（吊頂）上升速度的控制，保證了罐頂（吊頂）的平穩頂升，降低了頂升施工過程中的安全風險。圖3 為頂升自動監控系統（JAMS）圖。

圖3 頂升自動監控系統（JAMS）圖

2.7 施工工裝平臺

施工工裝的平臺和罐壁固定采用鉚接，鉚接的連接件為角鋼∠200×12，材質Q235B。每個平臺三腳架處用通孔方鐵直接與罐壁、平臺焊接，再通過通孔方鐵上加銷子與角鋼∠200×12 相鉚接，接著焊接擋塊防止銷子脫落。其中通孔方鐵形狀為正方形，寬60mm,厚度20mm，孔徑20mm，銷子最大直徑35mm，材質Q235B。

2.8 預氣頂升

（1）預氣升的必要條件：①罐頂結構包括頂板焊接工作全部完成并驗收合格；②鋁合金吊平頂結構安裝工作全部完成并驗收合格；③罐內施工用電動葫蘆安裝調試合格；④用于拱頂鋼骨與抗壓環聯接板安裝的腳手架工作已準備完畢；⑤人員進出罐內的安全通道已經完成；⑥預氣升的各種條件因素都與正式氣升完全一樣。

（2）預氣升的目的：①施工人員現場觀察低溫儲罐罐頂是否出現傾斜狀態，如有，及時矯正；②對各氣頂升設備、裝置進行安全試驗，防止出現安全事故；③實時監控各氣頂升設備、裝置的溫度、壓力數據。

2.9 氣頂升

（1）正式氣頂升的前置條件為完成拱頂預氣頂升；（2）若一臺風機發生故障時，備用風機可立即啟動工作，同時關閉故障風機的風量調節閥門和緊急封閉門；（3）氣頂升開始階段，合上風量控制閥門，閉上安全門。開動風機后按檔位1、2、3…控制閥門，以滿足預期的壓力值；（4）氣頂升過程中，如果風機出現急停的狀況，安全門應立即關閉；（5）由專業技術人員通過控制進風量來實時控制氣頂升速率，實時觀測各氣頂升設備、裝置的溫度、壓力數據，防止頂升速率過快而發生罐頂超出罐壁頂部的安全質量事故；（6）在氣頂升完工之前，須在抗壓環上焊接完成罐頂梁限位件（共108個），同時低溫儲罐氣壓須恒定在標準大氣壓30 ～50毫米汞柱；（7）當108 個拱頂限位塊全部焊接完成后即可泄壓；（8）頂板限位件在焊完梁與抗壓環的連接牛腿后拆除。拆除頂板限位件后應立即組織安裝、焊接抗壓環與拱頂板之間的過渡板；（9）采用低溫儲罐拱頂、內吊頂及頂部接管立體化施工的方法，解決了整體氣頂升過程中各裝置不能達到立體化施工效果的難題，有效降低了整體氣頂升的施工難度和安全風險。

2.10 罐頂就位

大型低溫儲罐拱頂就位的過程中，應進行以下五項工作：（1）方位的確認，拱頂安裝方位的確認；（2）承壓環間距調整，承壓環與拱頂四周間距的調整；（3）承壓環的固定，利用卡子、圓銷等工具將拱頂與承壓環固定；（4）承壓環焊接，固定完成后展開承壓環與拱頂的焊接工作；（5）當拱頂與抗壓環緊密接觸后，控制風機的風量，保持拱頂處于平衡狀態，并迅速用卡具將拱頂與抗壓環固定，并將拱頂點、焊在抗壓環上。卡具在拱頂上應均勻分布，每隔1.2m 設一個卡具。在吹頂前將U形卡焊接在拱頂板上。圖4 為罐頂就位圖。

圖4 罐頂就位圖

2.11 收尾工作

大型低溫儲罐拱頂及內吊頂整體氣頂升施工的過程中，應進行以下收尾工作：（1）在拱頂與抗壓環焊接※牢固后關閉風機；（2）檢查確認，承壓環與拱頂的焊接質量的檢查，合格后進行拱頂的嚴密性試驗；（3）風機停止，各項檢查確認后停止風機作業；（4）密封裝置的拆除，進行密封裝置的拆除工作；（5）風機拆除，進行風機的拆除工作。圖5 為大型低溫儲罐拱頂及內吊頂整體氣頂升施工完成圖（側視）。

圖5 大型低溫儲罐拱頂及內吊頂整體氣頂升施工完成圖（側視）

3 結語

該工藝有效地解決了大型低溫儲罐拱頂及內吊頂整體氣頂升施工的相關技術問題，推動了大型低溫儲罐的順利投產，對于外罐無法采用倒裝法施工的大型低溫罐，采用此工法比外罐采用正裝安裝后再在高空安裝拱頂和吊頂的施工方法，在經濟效益上更具優勢。降低了大型低溫儲罐建造的高空作業的施工難度，平衡裝置的使用使施工安全可靠，降低了安全風險。解決了大型低溫儲罐現場大噸位（最大單重約600t）、大直徑（最大直徑約60m）罐頂吊裝的難題。對今后的大型低溫儲罐拱頂及內吊頂整體氣頂升施工提供了借鑒經驗。