大型储罐倒装施工液压提升工法

作者：杨学谦（中国建筑第一二程局） 

摘要：本工法是对原有工艺方法的提高和创新、在受力方式、动力源、可靠性，经济性等方面有新的进步。 

     一、工法特点 

    （1）倒装法施工，改高处作业为地面作业； 

    （2）改顶升方式为提升方式，使受力由受压改为受拉； 

    （3）机械机构改为液压机构，出力大，机构小； 

    （4）个别控制改为控制； 

    （5）运动部分改润滑为无润滑； 

    （6）改连续提升为步进提升，提升高度（理论上）不受； 

    （7）改刚性受力为球面自位式弯矩卸载机构； 

    （8）机械效率，体积重量，出力，安全等都较原施工方法提高。 

    二、工艺原理 

    1.倒装法原理 

金属圆柱形储罐主体由三部分组成：罐底、壁板、罐顶、罐体高度主要由各节壁板形成。正装法的程序是：罐底——各层壁板——罐顶。罐体越来越高，必须高处作业，倒装法的程序是：罐底——罐顶——上层壁板一提升一下层壁板一提升一各层壁板。主体施工全部地面作业，不仅安全、工效高，而且节省了吊机，脚手架等费用。罐顶和上层壁板的提升必须用胀圈。胀圈按罐内径作为若干段，每两段间用千斤顶胀紧在罐壁上，并焊接筋板来保证胀圈向罐体的传力，提升机构提升胀圈，则将罐顶及上层壁板壁升起。焊完下层壁板再将胀回装到下层壁板上，重复工作，直至完成全部壁板施工。 

    2.液压提升原理 

    动力来自控制台，其中包括电机、油泵、油箱、换向阀。安全阀、压力表、按扭盘、配油器、16组截止阀等。高压油经软管送至双作用油缸，通过换向阀实现油缸的往复动作。活塞杆是空心的，中间穿一提升杆。在油缸的上、下各有一个自位单向卡头的步进式工作。提升杆拉动滑板，滑板沿支架的轨道移动。在滑板上装有两块托板，用托板提动胀圈，使罐体提升，实现倒装工艺要求。滑板与支承架轨道间采用无润滑衬板。支承架有必要的高度、强度和刚度。 

    三、适用范围 

    本工法可用于金瞩圆柱形储罐的倒装施工，容积自1000m3至20000m3。可以对接，也可以是搭接罐壁。可以是拱顶罐、浮顶罐或内浮顶罐。此提升原理也可用于车间内大吨位设备的吊装。 

四、施工程序（见图30-1） 

五、操作要点 

    1.提升支架使用数量 

提升支架额定出力200kN，不同容积的储罐依提升支架的间距和单台支架的负荷选择。中小型储罐依间距选择，大型储罐最后提升重量很大，一般依负荷选择。例如，标准设计的1000m2拱顶罐，两提升支架间的间距为单台荷载重为t.1000Om3选用5台，6.5m内浮顶罐最大荷重10t，选用10台支架时间距为9.24m.间距太大会造成胀圈变形，一般以不大于8m为宜，选用14台时，间距6.6m，单台负荷为1.5t.

2 .提升支架的平面布置提升支架应均匀布置在罐壁内恻，尽量靠近壁板，以减少支架的弯矩。控制台置于罐中心，由高压橡胶软管连接各油缸的上下抽孔。支架的稳定性影响整个罐体提升的稳定，必须平稳垂直固定，并用两根斜支承和一根连到中心的径向水平拉杆，使所有支架呈辐形连接。这种布置方式即可使单个支架有足够的刚度，又使所有支架形成封闭系统，充分保证提升系统的稳定性。使用时逐个进行空载试验，检查抽缸往复动作，提升杆步进，上、下卡头是否可靠，提升杆与滑板的运动，以及控制台和抽管是否正常工作。 

    3.胀圈制作   胀圈是倒装法必不可少的措施，依罐壁内径分段制作，各段用螺栓连接成几大段，大段间用千斤顶把胀圈胀紧在罐壁上。用3个千斤顶；一般200Om3罐可预制6段，1000Om3罐可预制12大段，用6个千斤顶。胀圈截面取方形，依受力情况计算。胀紧后用传力筋板分段把胀圈焊在罐壁上，其部位最好在提升架的位置。 

    4.底板的安装 

    （1）根据各罐安装的顺序，底板安装前，应对其下表面进行防腐（搭接范围内空。底板铺设前，应在验收合格的基础上画出十字中心线，当土建标注的中心偏差较出），应调整到最小。底板铺设应根据加工制作提供的配板图，大时（但在允许范围之内）由罐底中心向四周顺序进行。首先铺设位于中心位置的一块，其位置要准确，不应有纵横轴线旋转误差，中心轴的水平误差一般不应大于2mm.中心底板铺好后，将基础上表面的十字中心线。反至底板表面，找出中心，并作出明显标志。对没有弓形边板的底板，中幅板应搭在弓形边板的上部。铺板时，应保证设计要求的搭接宽度，搭接处两板之间的最大间隙不应大于1mm，在三层底板重叠处，应将上层底板切角或打磨。在铺板过程中，先将板端短缝点焊。 

    （2）底板的焊接。 

    焊接应从底板中心开始。先焊短缝，再隔条点焊长缝，然后焊接。 

    无论是焊接短缝还是长缝，均采用分段退焊的方法，焊工均匀分布，同时施焊。 

    （3）底板尺寸的测量，画线和余量切割。 拉尺测量底板半径，测量尺寸按下式确定。 

式中  R——底板设计半径； 

i——设计坡度（‰）

      △——底板与壁板之间的焊接收缩量和边缘板与中幅扳之间的焊缝收缩量，一般，纵向收缩为0.65mm／m。 测量底板周长的同时，画出底板圆周线，并将余量切除。     

5.顶层壁板安装 

    壁板安装前应在底板上面画出壁板安装位置线，沿画线园周每500～70Omm设一垫块。垫块采用槽钢[12.6，长150mm左右：垫块与底板点焊，在其上表面画出壁板安装线，在画线两恻点焊挡板。倒装法施工，首先安装顶层壁板，在吊车的配合下，按照排板依次将壁板吊装就位，一边点焊纵缝。一边吊装，（留出有安装余量的一道纵缝不点焊）对口间隙应符合设计要求。在内恻沿焊缝自上而下，待该层壁板全部吊装组对完成以后，每500mm左右点焊一块弧型板。错边量应满足要求。壁板纵缝先焊外侧，内侧清根后施焊，除活口以外的其他纵缝全部焊完后，应拉尺测量壁板周长。周长的实际尺寸应该是理论尺寸加最后活口焊接收缩量，加顶部包边角钢焊接收缩量和下部环缝焊接收缩量。     

6.第二层壁板的安装及提升 

    顶层壁板和顶板安装之后，即可安装第二层壁板。方法同顶层壁板、并留出一道活

口不焊，在第二层壁板吊袋的同时，在罐内组对和安装账圈。按照5.2的要求，调整提升设备，然后提升。提升时，用控制：再按下台按扭盘按上升扭，完成一步提升，降扭，使油缸活塞复位。第二步提升同第一步操作。在提升高度差较大时，关闭其它油缸，单独提升局部较低部位的油缸，至平高时停止提升。一步步提升直至使顶层壁板高出下层壁板30～50mm，在下层壁板外侧，错升点焊限位挡板，使上下层壁板对接。为了保证对口间隙均匀一致，在环缝之间加垫板，垫板应与设计要求的对口间隙相同。当上下壁板不等厚时，应保证内恻平齐。用提升机构调整环缝间隙，其方法是依间隙大小，逐个支架进行调整。调整时关闭油泵，释放下卡头，手动拧开油缸下回路阀门，油缸在重力下向下移动，反复调节，环缝组对时，应在内侧每500mm并及时关闭。直至符合要求。左右点焊一块矩形板，以防止环缝的焊接变形，纵缝内恻自上而下，每500mm左右点焊弧形板。第二层板安装后，将胀圈落下与底部连接，方法与顶层壁板相同。纵缝和环缝焊完后，应按设计要求对壁板的几何尺寸和焊缝质量进行检验。 

    7.其余各层壁板的安装 

检验合格后，按照上述方法和步骤安装第三层，第四层壁板，直至最后一层壁板的安装结束。最后一层壁板的纵缝及上部环缝焊接后，将胀圈落下与底部连接，开启提升机，使罐升高160～200mm，拆除垫块，在底层壁板安装线内外设挡板，使壁板就位。底层壁板与底板的环向内外角焊缝，采用分段退焊法，由数名焊工均匀对称分布于罐内外，沿同一方向同时施焊。

    8.罐体试验 

    （1）底板的真空试漏 

    试漏前，应清除罐内杂物和焊缝上的药皮及铁锈，采用真空法，对全部底板焊缝进行试漏，真空度不应低于300mm，则用汞柱。对靠近壁板的焊缝（此处无法真空试漏）磁粉探伤或渗透探伤的方法进行试验。 

（2）罐体充水试验，浮盘升降试验、基础沉降观测罐体充水试验前，应将下部各开孔暂时封闭，将罐顶透光孔打开，向槽内充水，充水至最高操作液位后，稳压48小时。检查和记录罐体沉降量，检查纵缝和环缝有无渗瞩，检查浮盘升降情况和密封性能。在充水过程中，水温不应低于5℃，当水温低于5℃时，应采取加温措施。

（3）罐壁罐顶的严密性试验，强度试验和稳定性试验按国家或行业现行标准的有关规定执行。 

    9.罐体焊接工艺及焊缝检验 储罐的焊接技术要求和焊接质量检验，按施工图纸和有关规定进行。为保证贮罐的焊接质量，达到设计对焊接质量的要求，开工前，除对焊工进行培训和考试外，尚须根据储罐的材质、厚度、焊接材料、接头形式以及焊接设备制走焊接工艺评定，确定最佳的焊接工艺参数。根据施焊位置、板厚、坡口形式及焊接材料等选择相应的焊接工艺参数，对电流，电压和焊接速度加以控制，从而获得良好的焊接质量。焊接前检查组装质量。消除坡口面及坡口两恻20mm范围内的铁锈、水分和油污、并充分干燥。走位焊及工卡具的焊接，应与正式焊接相同。焊接程序为： 

（1）罐底中幅板焊接，先短横缝，后长纵缝； 

（2）罐底边缘板外缘300mm对接焊缝焊接； 

（3）壁板的纵缝焊接； 

（4）包边角钢与壁板焊接，顶圈环缝焊接； 

（5）罐顶板焊接； 

（6）罐顶板与包边角钢间的环缝焊接； 

（7）顶部第二层壁板的纵缝焊接； 

（8）两层壁板间环缝焊接； 

（9）重复7，8焊缝焊接；

（10）底层间壁板纵缝焊接；； 

（11）罐底与罐壁板连接的角环焊缝焊接（内外同时焊接）

（12）边缘板剩余对接焊缝焊接； 

（13）罐底边缘板与中幅板之间的收缩缝焊接。 

    返修的焊缝，应按原规定的方法进行探伤，并应达到合格标准。    焊接的修补必须按照焊接工艺进行，同一部位的返修次数，不宜超过二次，当超过二次时，须经施工单位技术总负责人批准。 

    焊缝检验。焊缝检验按国家或行业现行标准执行（如SYJ1016-82《立式圆筒形钢制焊接油罐设计技术规定》HGJ201-83《圆筒形钢制焊接储罐施工验收规范》）

六、施工机具 

七、劳动组织（见表30-2） 

八、质量、安全控制 

    按现行有关标准对储罐几何形状尺寸进行检查，对焊缝进行外观和无损检验。质量控制点如下： 

    （1）下料尺寸复验或半成品尺寸复验； 

（2）组装尺寸检测，坡口尺寸检测； 

    （3）焊接质量检验； 

（4）罐体试验，重点检查底板真空试漏，充水试验，罐顶严密试验和强度试验等。      

安全控制点如下： 

    （1）提升支架的稳定性检验； 

    （2）上、下卡头可靠性检查； 

    （3）胀圈及筋板焊接质量检查； 

    （4）罐体试验时严格按程序操作。 

    九、技术经济效果分析 

    与机械顶升相比，节电68％，减轻自重80％，机械效率提高80％，制造成本降低51％，提升速度提高20％。降低成本15％，人工费节约10％，施工期比工期定额减少75％。施工安全，稳定性好，工作中设备无噪声，集中液压控制便于操作。 

    十、工程应用 

    1993年在北京乙烯工程东方化工厂罐区四台10000m3使用常压内浮顶罐的施工中，16台液压提升支架。第一次提升，用时3小时。由于操作逐渐熟练，以后各节约在1小时左右。完成第九节（最后一节）提升，总提升总量200t，操作油压13MPa，比额定油压20MP低，提升能力储备35％。提升工期仅20几天。此后又连续完成三台1万立方米罐的施工。