拱顶储罐罐顶更换施工工法

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  1、前言
  随着油田开发建设的现实情况,原建设施需更换的项目日益增多,以满足各采油单位的生产及投资需要。就拱顶储罐罐顶更换施工而言,它本身就具有一定的施工难度及特殊性,也是典型的高空作业。罐顶更换的成形质量及安全施工至关重要,而罐顶更换施工方法较多,有罐内搭设满堂脚手架起拱法;也有在罐顶瓜皮板下设置弦拉法起拱的;还有直接采用拆除一块更换一块的方法等等,而罐内设置中心柱、拱顶瓜皮板外增设加强板刚性起拱法,是我分公司在1998—2004年之间,在滨南采油厂稠油首站三座5000m3原油罐;临盘采油厂临东污水站两座2000m3污水罐、等10余座罐顶更换实际施工中实施该方法,已获得了明显的质量和经济效益,本工法在缩短施工时间的同时,不但能够保证更换罐顶的成型质量及安全施工,而且还大幅度的降低了施工难度,在施工辅具可以重复使用的同时,更进一步降低了单项工程的成本投入,提高了单项工程的经济效益,解决了罐顶更换的成形质量及施工难题。
  2、罐顶更换施工的常见方法
  2.1、常见方法有
  (1)罐内搭设满堂脚手架起拱法;(2)在罐顶瓜皮板下设置弦拉法起拱;(3)直接采用拆除一块更换一块的方法等等。
  2.2、罐顶更换施工常见方法析解:
  2.2.1、钢制拱顶储罐罐顶为球缺形,球缺半径一般取储罐直径的0.8~1.2倍,组焊成形的拱顶本身是承重构件,它具有较大的刚性,并能承受较高的内压,有利于降低油品蒸发损耗;球缺形钢制拱顶是由罐顶中心板、多块扇形板、加强环板和筋板组成。扇形顶板设计为偶数,板与板之间采用搭接其宽度为40~50mm,扇形顶板内侧设计采用弱连续焊,以利于发生火灾及爆炸时掀掉罐顶。
  2.2.2、罐内搭设满堂脚手架起拱法:对更换罐顶的成形质量较难控制;搭设满堂脚手架需要较多人力和物力;罐内障碍较多施工难度增加;在脚手架跳板上施工作业安全保障较低。
  2.2.3、在罐顶瓜皮板下设置弦拉法起拱法:拉弦的位置设置适当,可满足罐顶起拱的成形质量;但瓜瓣下设置的拉弦不易拆除,拆除时还需搭设脚手架不仅繁琐而且施工难度较大,在脚手架跳板上作业安全保障较低。
  2.2.4、直接采用拆除一块更换一块的方法:该方法不但对罐顶起拱的成形质量毫无保障,而且对施工人员的作业安全也毫无保障。
  3、施工方法
  3.1、罐顶更换施工附件预制
  加强伞及中心柱的预制。加强伞是焊接组合件(该件可采用废旧材料拼接而成),伞架盘与套管、套管与控制环均为单面连续焊接,加强板与加强环接触处为双面连续焊,其它焊缝均为交错断续焊接,所有焊角高度均不得低于两焊件较簿板厚的高度。中心柱可采用各类同直径的管材对接而成(对接焊口要直、焊接要牢固、必要时需采取加强措施)。中心柱的长度 L= L1+L2+L3。
  ※L1—罐体高度,L2—拱顶高度,L3—罐顶外必需的高度。
  3.2、拱外加强筋预制
  拱外加强筋预制时按该储罐拱顶高度尺寸R为半经,制作一个弦长不小于20000mm的外卡弧形样板,在厚度8~10mm的钢板上按设计宽度划线并切割各块,每一块加强筋板上端开直径50mm的圆孔(以便罐顶局部拱度调整)。加强筋的使用数量按拱顶瓜皮板的长度计算,每一块瓜皮板上所需要的筋板数量为一组,一般情况下一台罐顶有6~8组筋板就能满足转换使用(在实际施工中筋板的转换要灵活应用)。
  3.3、附件拆除及罐顶更换准备
  3.3.1、施工措施及技术要求
  严格按照施工安全措施及动火报告有关技术要求进行施工,罐内严格按照安全操作规程及有关技术要求进行清洗、吹扫并认真做好静电接地工作;打开清扫孔、人孔、排污孔及罐顶所有开孔,在罐体下部及罐顶上端安装不少于两套防暴轴流风机,促使罐内易燃气体快速流通,经安全部门检测确定达到动火条件后,方可进行罐内附件的拆除施工,施工前先在罐底表面均匀铺垫一层10mm以上的沙土。
  3.3.2、罐体内外附件拆除及施工附件设置
  (1)罐体内外附件拆除的原则:先罐内后罐体再罐顶的顺序进行施工。
  (2)罐顶呼吸阀、液压安全阀、量油管、通光孔及其罐顶平台等分离、拆除施工时采用16—30T带副扒杆的吊车配合作业。
  (3)罐顶附件拆除、分离后,在原中心伞中心处开直径为300mm的孔,利用吊车将事先组焊后的中心柱,从罐内(或罐外)垂直抽出(或穿入)拱顶。中心柱与垫板对称焊接4处(焊接长度为管周长的一半),中心柱垫板与罐底沿周圈对称焊接4~6处(每处焊接长度不少于50mm),中心柱、垫板、加强板接触处采用单面交错断续焊接。
  (4)中心柱下端定位后,把加强伞吊起穿入中心柱上端事先测量的位置进行定位,并与四个拉耳双面焊牢,使中心柱、加强伞、拉耳成为一体。
  3.3.3、罐顶原劳动保护割移与焊接
  旧罐顶切割更换前,首先要把原劳动保护切割平移到更换区以外的防水檐或包边角刚上,沿周圈分段切割平移并与其焊接牢固。
  3.4、罐顶更换施工
  3.4.1、旧罐顶切割、拆除及更换施工
  (1)旧罐顶拆除前首先要根据更换罐顶的排板顺续,选择好切割区及设备停放的位置,并在切割区两侧各系一根保险绳,上端系在拉耳上、下端系在移出的劳动保护上端并绑扎牢固,施工作业人员的安全带系在该绳上。
  (2)旧罐顶切割时每一次切割两块更换罐顶所需要的宽度,每次切割前均要在罐顶上下两端各开两个直径为200~300mm的圆孔,开该孔的位置一定要选择好,目的是在保证切割拆除罐顶平稳吊装的同时还要便于穿插吊绳。
  (3)切割罐顶时采用至少两盘火焊架同时施工,切割施工的方法是:先开孔,穿系钢丝绳,吊车施一定量的力再切割。   (4)切割施工的顺序是:先上下、后侧面,罐顶下端切割时注意割嘴的角度尽量避免割伤包边角钢,同时还应控制切割罐顶的剩余量。罐顶瓜皮板切割时从搭接焊缝处进行,第一块切割时要把瓜皮板的主筋留在罐顶上。上端切割时要保留加强伞的连接板,只能从连接板外側切割,吊装绳索的长短要选择适当。
  3.4.2、更换罐顶起的拱方法及加强筋组对施工
  (1)更换罐顶的起拱方法要按施工现场的地形和施工条件来确定。
  A.用胎具起拱法:利用场地的土石或拆除防火提土方铺垫成拱形,将切割的第一块旧罐顶板吊放到该土堆上,用弦长大于2000mm的外卡弧形样板进行反复检测修整、直至曲率符合要求,再将预制加工成型的罐顶吊放到胎具上,进行曲率检查及加强筋组对点焊施工。
  B.在不具备上述条件的情况下,可将拆除切割的第一块旧罐顶摊平在平地上,将新罐顶瓜皮板翻转90度后垂直吊放到该旧罐顶上,采用曲率样板进行检查及组对加强板。
  C.若拆除旧罐顶的拱度在更换罐顶的拱度允许误差范围内,可直接在旧罐顶上组对新设罐顶的加强板。
  (2)在新罐顶上组对筋板时首先要按照曲率样板进行检查效对,加强筋组对时只允许点焊一侧。
  (3)筋板组对位于各块罐顶瓜皮板主筋的一侧,距搭接边缘120~150mm处,筋板组对的起始点是距罐顶板上下两端80~100mm处,每块筋板接头的搭接长度不少于100mm。筋板焊接时按点焊位置单面断续焊接,焊接长度为50~80mm(300~350mm)为宜,搭接处100mm平焊缝位置需要满焊,筋板搭接的立焊缝切勿施焊(以便于拆除),罐顶瓜皮板加强筋组对完毕后并在罐顶上下两端适当位置设置两个吊耳(设置的吊耳要满足吊物起吊装平稳)。
  3.5、罐顶吊装及组对焊接
  3.5.1、罐顶板吊装组对技术要求
  (1)第一块旧罐顶切割拆除后,即可进行包边角刚残留物的清理、修补及打磨施工,在将设置好筋板的罐顶瓜皮板吊装就位到已拆除区进行组对,各块罐顶组装前,首先要在包边角钢上按设计尺寸划出组装线,并在罐顶吊装前预先单面点焊1~2个龙门板。
  (2)组对时将罐顶下端紧贴龙门板并用大头楔将其楔紧,按罐顶搭接量调整适当后再进行点焊,罐顶上端搭接在加强伞上,第一块新罐顶就位时要与原罐顶搭接处加固焊接4~5处(采用钢板连接,连接板的长度不少于80~100mm)。
  (3)更换罐顶的点焊顺序是先下、后上、再搭接逢,(罐顶瓜皮板上端与加强伞搭接处采用宽50mm、长度适当的钢板或角钢短节临时固定连接)。
  (4)在第二块更换罐顶点焊的同时,便可进行下一块旧罐顶的切割准备工作,待第两块更换罐顶点焊完毕后,吊车便可撤离吊装切割的下一块旧罐顶,并进行第三、四块更换罐顶组对点焊施工。按此顺序进行N块旧罐顶的切割,更换罐顶的组对、焊接施工直至收口。
  (5)罐顶拉绳及倒链设置是从第一块更换罐顶开始,共设置3组,每更换900设置1组(罐顶设置拉绳及倒链的目的是:防止更换施工时新旧罐顶受力不均而发生偏移),倒链的载荷量选用3~5T,随着更换施工同时推移并进。
  (6)罐顶瓜皮板的组对施工执行GBJ128—90标准规范。
  3.5.2、更换罐顶板的焊接技术
  (1)更换罐顶板的焊接顺序是先内后外、再边缘最后焊接搭接缝,依次类推逐块施焊。
  (2)罐顶板内封焊接及包边角刚残留物的清理、修补及打磨采用吊车吊系吊栏的作业法施工,罐顶瓜皮板的内封焊接是在第二块更换罐顶点焊完毕后进行。
  (3)罐顶板瓜皮的焊接及检验执行GBJ128—90标准规范。
  3.6、拱外加强筋拆除及转换使用方法
  3.6.1、拱外加强筋的作用是增加更换罐顶瓜瓣的钢度,保证罐顶拱度的成形质量,当更换罐顶经组对焊接冷却成型后,它不但具有一定地钢性,而且新旧罐顶整体受力也基本保持平衡,这时增设的外力局部削除时对罐顶的成形质量不会产生引响。
  3.6.2、拆除罐顶拱外加强筋的方发是:采用钢板和钢管自制的施工辅具进行拆除,拆除时先将筋板搭接处上端100mm的平焊缝割开、再将其拆除。
  3.6.3、筋板拆除的原则是:待焊接区金属冷却至常温时进行,与旧罐顶搭接的第一组筋板以及距作业区最近的两组不能拆除,一般情况下当组对焊接完第3~5块罐顶板后,便可拆除第2块罐顶拱外加强筋,把拆下的加强筋进行修磨后再组对于其加强罐顶瓜皮板上,就此方法转换使用直至封口。
  3.7、更换罐顶施工辅件拆除及附件安装
  3.7.1、更换罐顶瓜皮板封口组对焊接完毕后,先把罐顶上地筋板全部拆除归类并吊离罐顶,再进行中心柱及加强伞的拆除工作。中心柱拆除时先将拉耳切割使中心柱与中心伞分离,采用16~30T带副扒杆的吊车把中心柱抽出罐外,也可将中心柱放入罐内。
  3.7.2、中心伞拆除时先用吊车给其施加一定量的外力,然后切割中心伞边缘周圈与更换罐顶的连接板,切割后将其放入罐内进行旧中心伞与加强伞切割分离,再把分离后的加强伞从罐顶中心孔内吊出。
  3.7.3、把更换罐顶的施工辅件拆除完毕后,进行新设中心伞、劳动保护及其附件的组对焊接施工。
  3.7.4、新设劳动保护焊接完毕后,便可进行旧劳动保护的切割拆除,并将罐顶所有焊疤修补打磨直至合格。最后进行罐内设施更换及杂物清除工作。
  3.8、防腐施工及竣工验交
  罐体内、外防腐按设计要求由防腐单位负责施工,防腐施工的顺序是先罐内后罐外,待防腐施工完毕经检验合格后便封闭罐体开孔,并按设计技术要求进行罐顶的正负压试验,填写有关技术资料做好竣工交接工作。
  4、工法特点
  本工法主要是针对罐顶更换的施工难度及特殊性提出的专门施工方法,解决了传统施工方法无法解决的施工难题,以5000m3罐顶更换为例,与其它施工方法相比较可提前工期5~15天,采用该施工方法更换罐顶的质量能完全达到GBJ128-90标准的要求,比其它方法相比较可节约人工费、机械费约3万元左右,而更换罐顶的施工安全及成形质量所带来得经济效益更是无法计算。
  5、适用范围
  本工法主要适用于1000~7000m3钢制拱顶储罐的罐顶更换施工,更适用于储罐专业施工单位借鉴,该工法若能得到推广应用对我油建公司在旧罐改建工程中将得到更大的经济回报。
  6、质量管理
  6.1、施工前制定详细的质量计划和质量保证措施。根据罐顶更换的施工特点确定停检点和质量控制点。
  6.2、对参加施工管理人员及操作人员进行施工前的质量培训,做道人人对施工规范心中有数。
  6.3、强化技术管理,严格工艺纪律,加强质量检验,把好预制产品及更换施工的质量检验关。
  7、经济效益分析
  7.1、按此施工方法施工一座5000m3罐顶更换工程,与罐内搭设满堂脚手架起拱法或在拱顶瓜皮板下设置弦拉法起拱法相比较可缩短施工工期5-10天,每天按4000元的施工费用计算可节约工程成本2~4万元。
  7.2、更换罐顶的安全及质量隐患控制在施工之前,减少了安全事故的发生及质量返工而造成的费用,就安全与产品的质量济效益更是无法估算。
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