細長圓形金屬儲罐氣吹倒裝施工工法

《細長圓形金屬儲罐氣吹倒裝施工工法》是湖南省工業設備安裝有限公司完成的工程建設類工法；主要完成者分別是閔澤鵬、李桂芳和田成勇。該工法適用範圍是長細比不大於2.5:1的圓形大型金屬容器的現場製作安裝。

《細長圓形金屬儲罐氣吹倒裝施工工法》主要的工法特點是：簡單易行，成本低廉，只需常規的施工機具，無需添置大型或專用的起重設備；無高空作業，便於控制施工質量；壁板組對與焊接均在同一低位操作平面上進行，操作安全，控制管理方便，頂升安全可靠；齒條式安全保護裝置可在因頂升裝置意外失效時發生作用，防止罐體下墜等；密封可靠，採用鱗片式密封裝置，消除了頂升氣壓升高后，3毫米厚橡皮密封墊容易吹出的問題；該工法無需開闊的施工空間和場地，適於推廣。

2011年9月30日，《細長圓形金屬儲罐氣吹倒裝施工工法》被中華人民共和國住房和城鄉建設部評定為國家二級工法。

基本介紹

• 中文名：細長圓形金屬儲罐氣吹倒裝施工工法
• 工法編號：YJGF54-2002 
• 類別：工程建設類
• 完成單位：湖南省工業設備安裝有限公司 
• 主要完成人：閔澤鵬、李桂芳、田成勇 
• 審批單位：中華人民共和國住房和城鄉建設部
• 主要榮譽：國家二級工法（2009-2010年度） 

形成原因

圓形儲罐是石油、化工行業儲存原料、半成品及成品的常見設備。對於扁平形的大型圓形金屬儲罐，現場制安一般採用氣吹倒裝法或者是機械化吊裝法施工，其工藝成熟，安全可靠。對於細長形金屬儲罐的現場制安，中國國內許多企業一般採用機械化吊裝，正裝法施工。在許多老廠區的改擴建工程中，由於現場條件的限制，往往不能使用機械化吊裝或吊裝費用太高，此時，氣頂法吊裝是一種很好的選擇。與扁平罐氣頂法不同的是：隨著儲罐長細比的增大，罐體頂升所需的氣壓顯著升高，施工中有許多新的問題需要解決。

湖南省工業設備安裝有限公司在某工程中碰到細長圓形金屬儲罐尺寸Φ10米xH23米，承台高度9米，四周均有較高的障礙物，如採用機械化吊裝，必須選用100噸以上的吊車，費用很高。湖南省工業設備安裝有限公司採用“氣吹倒裝”該工法，較好地解決了該工程吊裝問題。在多項工程實踐經驗和多台細長圓形金屬儲罐的現場制安總結的基礎上，湖南省工業設備安裝有限公司完成了編制《細長圓形金屬儲罐氣吹倒裝施工工法》。

工法特點

《細長圓形金屬儲罐氣吹倒裝施工工法》的主要特點是：

1、簡單易行，成本低廉，只需常規的施工機具，無需添置大型或專用的起重設備。

2、無高空作業，便於控制施工質量。壁板組對與焊接均在同一低位操作平面上進行，操作安全，控制管理方便，可節省大量的腳手架費用。

3、頂升安全可靠。齒條式安全保護裝置可在因頂升裝置意外失效時發生作用，防止罐體下墜。

4、密封可靠。採用鱗片式密封裝置，消除了頂升氣壓升高后，3毫米厚橡皮密封墊容易吹出的問題。

5、無需開闊的施工空間和場地。

操作原理

適用範圍

《細長圓形金屬儲罐氣吹倒裝施工工法》適用於長細比不大於2.5：1的圓形大型金屬容器的現場製作安裝。

工藝原理

《細長圓形金屬儲罐氣吹倒裝施工工法》利用罐體自身結構及其可密封性，按倒裝順序，先組裝底板、拱頂和最上一圈壁板，形成相對密封的空間，安裝密封裝置，然後在罐外圍板、充氣，當罐內空氣頂升力大於已組焊完成的罐體部分重量（不含底板與外部圍板重量）和圈板間的摩擦阻力時，罐體被頂起，到達預定高度時，調整頂升氣壓及外圈板的位置，組對和找正，然後施焊。如此反覆交替組焊圈板和充氣頂升兩大工序，直到完成全部罐體的組成安裝。

工藝流程

《細長圓形金屬儲罐氣吹倒裝施工工法》工藝流程見下圖：

施工工藝流程圖

操作要點

施工單位採用《細長圓形金屬儲罐氣吹倒裝施工工法》時的操作要點如下：

一、基礎檢查與放線

1、基礎中心位置偏差不大於±10毫米；基礎各平面標高偏差不大於±10毫米。

2、環形承重梁基礎內徑偏差不大於±10毫米，其表面沿罐壁圓周方向的平面度高差不大於10毫米，外徑圓周橢圓度偏差不大於20毫米。

3、均布設定永久性基礎沉降觀測點4個。

二、下料與預製

1、根據施工圖及板料對底板、壁板及拱頂進行排板，選擇最佳下料方案，使之既能減少廢料又能滿足錯縫之要求。

2、下料預製時應根據安裝順序進行，並分類堆碼和標識。

3、下料採用基準線法進行下料，如右圖所示：

基準線法下料示意圖

4、板材下料採用半自動氣割及手工氣割相結合的方法進行，型材下料儘量採用砂輪機切割，切割後除去熔渣及毛刺等。

5、下料誤差：坡口≦±2°，長度≦±l毫米，對角線長≦±2毫米。

6、 弧形板經卷弧合格後應堆放在胎具上，並做好標識。

三、罐底安裝

1、根據罐底的結構形式進行組對安裝。

2、當罐底為錐底時，基礎環預製成形後與錐底定位並施焊，但應注意在定位時使之與錐底之間的焊縫錯位。

3、當罐底為平底無邊緣板時，罐底鋪板定位點焊後暫不施焊，待罐壁與罐底的角焊縫施焊完後再施焊底板。

4、當罐底為平底有邊緣板時，罐底鋪板定位點焊後施焊完中幅板，待罐壁與罐底的角焊縫施焊完後再施焊邊緣板與中幅板之間的焊縫。

四、罐體的組對安裝

1、罐頂與第一圈壁板安裝：在基礎環上按儲罐的內徑放大2~3毫米劃出一圓周線，打上樣沖眼，並在內側圓周處均布一定數量的小擋鐵。將卷制好的最上一圈壁板按排板圖尺寸進行圍板組對。

2、壁板縱縫組對與施焊：施焊縱縫時下端應暫留80~100毫米長不焊，等下一圈壁板組對定位和環縫施焊完後再施焊這部分焊縫。

3、拱頂臨時支撐、拱頂中心環、骨架安裝。在拱頂臨時支撐標高定位時，其相對標高應比設計的要低40~50毫米，以使拱頂安裝焊接完後拆除拱頂臨時支撐時，因焊接應力收縮其拱頂上彈後標高正好與設計符合。

4、頂板鋪設與焊接：頂板下料後由錐底至錐頂對稱鋪設，然後按先施焊縱縫、再施焊環縫、並按對稱分段退焊法進行施焊。施焊完畢後進行煤油滲透試驗。

5、頂部欄桿、氣升限位裝置、防傾覆裝置安裝完畢，拆除中心支撐。

五、充氣風機的確定與選型

1、氣升原理：利用鼓風機向罐內充氣，使罐體內空氣壓強產生的頂升力大於被頂升部分和附加重量以及壁板之間的摩擦力時，則罐體上部被頂升。反之，則罐體下降，如果兩力平衡時，則罐體在空中穩住。

2、風機的選擇：風機的選擇是根據需頂升罐體的最大重量計算出所需風機能提供的最大風壓和風量。使用經驗公式進行計算。

（1）最大風壓計算

Pmax=（g₁+g₂+g₃+g₄）/F

式中：

F=πR——頂升罐體的截面積，平方米；

Pmax——頂升罐體所需最大風壓力，N；

g₁——被頂升部分罐體重量，N；

g₂——壁板間的摩擦力，N；

g₃——附屬檔案的重量，N；

g4——纜風繩附加力，N。

（2）最大風量計算

Q_max=60K（Vn+P_maxV_總）/T

式中

Vn——最下一圈壁板的容積，立方米；

V_總——罐體總容積，立方米；

T——頂升一圈壁板所需時間，一般取10-15分鐘；

K——泄漏係數，一般取4~6；

Q_max——所需最大風量，立方米/小時。

（3）風機選擇：根據以上數值，選擇與最大風壓和風量匹配的風機，一般選擇2台。

六、氣吹頂升裝置準備

1、裝置制安，包括離心式鼓風機2台安裝、減振帆布接口風管、風量調節閘板、閥門、進出罐體人孔、U形壓力計等。

2、2台離心式鼓風機與儲罐連線的風管採用並聯形式，以便相互連通和調節。

七、密封裝置設定

1、用δ2~3毫米厚的橡膠皮和用[14號~[16號槽鋼脹圈等組成。在脹圈上下位置及和罐底與壁板的結合處布置橡膠皮，用密封膠帶封住待焊接的焊縫。罐體內的氣壓使橡膠皮緊貼在密封部位，控制氣體外泄。

2、在密封橡膠皮與罐壁之間加襯一圈0.3~0.5毫米厚的鍍鋅鐵皮，鍍鋅鐵皮剪成小塊，呈鱗片狀布置（詳見下兩圖）。

氣頂壁板處正常狀態（a）與失效狀態（b）示意圖

鱗片式密封板在脹圈部位安裝示意圖

3、底板部位的密封裝置：利用該公司的專利技術實施（ZL201020187584.5），見下圖：

錐底部位密封示意圖

八、防墜落裝置安裝

氣吹作業過程中，可能出現密封裝置意外嚴重漏風、脹圈異常卡住、鼓風機系統出現機械故障或電氣故障被迫停機、突然停電等故障。一旦出現上述故障，氣吹作業將被迫中斷，罐體在重力作用下自然下降，壓壞密封裝置，嚴重時導致罐體變形。安裝齒條式安全保護裝置，在風壓下降或停風機的情況下，利用齒條式安全裝置可使筒體穩定在起升高度的任一位置阻止筒體下降。齒條式安全裝置結構見下圖：

齒條式安全裝置結構示意圖

九、頂昇平衡裝置安裝

在起升部分與地板或基礎之間掛設若干個捯鏈，保證平衡，防止傾覆。

十、下圈壁板安裝與充氣頂升

1、將下圈壁板緊貼上圈壁板圍好，留一處活口，將該圈壁板其他縱縫外側施焊完畢，在活口兩端安裝鎖緊捯鏈。

2、適當拉緊活口鎖緊捯鏈，開啟鼓風機，充氣頂升罐體，升到預定高度時，調節風量，使升起的罐體處於懸浮狀態，調整、組對上下圈壁板。

3、壁板焊接，按規範進行無損檢測。

4、按上述步驟將壁板安裝完畢，然後進行其他部件的安裝。

十一、焊接工藝

施工單位採用《細長圓形金屬儲罐氣吹倒裝施工工法》的焊接工藝與一般工程相同。

十二、勞動力組織

施工單位採用《細長圓形金屬儲罐氣吹倒裝施工工法》的勞動力組織如下表：

勞動力組織情況表

序號	工種	人數
1	鉚工	8
2	鉗工	2
3	電焊工	8
4	起重工	2
5	測量工	1
6	輔工	8
7	氣焊工	4
8	電工	2
-	合計	35

材料設備

施工單位採用《細長圓形金屬儲罐氣吹倒裝施工工法》所用材料與設備見下表：

主要設備表 

序號	名稱	規格型號	單位	數量
1	鼓風機	Q=4600立方米/分鐘 P=1000~1200毫米H2O	台	2
2	捯鏈	3~5噸	台	14
3	捯鏈	2噸	台	4
4	槽鋼脹圈胎具	-	套	1
5	道木	-	根	30
6	行燈變壓器	220/24伏	台	2
7	溫度計	0~100℃	個	4
8	U形壓力計	-	套	2

質量控制

施工單位採用《細長圓形金屬儲罐氣吹倒裝施工工法》施工時，要執行以下國家標準規範：

• 《鋼熔化焊對接接頭射線照相和質量分級》GB3323-87；
• 《立式圓筒型鋼製焊接油罐施工及驗收規範》GBJ128-90。

安全措施

施工單位採用《細長圓形金屬儲罐氣吹倒裝施工工法》要注意：

1、金屬罐體內照明用電電壓不得超過24伏；電動工具用電源線必須使用橡套軟蕊電纜線。

2、頂升過程中，罐內作業人員應佩戴耳罩。

3、統一信號，統一指揮。

環保措施

施工單位採用《細長圓形金屬儲罐氣吹倒裝施工工法》應注意環境保護：

1、儘可能地減少光污染（夜間施工照明燈光、電焊弧光、等離子切割機、碳弧氣刨等）。

2、不鏽鋼設備、管道酸洗須集中在專門場所進行，酸洗池內墊設塑膠薄膜，以便廢水回收處理。同樣，管道酸洗時不能集中作業的也須採取有效措施回收。

效益分析

2006年3月至5月，湖南省工業設備安裝有限公司採用《細長圓形金屬儲罐氣吹倒裝施工工法》在廣東中成化工有限公司二期擴建工程2台純鹼金屬儲罐的現場製造，其效益數據分析如下：

1、直接成本：工程結算造價158萬元（不含主材），實際發生成本95萬元，盈利63萬元。

2、施工技術措施費用：由於設備四周均有障礙物，如採用機械化吊裝法，必須使用120噸左右的吊車方可完成吊裝工作，費用極高，本工程採用氣頂倒裝法施工，為業主節省吊裝費40餘萬元。

3、社會效益分析：該整體裝置被評為廣東省優質工程，獲得業主好評。

註：施工費用以2009-2010年施工材料價格計算

套用實例

湖南省工業設備安裝有限公司採用《細長圓形金屬儲罐氣吹倒裝施工工法》完成如下工程項目：

2001年7月至10月在廣東中成化工有限公司用該工法完成了2台純鹼金屬儲罐的現場製造安裝；

2006年3月至5月在廣東中成化工有限公司二期擴建工程用該工法完成了2台純鹼金屬儲罐的現場製造安裝；

2005年3月至2005年12月在廈門騰龍特種樹脂廠安裝工程用該工法完成了4台塑膠粒子金屬儲罐的現場製造安裝。

榮譽表彰

2011年9月30日，中華人民共和國住房和城鄉建設部審定《2009-2010年度國家二級工法名單（升級版）》，以建質[2011]154號檔案公布，《細長圓形金屬儲罐氣吹倒裝施工工法》被評定為中國國家二級工法。