大型储罐双浮盘无胎架建造方法研究

徐振

中国石油工程建设公司阿布扎比原油管道项目/华东设计分公司 北京 100120

国内大型浮顶储罐浮盘的施工多数要先安装胎架。阿布扎比原油管道项目的站场原油储罐的施工过程采用国际标准的先进方法，严格施工管理，优化施工过程。该工程的1.6×105m3大型储罐以储罐底板为平台建造浮盘的施工过程简单、难度低、地面作业、安装质量高。

充分利用当地资源，采用海水浮起储罐浮盘的方法科学、经济、安全且简捷，符合HSE要求，施工周期短，节约施工材料，降低施工成本，提高项目经济效益。

1 储罐浮盘结构形式

分析储罐结构主要参考API 650 11 ED， JUNE 2007和 AISC-ASD。储罐直径为110m，高21.73m。浮盘半径为54.86m，材质为A283，底板厚度为9mm，顶板厚度为5mm，其它环板厚度均为5mm。采用结构STAAD 模型分析计算框架、柱、底板、顶板以及环板。

浮盘结构为双浮盘，由48块隔板构成48个船舱，均匀分布安装在第9圈和第10圈之间，隔板安装间距为7.5°；桁架是浮盘的支撑梁，安装在每圈环板之间，安装间距为1.6m，构成整个浮盘的骨架，浮盘结构示意见图1。

图1 浮盘结构示意图

浮盘环板共10圈, 每圈半径分别为：1.7m、7.6m、13.5m、19.4m、25.3m、31.2m、37.1m、43m、48.9m、54.8m，最外圈环板厚度为10mm。

2 浮盘建造流程

储罐浮盘建造程序见图2。

图2 储罐浮盘建造程序

3 浮盘安装

3.1 浮盘底板铺设

3.1.1 铺设前检查

(1)检测确保底板所有焊缝焊接完毕，中幅板真空试漏和边缘板无损检测合格。

(2)储罐底板验收资料齐全。

(3)浮盘底板定位放线验收合格。

(4)浮盘预制材料验收合格，且报验资料齐全。

(5)浮盘底板铺设前，首先把预留未焊接的两块壁板拆除，用作倒运材料的车辆通道，便于浮盘安装。

3.1.2 底板铺设

(1)根据浮盘底板排版图定位放线，画出503块底板的尺寸，依次从底板中心向两侧展开铺设。浮盘底板边缘与壁板间距为160mm，在铺设完成后将多余部分切割并打磨圆滑，见图3。

图3 浮盘底板排版图

(2)浮盘底板铺设采用搭接形式，搭接宽度为50mm，浮盘底板铺设图见图4。图中，DECK PLATE为甲板；THK为厚度；TYP为典型图。

图4 浮盘底板铺设图

在铺设完成的底板上点焊3处定位块，便于底板铺设调整，见图5。

图5 浮盘底板铺设安装图

利用撬杠和铁锤找正，合格后点焊底板，每间隔200mm焊接50mm。在局部三块底板搭接部分不需要切边，按照图纸搭接要求圆滑过渡，浮盘底板铺设焊接安装图见图6，图中，INNER PLATE为内板；OUT PLATE为外板；ON DECK为甲板上；MIN为最小。

图6 浮盘底板铺设焊接安装图

依次铺设下一张板，至完成整个浮盘底板铺设。

3.2 环板、隔板以及桁架

对浮盘底板铺设点焊整体完成后，再安装环板、隔板以及桁架。

3.2.1 环板和隔板

在浮盘底板上放线画出环板安装位置，即10个同心圆，允许误差为±5mm，检查确认合格后安装环板。将每圈环板材料运到安装位置，由吊车配合安装。

安装环板前，需在10个同心圆位置安装垂直定位角钢，用于环板安装限位，通过角钢调整环板和隔板的垂直度。

环板和隔板垂直度的允许范围为h/300，当环板或隔板局部位置与底板间距过大而无法点焊时，采用撬杠调整间隙进行点焊，见图7。底板与环板、隔板点焊的焊接要求为每间隔300mm焊接50mm。

图7 环板调正安装图

3.2.2 桁架

桁架为I16槽钢，在环板上定位划线确定桁架安装位置。

在预制好的桁架两端上表面各点焊一块安装板，再进行桁架安装。第6和7圈环板之间的桁架暂时不安装，为临时运送车辆通道，其它环板之间的桁架由吊车配合安装。

桁架吊装就位后，按照水平度允许范围为L/400调整桁架，合格后点焊。

3.3 导向管和测量孔安装

在双浮盘上有271个导向管和24个测量孔，导向管为浮盘支柱限位机构，测量孔为储罐采集油品的液位检测。

3.3.1 导向管安装

底板安装点焊完成后，开始安装导向管。首先在底板上定位画出导向管的尺寸，审核无误，在距离导向管100mm附近焊接吊耳。在吊耳正上方放置三角架，并将5t倒链悬挂在三角架上，将底板提起约50mm，用割具切割底板，完成后放开倒链使底板复原，然后打磨切割孔圆滑过渡后安装导向管。导向管与底板焊接完成后，再安装加强板。加强板与底板和导向管的角焊缝为满焊，测量口与导向管安装方法相同，见图8和图9。

3.3.2 浮盘底板、环板、隔板以及桁架焊接

浮盘底板的焊接工艺应最大限度地减小焊后的波浪变形。浮盘板薄、焊缝密度大、交叉多。采用自由收缩工艺无法控制浮盘焊后波浪变形，这是焊后变形量大的原因。该项目采用拘束收缩工艺，将自由收缩变为拘束收缩，大大减小焊后波浪变形。

图8 浮盘底板开孔安装图

图9 加强板安装图

在浮盘底板铺设完后，点焊成一个整体，在环板、隔板、桁架等全部安装固定完成后，浮盘底板被分割成一个个钢性的小区域，再进行焊接，这样焊接收缩、焊后的波浪变形限制在固定的区域，整个浮盘的成型能得到很好的保证。浮盘底板焊接顺序为先焊短缝，再焊长缝。

环板焊接的船舱角焊缝全部满焊，焊角高度为薄板厚度。第1圈环板到第8圈环板与浮盘底板角焊缝为间断焊，焊接要求为每间隔300mm焊接50mm，桁架与环板的角焊缝为满焊。

4 顶板安装

所有浮盘底板的搭接焊缝、环板、隔板以及桁架的全部焊接完后再铺设浮盘顶板。浮盘顶板安装顺序为由内到外后退安装，包括第6、7圈环板之间桁架。再将预留门位置的环板、隔板、桁架以及顶板等安装完毕，吊车退出到罐外，再焊接两块预留壁板。

在第6、7圈环板之间的通道中，吊车从内到外倒退安装桁架，在作业半径范围内完成桁架的安装和焊接。按照浮盘顶板排版图方向铺设(与浮盘底板排版图相同)，逐一按顺序铺设。铺设顺序为从两边向中间铺设。在铺设顶板时，先准确确定导向管和取样孔的位置和尺寸，然后开孔、打磨圆滑过渡后，再铺设顶板。顶板连接方式为搭接，其搭接宽度与底板铺设方式相同为50mm。吊车在第6、7圈环板之间的通道安装时，同时完成271个浮盘支柱的安装。当第6、7圈环板之间桁架和顶板铺设到预留门口时，先安装预留门口处剩余的环板、隔板以及桁架，按照要求焊接所有焊缝后，再安装顶板，顶板安装完成，吊车再退出到罐外，浮盘顶板安装见图10。

图10 浮盘顶板安装图

整个浮盘顶板铺设以及点焊完成后，再焊接271个导向管和24个测量孔与浮盘顶板的焊缝，最后安装导向管顶板加强板以及安装测量孔的加强板和法兰，导向管安装见图11。

在浮盘提升并且完成98个检修人孔安装后焊接浮盘顶板。先焊浮盘顶板与环板、隔板以及桁架的焊缝。船舱角焊缝全部满焊，焊角高度为薄板厚度。第1圈环板至第8圈环板与浮盘顶板角焊缝为间断焊，焊接要求为每间隔300mm焊接50mm。

图11导向管安装图

5 浮盘水浮验证

5.1 准备工作

(1)检查浮盘底板、船舱及壁板焊缝全部完成，以确保浮盘上浮无障碍。

(2)确定储罐所有开孔都预先进行临时封堵。

(3)检查浮盘的四个临时限位装置工作正常。

(4)水源、上水泵以及管道系统能正常运行。

5.2 浮盘浮力计算及验证

根据图纸参数浮盘各部件重量和总重量见表1。

表1 浮盘各部件重量和总重量 (kg)

对浮盘水浮进行受力分析, 浮盘水浮受力分析见图12。

图12 浮盘水浮受力分析图

(1)储罐加入海水前，浮盘静止在罐底板上，浮盘受到竖直向上的地面支撑力和竖直向下的重力，二力平衡，处于静止状态。

G浮盘重力=F地面支撑力

(2)储罐开始注入海水时，浮盘仍然静止在罐底板上，此时浮盘受竖直向上的地面支撑力、海水对其向上的浮力和竖直向下的重力，达到受力平衡，处于静止状态。

G浮盘重力=F地面支撑力+F浮力

(3)当具备如下条件时，浮盘向上浮：

F浮力>G浮盘重力

(4)当浮盘的重力等于浮力的临界条件时，继续加水，浮盘开始上浮，此时浮盘受力平衡可以漂浮在水面，处于静止状态。

G浮盘重力=F浮力

浮盘的重力等于底板、顶板、环板、槽钢桁架和导向管等附件重量的总和。设浮盘没入水中的高度为h则，

因此,当水位上升至一定位置时，浮盘的重力等于浮力， 继续注入海水，浮盘就会浮起，由于浮盘高度为1.162m, 因此水位远未超过浮盘高度，浮盘就已经浮起。验证的计算值与实际值基本吻合。

5.3 浮盘上浮检查

浮盘上浮过程中，24h都要有专人检查和控制。当浮盘上浮到约3m高处，安装并且锁紧支柱销子，利用浮盘支柱支撑浮盘。当所有支柱销子安装完后，停止注海水，检查确认无误时，开始将海水排出，检查上浮过程中有无异常现象。海水泵的流量控制在2.5m3/h。

不能在现场随意排放海水，以避免浸泡储罐基础造成不正常沉降，应按程序文件规定和HSE规范要求操作。

5.4 检查孔及附件安装

浮盘水浮检验完成后，拆下所有开孔的临时封堵。用淡水冲洗海水浸泡过的部位，直到合格为止，收集冲洗后的淡水，用管道排出。

浮盘附件主要有98个检查孔，4个浮盘限位机构，浮盘密封橡胶垫以及消防管道系统等。

在浮盘顶板上定位放线，画出检查孔开孔位置，检查合格后开孔，并打磨圆滑过渡后，安装焊接检修孔。按照技术要求安装焊接浮盘限位机构和管道垫板，并安装浮盘密封橡胶垫等浮盘附件。

6 结语

(1)研究大型储罐无胎架双浮盘施工方法，采用简单、科学、经济、安全和便于操作的方法，以提高施工质量。

(2)计算验证浮盘水浮原理，结果与实际过程吻合。

(3)研究结果可供同类工程设计借鉴。

参 考 文 献

1 External Double Deck Type Floating Roof Structural Stability Calculation, No.30.99.36.3604, 2009 05 10.

2 API 650-2007，钢制焊接石油储罐[S].

3 AWS D1.1:2004，钢结构焊接规范[S].

4 30-50-32-0606，TANKS SPECIFICATION Rev.0,2008 03 20[S].