尼日尔尼亚美重油发电站大型储罐倒装法施工

张平堂，谢小波

(中国水利水电第十工程局有限公司工程管理部，四川成都 610072)

尼日尔尼亚美重油发电站大型储罐倒装法施工

张平堂，谢小波

(中国水利水电第十工程局有限公司工程管理部，四川成都 610072)

介绍了尼日尔尼亚美重油发电站大型油罐的施工程序和内立柱电动葫芦倒装法吊装力学方案的理论计算，通过采用内立柱电动葫芦倒装法施工，使油罐的施工过程简化，劳动强度减小、效率提高，油罐安装起升平稳、安全可靠、操作简单。

油罐；施工；方法；理论计算；尼亚美重油发电站

1 工程概述

尼日尔尼亚美重油发电站位于尼日尔共和国首都尼亚美近郊19 km处，该发电站项目一期装机容量为80 MW。采用德国MAN集团提供的18V48/60TS型20 MW的柴油发电机组4台，主燃料采用1#、2#重油，启动燃料采用轻柴油。

油罐是重油发电站的重要组成部分，其与卸油系统、柴油机供油系统、油处理系统、污油及含油污水处理等构成了重油发电站的燃料供应单元。采用内立柱电动葫芦倒装法施工油罐参数见表1。

表1 油罐参数表

2 施工特点

该油罐的施工主要具有以下特点:

(1)施工工序多，人工劳动强度大，工期紧。实施中，制作及安装方法直接决定着施工时间和油罐的质量；

(2)油罐的体积大、结构复杂，按照美国API标准施工工艺要求高，因此，必须做好人员的培训和施工准备工作，确保安装质量；

(3)油罐施工难度大，作业面狭窄，安全问题较突出。采取倒装法施工，有利于加快施工进度，降低工程成本，同时易于保证施工质量，而且人员交通、材料运输、卷板组立、焊缝和接头的全部焊接作业均在地面进行，从而减少了高空作业和大型吊装机械的长时间使用。

3 储罐安装采用顶升倒装法施工程序

(1)储罐底板组焊完成后，为方便人员进入罐内施工的环境卫生，在储罐壁板位置每间隔800 mm点焊H型钢支撑，H型钢的上表面焊接壁板的定位卡(定位设计需考虑做成可调节型，可焊M36的螺母用螺栓调节，图1)。

(2)围焊储罐最上层的壁板(图2)。

图1 定位卡示意图

(3)立中心伞架，若需为拱顶罐安装顶盖，则在顶板立柱处开天窗(图3)。

(4)安装电动葫芦提升装置(图4):

(5)通过电动葫芦的拉升，带动贮罐上升，从而达到提升壁板完成下一屋的组焊，两带板组焊完毕，补齐顶盖板(图5)。

图2 最上层型板示意图

图3 天窗示意图

图4 提升装置示意图

图5 顶盖板示意图

图6 施工完毕

(6)重复提升过程，直至完成各带板组焊(图6)。

4 提升系统结构

罐壁内侧均布立柱，立柱的数量与尺寸由计算得出(下面将给出计算过程)。立柱距罐壁的距离应以电动葫芦不触碰包边角钢为准。立柱安装必须保证垂直，如与罐底接触有间隙，可垫薄钢板找平并焊接牢固。在立柱3/4高度位置安装两根斜撑。斜撑之间的夹角及斜撑与罐底的夹角均以45°为宜。电动葫芦安装于立柱上端吊耳上。待两带板安装完成、罐顶封天窗后，使用拉杆将相邻立柱、立柱与中心柱相连，如此实施，使所有电动葫芦组成受力封闭的整体(图7)。

图7 提升系统示意图

胀圈由槽钢滚弧制成，其曲率半径与储罐内径相同。在电动葫芦正下方的胀圈上焊接吊耳。此处需特别注意的是:胀圈吊耳两侧各1 m左右需采用加强筋与加强板加固(图8)，吊耳只与胀圈焊接，不得将吊耳与罐壁相焊，以免提升时电动葫芦的倾角拉力造成罐壁下侧向内受拉变形。胀圈与罐壁采用龙门卡具相连，龙门卡具的位置不能靠吊耳过近，太近容易造成罐壁受拉变形；也不能离吊耳过远，过远则会造成胀圈受扭转力过大而变形。

图8 加固示意图

5 提升时的注意事项

提升前必须进行提升机试验。在空载状态下，启动集中控制开关，查看所有葫芦的升降是否一致以及升降顺序是否与单个控制开关顺序相同；有无扭卡现象以及提升步调是否一致。待进行全面检查、确认正常后即可以开始工作。

电动葫芦的起升应同步进行。每提升1/3板高左右，应停下来检查是否同步，上升受力是否均匀。如无不同步、受力不均的情况，方可继续提升。如出现起升不同步、受力不均时，则应分别单独控制调整滞后倒链，使其与其它倒链处于同等高度、处于同样的受力状态，避免发生意外，调整好后即可再次同时提升，直至完成一层壁板的提升(图9)。

图9 完成提升

6 力学模型的建立与分析

根据储罐施工中电动葫芦的提升结构型式选取任一立柱组合，近似建立的电动葫芦提升结构静力学模型见图10，并进行结构受力分析。

笔者以一台6 000 m3油罐拱顶为例进行受力分析。该储罐净重为146．3 t。储罐直径为25．7 m，高度12．691 m，共有7圈壁板，单圈壁板最高为2 m。

图10 受力分析示意图

6．1 确定电动葫芦数量

依据现场条件，采用10 t电动葫芦，单台额定起升量为10 000 kg。

(1)提升的最大重量∑G计算:

式中 Gb为除底圈壁板外其余各圈壁板的重量，Gb=56 668 kg；Gd为罐顶重量，Gd=29 251 kg；Gk为抗风圈+包边角钢重量，Gk=3 405 kg；Gf为已安装附件(盘梯平台)的重量，Gf=1 126 kg。

(2)电动葫芦最大受力总和∑Nmax计算:

式中 因为θ在0°～90°之间变化，∑G恒定，故θ越大，∑N越大，即提升高度升至最高时电动葫芦受力最大。此时，上述公式中的数值分别为:

L为立柱中心距壁板内侧距离，L=700 mm；L1为立柱中心距吊点中心距离，L1=150 mm；L2为惯壁内侧距吊耳中心距离，L2=250 mm；H为立柱高度，H=4 000 mm；HB1为最高单带壁板高度，HB1=2 000 mm；HZ为支撑高度，HZ=450 mm；Hd为吊耳高度，Hd=300 mm。

(3)数量计算。

式中 μ为电动葫芦的安全系数，取μ=0．75；Ge为电动葫芦额定载荷，Ge=10 000 kg。

即n取大于等于13的整数。该储罐顶盖瓜皮板数量为30块。经综合考虑，n取15有利于顶板开天窗。综上所述，取n=15。

6．2 立柱的选用及稳定性校核

立柱受到的外力为轴向压力，立柱的稳定性是关系到施工安全的重要因素。由于径向及横向拉杆的牵引平衡了电动葫芦边角的水平分力N1 ×sinθ，故将立柱近似考虑为仅受竖直压力，因此，将立柱的受力计算简化为材料力学中的一端固定、一端自由的压杆稳定性计算。

压杆稳定取决于压杆的细长比λ和临界应力Fcr。当细长比非常大时，临界应力是压杆失效的主要形式。

临界应力计算:

式中 μ为长度系数，与压杆的约束条件有关，一端固定、一端自由的压杆μ取2；L为压杆长度，与电动葫芦提升高度和各圈壁板的高度有关。这里取4．5 m；E为弹性模量，碳钢弹性模量为210 ×109N/m2；I为压杆截面的最小惯性矩，管的最小惯性矩计算为I=π(D4－d4)/64。

几种常用的钢管临界应力计算结果见表2。

若要保证立柱稳定，则需满足

表2 计算结果表

综上所述:本次施工选用15根φ219×8钢管做立柱可满足提升要求。结合以往的工作经验，立柱间距小于4 m时更利于安装。最终决定每台6 000 m3的储罐采用20根钢管立柱作为提升工装。

7 结语

(1)该项目通过内立柱电动葫芦倒装法施工，使大型油罐的安装过程变得简单，简化了油罐的施工过程，减少了高空作业，使油罐安装起升平稳、安全可靠、操作简单。

(2)4个6 000m3油罐的焊缝对口、焊接全部在地面施工，通过热处理及水压试验后对焊缝进行复查，未发现任何质量缺陷，保证了质量，达到了美标规范和设计要求。

TV52;TV7;TK4

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1001-2184(2015)05-0055-04

张平堂(1970-)，男，甘肃兰州人，工程师，学士，从事水电工程施工技术与管理工作；

(责任编辑:李燕辉)

2015-09-28

谢小波(1987-)，男，四川宜宾人，助理工程师，学士，从事水电工程施工技术与管理工作．