大型双钢低温储罐安装工艺探索

(中石化第四建设有限公司，天津 300270)

0 引言

随着我国对环境保护的高度重视，清洁能源的需求量越来越大，双钢低温储罐是储存LPG、LNG、乙烯、丙烷等清洁能源的形式之一。双钢低温储罐一般容积较小，因此，操作灵活，节省投资。容积为20 000 m3,30 000 m3的储罐应用较为普遍，近些年也逐步向大型化发展，以50 000 m3和80 000 m3储罐居多，目前国内也有100 000 m3储罐正在建设。

双钢低温储罐结构复杂，以某项目的2台80 000 m3双钢LNG储罐为例，来探索安装工艺，储罐结构如图1所示。该双钢储罐容积80 000 m3，总重 2 576 990 kg。主体由外罐和内罐构成，外罐内径60 000 mm，罐壁高度36 500 mm；内罐内径58 000 mm，罐壁高度34 320 mm。另外还有承压环、外罐拱顶、铝吊顶、保冷系统和罐顶开孔接管等辅助结构。该类储罐罐体高、直径大、质量大、结构复杂、材料种类多，施工难度大、质量要求高，因此储罐的安装工艺要充分考虑这些特点，先进可靠的安装工艺是储罐顺利建成的前提。

1 安装工艺特点[1]

大型双钢低温储罐罐体安装工艺通常有正装法和倒装法。正装法以气吹升顶；倒装法以液压顶升等方法最为常用，每种安装方法各有特色。

图1 大型双钢低温储罐结构示意

1.1 正装法

正装法的安装工艺是储罐壁板从底层第一圈开始，自下而上依次组装焊接，组焊完成顶圈壁板后组装加强圈、承压环、罐顶结构及附件等。

正装法的优点:各工序工作明确，协调工作较少，自动焊可以充分应用，有利于提高焊接质量，工艺成熟，故被普遍采用。其缺点：高空作业多，涉及大型吊车和大量的架设，成本较高，安全风险大。

正装法通常采用气吹升顶法安装工艺，先铺设、组焊罐底板，之后正装法安装组焊罐壁板、承压环，同时在罐底组焊罐顶结构，然后进行气吹升顶准备，包括平衡系统、密封系统和鼓风机系统的安装等，再利用鼓风机将罐顶整体气吹升顶到预定位置组焊完成。

气吹升顶法安装工艺的优点是，罐顶组装和焊接都在底层，可省去高空脚手架的搭设，避免了大量高空作业，施工成本较低，罐顶质量有保证。其缺点是气吹升顶准备工作复杂，平衡系统、密封系统和鼓风机系统的设计、安装都必须严格无误，需用的特殊设备多，投入较大，工装种类多，措施用料用量大，气吹升顶必须万无一失，升顶过程要统一指挥，各工种协调配合；罐壁板的焊接变形和几何尺寸要严格控制，尤其是垂直度、椭圆度、局部变形必须符合偏差要求，否则气吹升顶过程有发生卡碰的风险，影响气吹升顶的顺利进行。

1.2 倒装法

倒装法的安装工艺是在罐底板铺设焊完后，先组对焊接顶圈罐壁板和罐顶，然后自上而下逐圈壁板组装焊接与提(顶)升，直至底圈壁板安装完毕。

倒装法的优点：组装和焊接都在底层，节省脚手架，采用较小型的吊车设备，避免大量高空施工作业，安全风险大大降低，施工成本较低，工期较短。其缺点：倒装施工所需的工装和设备多，安装和拆卸需投入一定的人力和时间，各工序要衔接紧密，协调工作多，一定程度上限制了自动焊的应用，尤其是壁板内侧焊缝只能采用手工电弧焊焊接。

倒装法通常采用液压顶升倒装法安装工艺，利用均布在罐壁内侧边柱上的液压千斤顶提升与罐壁板下部临时胀紧固定的胀圈，使上圈壁板随胀圈一起上升到预定高度，再组焊第2圈壁板，然后松开胀圈，降至第2圈罐壁板下部胀紧、固定后再次提升。如此往复，直至组焊完成所有罐壁板。

液压顶升倒装法安装工艺的优点是，避免了高空作业，施工安全风险低，施工速度快，施工工期容易保证；借助机、电、液一体化工作原理，通过智能检测控制技术，液压千斤顶提升能力可以根据需要进行任意组合配置，实现大型构件整体提升；工作效率高，施工成本较低。其缺点是，涉及工装种类较多，措施用料投入较大；液压千斤顶设备投入需要一定费用；施工人员集中在罐底部内外工作，需要统一指挥，工序之间需密切协调。

2 本项目采用的安装工艺[2]

本项目采用液压顶升倒装法组装外罐、正装法组装内罐的施工工艺，先安装外罐，后安装内罐。外罐液压顶升倒装是按照先施工罐底边缘板和中幅板,然后组装顶圈罐壁板、承压环和拱顶(包括铝吊顶)，再借助罐内安装的液压千斤顶作为提升动力，自上而下施工其余壁板，从而完成外罐主体组装的储罐倒装施工方法。外罐壁应预留临时大门，内罐材料由此门运入罐内，外罐安装完成后正装法组装内罐，在内罐底边缘板安装完毕后，安装第1圈壁板，第1圈壁板立缝焊接完毕后，在罐内安装内挂临时钢平台，在此作业面上进行第2圈壁板的安装、组对和焊接。第1圈环缝焊接后，按照第1层作业面的要求在第2圈壁板上搭设第2层作业面，完成第3圈壁板的安装、焊接。在第2圈环缝焊接完毕后，将第1层作业面的临时钢平台拆除，在第3圈壁板上搭设下一层作业面，依此向上安装各圈壁板。最后安装罐底保冷结构的同时，安装内罐底中幅板[3-4]。

该项目内罐体的罐底、罐壁材料为9%Ni钢，内罐底板下面铺设泡沫玻璃砖保冷材料，对低温钢和泡沫玻璃砖保冷材料需要做好防雨措施。因该类储罐施工周期长，一般难以避开雨季施工，由于罐体高、直径大，防雨措施很难采取。安装工艺应选择先安装外罐、后安装内罐，内罐在建成的外罐内施工，既不需采取防雨措施；又避免了雨、雪、风等不利天气因素对内罐施工的影响。

2.1 外罐安装

先正装安装最上圈罐壁板；之后安装承压环、外罐拱顶和铝吊顶；再采用液压顶升倒装安装其余各圈罐壁板，避免了罐顶施工所需的大量架设工作和高空作业，安全风险大大降低。

外罐安装顺序[5-6]：施工准备→基础验收→外罐罐底板铺设、组焊→外罐顶圈壁板组焊→外罐壁承压环与顶圈壁板组焊→罐内临时支架安装、分片安装拱顶骨架→外罐顶板组焊及罐顶附件安装→铝吊顶组焊→液压顶升设备安装→依次顶升安装组焊剩余各圈壁板并同步安装加强圈→外罐底圈壁板开设临时大门→外罐罐底大角缝、收缩缝组焊→内罐充水试验完成后外罐临时大门封闭→外罐气密试验。

2.2 内罐安装[7]

内罐采用正装法安装，该安装工艺成熟，安全可靠，施工效率高，自动焊可以充分应用，有利于提高焊接质量。

内罐安装顺序[8]：罐底边缘素混凝土铺设→罐底边缘保冷施工→罐底边缘混凝土环梁施工→内罐底边缘板铺设、组焊→内罐第1圈壁板安装组焊→内罐第2圈壁板安装组焊→内罐壁板临时大门开设→内罐其余壁板安装组焊并同步安装加强圈→罐底中心部分素混凝土铺设→罐底中心部分保冷安装→罐底中心部分干砂铺设→罐底中幅板安装组焊→罐内管线及附件安装→内罐临时大门封闭→内罐充水试验。

2.3 安装过程的关键点

外罐液压顶升倒装、内罐正装安装工艺的关键内容和要点包括：外罐液压顶升设备的配置、外罐壁板安装用胀圈的制作安装、外罐临时出入门的开设、内罐第1圈壁板的安装及内罐临时大门的开设、内罐大角缝的组对焊接、内罐临时大门的封闭等。

2.3.1 外罐液压顶升设备的配置

液压顶升设备中的液压千斤顶的数量应根据提升的最大质量选取，每个液压千斤顶的最大提升力为g(一般按照额定顶升质量的80%计算)，液压千斤顶数量N按下列公式计算：

N=ψG/g

式中N——液压千斤顶数量，台；

ψ——不均匀载荷系数，通常取1.2;

G——最大提升质量，t；

g——每个液压千斤顶的最大提升力，t。

各参数按如下要求考虑。

G=外罐顶质量+铝吊顶质量+外罐壁质量+罐顶安装的开孔接管质量+安装的罐顶钢结构质量+2台电动葫芦的质量

每台储罐配备一套液压顶升设备，包括数台油站(既可连在一起由一个控制箱控制联动，也可单独操作)，N台液压千斤顶，N个提升架，以及配套的高压胶管、阀门、三通和工装等。

图2 液压顶升设备布置示意

以3台YB-60型液压油站联合控制、60台SQD-300-100S.F型松卡式液压千斤顶、60个ST-3000-300型提升架为例，液压顶升设备均布在罐内距罐壁250 mm的圆周上，液压顶升设备布置示意见图2，液压千斤顶安装示意见图3，液压顶升原理示意见图4。

图3 液压千斤顶安装示意

图4 液压顶升原理示意

2.3.2 外罐壁板安装用胀圈的制作安装

图5 胀圈安装示意

胀圈采用25c型槽钢滚弧后对扣焊接，胀圈的外弧应与罐壁的内弧半径一致。胀圈分段制作，通过32 t千斤顶胀紧在罐壁板内侧下部，在32 t千斤顶处和每个提升支柱的两侧胀圈上，均需加设龙门板防止胀圈扭曲和翻转。胀圈安装示意见图5。

2.3.3 外罐临时出入门的开设

外罐底圈壁板组装后，用于临时出入门的壁板暂不焊接，待出入门加固措施焊接完毕、第1圈及第2圈壁板间的环焊缝焊完后，拆除用于临时出入门的壁板，开设临时出入门，用于内罐材料及施工机具和人员的出入。出入门的设置方位以及加固措施按施工图纸的要求施工。

2.3.4 内罐第1圈壁板的安装及内罐临时大门的开设

内罐第1圈壁板的安装质量是壁板整体安装质量的基础和保障。每张壁板的定位要准确，选定起始位置后，开始逐张起吊安装壁板，使用立缝卡具将两相邻壁板固定到位，使用带加减丝的斜支杠将壁板找正，每张板都要控制好安装几何尺寸。壁板立缝在内侧进行组对点焊，组对时用立缝卡具进行调整，严格执行组对质量标准，重点保证组对间隙，严格控制错边量，同时要考虑焊接变形的控制，采取适当的反变形措施。

在第1圈壁板安装时，临时大门处要安装临时壁板(临时壁板厚度≥16 mm，宽度与正式壁板相同)，四周用H型钢(H型钢型号一般要大于H300)分段焊接加固。

临时大门处的临时壁板在第1圈及第2圈壁板间的环焊缝焊完后拆除，加固用的H型钢不拆除。

2.3.5 内罐大角缝的组对焊接

在第4圈壁板安装、立缝组对合格后，将壁板与边缘底板找正并组装大角缝。在大角缝开始焊接前，在第一圈壁板及边缘板间安装临时斜支撑，防止焊接时边缘板上翘变形。大角缝焊接应从内侧开始，然后从外侧清根，再进行外侧焊接。

2.3.6 内罐临时大门的封闭

罐壁板及罐内的安装工作全部结束后,封闭内罐壁临时大门,正式大门壁板焊接完成后,再拆除加固用的H型钢。

3 结语

大型双钢低温储罐的施工,外罐采用液压顶升倒装法、内罐采用正装法施工，减少了高空作业，外罐壁板成型和几何尺寸偏差控制较好,内罐壁板焊接质量优良。该安装工艺有利于现场安全管理，具有劳动效率高、施工成本低、施工质量好等优点，对今后的同类工程施工具有参考意义。