延迟焦化储水罐施工技术分析

张 塞

(中国石油化工股份有限公司北京燕山分公司，北京 102500)

表1 D2403工艺及结构参数

钢制立式储罐是炼油行业中广泛使用的储存设备，在石油化工行业中用来储存各种原料油、半成品油、成品油、芳烃产品及液化气等【1-3】。冷焦溢流、放空储水罐D2403是延迟焦化装置中的关键常压储罐，作用是在焦炭塔冷焦溢流时储存冷焦水【4】。2019年8月28日，D2403发生负压严重损坏事故，因罐体变形比较严重，需要拆除并重新安装新罐。从安全、质量、工期等方面考虑，新罐采用导链倒装法施工。本文主要探讨D2403的施工安装技术，为进一步提升储罐施工质量提供参考。

1 储水罐(D2403)

1.1 D2403简述

D2403由罐顶、罐壁、罐底、平台、盘梯几大部分组成，其中罐壁有7带板，罐顶采用以-50×10扁钢为主骨架的拱顶结构(如图1所示)，其工艺及结构参数如表1所示。

1—罐底；2—7带罐壁板；3—拱顶；4—罐顶板；5—盘梯

1.2 事故分析

2019年8月28日11：40，除焦班工作人员听到水区有异响，立即通知外操人员到现场查看，11：45，外操人员检查发现D2403罐体严重变形(见图2)， 分析认为， 冷焦溢流时间不足以及大量低温冷焦水直接进入大量蒸汽环境的储罐、 导致D2403出现严重负压抽空是本次事故的主要原因。

2 D2403旧罐体拆除

旧储罐拆除时，原有各设备开口需要拆除后重新安装，因此，所有附件必须是保护性拆除，内容包括: 人孔拆除、下线管拆除、脚手架搭设、排污孔拆除、附属管线拆除、高液位报警拆除、搅拌器拆除、罐顶板拆除、罐壁板拆除以及罐底板修复。拆除顺序为：先将罐顶分片吊装拆除，再将罐壁分段吊装拆除。

3 D2403新罐预制

3.1 D2403罐壁板预制

根据钢板到货规格绘制罐壁排板图(如图3所示)。罐壁共7带板，每带由8块钢板焊接而成。首先计算出每张钢板的几何尺寸并同时加工坡口，然后将切割加工后的每张罐壁板都做好相应标识。切割好的罐壁板经检验合格后，在滚板机上滚弧，并保证每张壁板滚弧后的曲率偏差均在允许值范围内。滚圆后的罐壁板应存放在同壁板弧度一致的胎具上，运输成形壁板时也应设置同样类型的胎具。储罐壁板的规格均为1.98 m×6.3 m，如果单一用板卡子进行吊装十分危险【5】，因此，根据每块罐壁板等长的特点，采用在罐壁板上焊接吊点用卸扣连接的方法，并同时采用导链牵引。

图2 D2403罐体变形

图3 D2403罐壁板排版

3.2 D2403罐顶板预制

罐顶由中心顶板、罐顶板及筋板组成。罐顶板预制包括顶板排版(如图4所示)、顶板预制和筋版预制。

图4 D2403罐顶板排版

按照排版图制作下料样板，然后采用样板下料。在地样上将各种梯形板料组焊成扇形面，板面焊接采用手工双面焊。筋版包括经向长条弧筋板和纬向短条弧筋板。经向长条弧筋板由数段煨弧的扁钢煨制成双曲面弧状后在地样上拼焊而成。纬向短条双曲弧筋板用各种展开长度的扁钢煨制成双曲弧状，每种筋板用两块样板检验双曲煨弧质量。

4 D2403罐体安装

D2403罐体安装采用 “内主柱多点倒装法”(即导链提升倒装法)施工。将导链固定在沿距罐壁300 mm的同心圆均布的倒装立柱上。其中，中心柱由φ325 mm×10 mm的20钢管制成；倒装立柱共16根，由φ273 mm×8 mm的Q235B钢管制成；倒装立柱与中心柱之间采用角钢连接。罐壁下端用槽钢[28a焊成的胀圈加固。胀圈安装在距罐壁板下缘300 mm以上的位置，采用胀圈支撑板支撑，以保证该圈罐壁板与下带板的对口,同时便于液压操作。开始顶升时，调整罐壁使之均匀上升,用龙门卡具和千斤顶将胀圈之间以及胀圈与罐壁固定在一起。龙门板厚度应大于14 mm,安装位置应尽量靠近提升柱，中间豁口处要用角钢楔子塞紧，以使胀圈能力充分体现。用导链提升焊接在胀圈上的吊耳，达到提升罐壁的目的。吊装立柱受力分析如图5所示。立柱起吊最大质量P1=K×G=1.2×60 t≈72 t，其中K为吊装安全系数，取K=1.2；G为提升总质量(单位：t)。吊装机构的胀圈由长度为L=12.5 m、规格为[22a的4段槽钢组成；提升挡板1块，材质为Q235B钢板，规格为长度h=200 mm、宽度b=100 mm、厚度δ=20 mm；吊装柱16根，每根长度为L=3.5 m，吊点共16处，每处设置1个10 t导链。因此，该吊装机构允许提升的总质量为：16×10 t=160 t>72 t。导链提升示意如图6所示。

图5 吊装柱受力

图6 导链提升示意

首先进行吊装立柱强度校核。已知偏心距e=273/2+100=236.5 mm≈24 cm；每个吊装柱受力P=72/16=4.5t=4 500 kg；吊装柱管截面积A为66.6 cm2；吊装柱外径D=273 mm=27.3 cm；吊装柱内径d=25.7 cm；Q235的许用应力[σ]=1 570 kg/cm2。故，立柱钢管弯矩M=P×e=4 500×16=72 000 kg·cm。

吊装柱的抗弯截面模量

(1)

式中：W——抗弯截面模量，cm3。

(2)

式中：σ——吊装柱应力，kg/cm2。

由式(1)和式(2)计算得出：σ=293 kg/cm2。

σ<[σ]，所以吊装柱满足强度条件要求。

其次进行吊装柱的稳定性校核。

(3)

式中：φ——压弯杆的稳定系数。

细长比

(4)

式中：L——钢管长度，m；

μ——系数，取1；

i——柔度，cm。

其中

(5)

式中：J——惯性矩，cm4。

(6)

由式(4)～式(6)计算得出：J=585 cm4，i=9.37 cm，λ=29.9。查询得到压弯杆的稳定系数φ=0.91，代入式(3)计算可得：σ=299.6 kg/cm2。

σ<[σ]，所以吊装柱有足够的稳定性。

最后进行提升挡板处壁板的强度校核。

(7)

式中：σmax——提升挡板最大应力，kg/cm2。

(8)

式中：τmax——提升挡板最大剪切应力，kg/cm2。

由式(7)和式(8)计算可得：

τmax=169 kg/cm2，σmax=337 kg/cm2。

根据第三强度理论，提升挡板应力σ=(σmax+4τmax)/2=506.5 kg/cm2<[σ]，所以提升挡板处壁板满足强度条件要求。

4.1 D2403罐底板利旧

考虑到本次罐底板无损坏和变形，对其进行利旧。在储罐安装前，应保证基础中心标高允许偏差为±20 mm。支承罐壁的基础表面高差应满足：环梁每10 m弧长内任意两点的高差不得大于6 mm；整个圆周长度内任意两点的高差不得大于12 mm。

4.2 D2403罐第7带罐壁板及罐顶安装

按照排板图安装第7带罐壁板,安装后应保证该带板椭圆度、垂直度和上口水平度满足要求。将第7带罐壁板临时固定，同时安装3块防变形圆弧板以防焊接变形。安装完后，再安装包边角钢。包边角钢拼接缝和壁板纵缝应错开200 mm以上。罐顶板安装前在罐底安装中心伞架，并通过计算确定伞架高度。伞架上表面应保证水平度。安装前检查包边角钢的半径偏差,并与包边角钢上的等分点对应,然后开始组焊罐顶板。每块罐顶板在焊接过程中,施工人员内、外分布,利用钢管来调整罐顶板搭接间隙，使之贴紧并定位焊接。

罐顶板安装完成后,于11月6日对其进行焊缝渗透试验。焊道外观检查合格后，进行清理，除去飞溅、焊瘤等，再用钢丝刷清理焊道及两侧表面(100 mm左右)，最后用棉纱对焊道进行清洁处理；在已清理完的焊道外表面用毛刷涂刷白粉浆；白粉浆完全干燥后，在焊道内表面涂刷煤油，并使其得到足够浸润；之后，检查焊道外表面，当气温>0℃时，0.5 h后检查，当气温≤0 ℃时，1.0 h后检查。当日气温16 ℃，检查结果显示，焊道外表面无煤油渗痕，合格。

4.3 D2403罐第6带至第1带罐壁板安装

罐内16人同时提升导链，罐顶和第7带罐壁板开始提升。提升过程中有专人集中控制，同步运行。高度提升至约600 mm时，检查导链运行是否同步、提升高度是否一致等。如无问题，可继续提升。如果提升不同步，则调整不同步导链，直至受力状态和提升高度一致【6-7】，并最终提升到所需高度。同时利用吊车将第6带罐壁板安装在罐底板垫墩上。组对点焊第6带板纵缝，共8道，剩余1道纵缝待环缝焊接完后再焊接。然后开始组对第7带板与第6带板的环缝。为调整环缝组对间隙，可个别升降导链。点焊完毕后，焊最后1道纵焊缝外侧，检查合格后，再焊接内侧。内、外侧均焊接完毕并自然冷却到环境温度后，对罐内侧的纵缝、环缝以及临时点焊处进行打磨；打磨完毕，按设计图纸和规范的要求进行检查；检查合格后撤下胀圈，用导链将胀圈放下，重新安装到第6带板下部，并用千斤顶紧固定好。提升第5带罐壁板，并组对纵焊缝和环焊缝；组对好后焊接；焊完后回落胀圈，安装到第5带板下部。重复上述过程，直到第1带罐壁板全部安装完毕。

4.4 D2403水压试验和罐体防腐

附属管线安装完毕后开始进行水压试验。试验前封闭人孔等所有开孔。试验液位高度为罐底板上表面至罐壁上部法兰(溢流线法兰)处。检查内容包含：罐底严密性；罐壁强度及严密性；罐顶的强度、稳定性及严密性；基础的沉降观测等。2019年11月27日15：00开始充水，29日17：00充水至D2403罐试验液位高度，保持0.5 h，检查罐壁焊缝、罐壁人孔及管口法兰密封面均无泄漏。

4.5 D2403罐体防腐

罐体防腐包括外壁和内壁防腐。防腐前对罐顶，罐壁的内、外表面和罐底板上表面进行喷砂除锈，机械除锈等级均不得低于St2.5级。

5 D2403罐体验收

2019年11月29日对罐体进行验收检查,检查罐顶板、罐壁板、罐底板是否变形,储罐基础有无下沉,罐体有无倾斜等。整体检查结果显示，罐体及附属管线均合格。

6 结语

随着工业化水平的快速发展，钢制立式储罐的施工技术也得到不断的改进和完善。本文详细阐述了储水罐D2403安装施工的过程、水压试验、罐体防腐以及验收情况，对安装施工中的技术和经验进行总结，以期为进一步提升储罐施工质量提供参考，对储罐的安全使用也具有一定的参考意义。