立式圆筒形钢制储罐顶盖的施工方法

王晓斌

中化二建集团有限公司 山西太原 030021

钢制储罐大多是用于存储石油化工产品的密封容器，在工业生产中有着非常广泛的应用。储罐大致分为立式、卧式、球形三种，对于不同形式的储罐，需要合理选择相应的安装方法。储罐主要有正装法和倒装法两种安装方法，各有优缺点，具体选用哪种方法需要根据罐体的尺寸大小和施工条件来确定。

中化二建集团有限公司承建的陕西神木富油能源科技项目属于立式圆筒形钢制储罐群，包括加氢尾油罐组、煤焦油及环烷基油加氢原料罐组、溶剂油罐组、环己烷及FYD40 罐组、白油罐组一和白油罐组二共计6 个储罐群，各规格储罐合计66 台，总重量约为6935t，详见表1。由于近年储罐制作安装的成本越来越高，储罐安装工艺的优化势在必行。

表1 各规格储罐数量、容积、重量明细表

1 边柱电动葫芦提升倒装法

倒装法是钢制储罐安装最为常用的方法。首先进行罐底板的铺设与焊接；其次对顶层壁板和包边角钢进行安装，然后安装罐顶及罐顶栏杆、踏步；最后依据排版图，按自上而下的顺序对每一层壁板进行组装和焊接，直到最终完成底层壁板的安装。

在储罐安装中，倒装法又细分为多种不同的子方法，每种子方法对施工设备要求不同，需要安装技术人员结合施工现场具体情况和自有设备条件来确定。子方法大致包括充气倒装法、中心倒装法、液压提升法和充水倒装法。

传统的倒装法安装工艺流程主要包括：绘制排版图—罐顶瓜瓣的预制→基础的验收→底板预制及铺设→顶圈壁板安装→包边角钢安装→罐顶瓜瓣安装→栏杆、踏步安装→壁板安装→底板收缩缝焊接、真空试漏→内部配件组焊→注水、沉降观测→整体性能试验→清扫、防腐→验收。而实际安装过程中，安装顺序一般为：顶圈壁板安装→包边角钢安装→罐顶瓜瓣安装→栏杆、踏步安装（也可以换为包边角钢安装）→罐顶瓜瓣安装→栏杆、踏步安装→顶圈壁板。

2 顶板施工方法叙述及对比

立式圆筒型钢制储罐的边柱电动葫芦提升倒装法工序基本相同，主要差异在顶板的安装上。实际安装过程中，储罐顶板安装有两种方法：第一种，先安装罐顶瓜瓣，再安装顶圈壁板；第二种，先安装顶圈壁板，再安装罐顶瓜瓣。具体可见石油化工立式圆筒形钢制储罐施工技术规程SH/ T3530- 2011。

2.1 先安装顶圈壁板，再扣顶盖

2.1.1 计算并画出壁板内侧安装线

在储罐底板上画顶圈壁板的内径圆时，要考虑罐壁板立缝与立缝、罐壁板立缝与边缘板之间的焊接收缩，将储罐安装半径适当放大，在边缘板表面画出壁板内侧安装线，标出各板位置。内组装圆半径公式见式（1）。

式中：Rb——第一圈壁板安装内半径；

Ri——储罐设计内半径；

N——底层壁板纵缝数；

α——每条纵缝焊接收缩量，手工焊取2mm；

θ——基础坡度夹角。

2.1.2 壁板安装支撑

沿着安装线布置一圈高350mm 的壁板安装支撑，每两个支撑的间距大约600mm，支撑之间在罐内底板上焊接固定挡块。安装支撑由两块板组成，垂直于罐壁的板上有一个开口，壁板下边缘放入开口中，通过插入三角销子薄厚来调整壁板的椭圆度，壁板到位后，将销子固定。详见图1。

2.1.3 中心伞架及顶板安装临时支架

顶圈壁板及包边角钢安装完成后，要设置拱顶组装支架。支架高度宜比支撑位置的计算高度高出50～80mm。在包边角钢和临时支架上划出每块拱顶板的位置线，并焊上限位挡板。拱顶组装宜先在对称位置上组装两块或四块罐顶瓜瓣，定位焊后再对称组装剩余罐顶瓜瓣，并调整搭接宽度，搭接宽度允许偏差为±5mm，径向焊接接头和环向焊接接头焊后拆除组装支架。拱顶组装示意图见图2。

图2 拱顶组装示意图

2.1.4 包边角钢的安装

顶圈壁板组焊并检查合格后安装包边角钢。包边角钢的对接接头应全焊透，与壁板纵向焊接接头的间距应≥300mm。与壁板的焊接应先间断焊，后连续焊。然后安装顶板瓜瓣。

2.1.5 罐顶扶手、栏杆的安装

壁板安装时划出盘梯支架和平台支架的安装位置线，检查合格后再安装支架、平台、盘梯及栏杆。栏杆的焊接接头应全焊透，栏杆高度一致，立柱垂直且间距均匀，并且踏步应水平。

2.2 先扣顶盖，再安装最顶圈壁板

2.2.1 在储罐底板上画出包边角钢安装位置的外径圆

在图纸上计算出包边角钢外径圆的半径，并在罐底板上沿着罐底中心在边缘板上用白色记号笔画出包边角钢的外径圆。

2.2.2 沿着圆周布置挡块和包边角钢的安装

首先，在沿着边缘板画出的外径圆内侧布置一圈钢板制作的挡块，每两个挡块的间距一般在500～800mm，挡块间距根据储罐的大小来确定。其次，将卷过的包边角钢，沿着外径圆布置：先将包边角钢的一头固定在底板外径圆线上，另一头用放置在底板圆心位置处的卷扬机拉住；启动卷扬机，将包边角钢缓慢地依次靠近内侧挡块。最后，在包边角钢的外侧用挡块顶紧，且把外挡块固定在储罐底板上，外侧挡块之间的距离宜设置在500～800mm。为了防止局部应力集中，包边角钢部分区域要用乙炔火焰烤。外侧挡块在包边角钢的外侧要均匀分布。包边角钢的内外侧挡块的布置示意图见图3。

图3 包边角钢的内外侧挡块的布置图

2.2.3 中心伞架及顶板安装临时支架的固定

包边角钢在罐底边缘板上组装固定好后，在罐内设置拱顶组装支架，如图4 所示。依据图纸给定储罐顶盖的拱高，计算出临时支架的高度，支架的安装高度宜比计算高度值高出50mm。

图4 中心伞架和临时支架的固定

2.2.4 顶板瓜瓣的安装和顶板的焊接

临时支架和中心伞架安装完成后，在包边角钢和中心伞架上标记出每一块罐顶瓜瓣的位置，并在包边角钢上焊接限位挡块。每块瓜瓣上焊接两个吊耳，吊耳焊接在瓜瓣的对折线上，两个吊耳间距要大于瓜瓣纵向长度的1/ 3。

罐顶瓜瓣按照排版图布置完成并采用定位焊，先焊接顶盖外侧焊缝，后焊接顶盖内侧焊缝。径向外侧焊缝要求焊工采用隔缝对称施焊，由中心向外分段退焊。顶盖与包边角钢外侧焊缝采用多人均匀分段，沿着同一方向分段退焊。

先扣顶盖方法的内侧焊缝焊接步骤：

（1）工人只能通过中心顶板的位置进入罐内，焊接径向内侧焊缝靠近中心伞架1/ 3；

（2）在罐顶合适的位置开天窗，将边柱定位并焊接在储罐底板上，然后挂好电动葫芦；

（3）在边柱旁边的包边角钢上焊接一块板式吊耳，电葫芦的吊钩挂在板式吊耳上；

（4）按电动葫芦控制开关，储罐拱顶慢慢升起，升到一定指定高度，焊接工人继续焊接罐顶内侧焊缝；

（5）最后，将罐顶提升到大约1.5m 高的位置，将包边角钢和顶盖的内侧焊缝焊接完成。

2.2.5 罐顶扶手、栏杆的安装

在罐顶外侧焊缝焊接完成，开好安装边柱的天窗。依据图纸要求，将罐顶周围一圈护栏安装完成。然后再起升罐顶，此时具备安装储罐壁板的条件。

2.2.6 第一圈壁板的安装

当顶盖焊接完成并验收合格后，沿着安装线布置一圈高350mm 的壁板安装支撑，每两个支撑的间距大约600mm，支撑之间在罐内底板上焊接固定挡块。安装支撑由两块板组成，垂直于罐壁的板上有一个开口，壁板下边缘放入开口中，通过插入三角销子薄厚来调整壁板的椭圆度，壁板到位后，将销子固定。第一圈壁板的现场安装图见图5。

图5 第一圈壁板的安装

3 施工质量及关键点控制

3.1 储罐底板安装线的绘制

安装过程中，储罐的每一圈壁板和包边角钢到底板中心的直线距离是不同的，所以安装线绘制必须严格按照图纸要求。

（1）先安装顶圈壁板时，以顶圈壁板的内径绘制安装线；

（2）先安装顶盖时，以包边角钢的外径绘制安装线。

3.2 垂直度和水平度测量及控制

（1）先安装顶圈壁板时，依据图纸要求，用吊线和钢尺测量壁板垂直度、用水准仪测量上口水平度，并及时调整。

（2）先安装顶盖时，用水准仪测量底板包边角钢安装线区域，并调整为一个水平线，再安装包边角钢；然后，复测包边角钢上边缘，保证储罐的水平度。

3.3 罐顶的焊接要求

（1）罐顶内侧用扁钢作为加强肋，采用搭接接头，并且搭接长度不得小于扁钢宽度的2 倍。顶盖瓜瓣加强肋的连接板要求四面围焊。中心顶板加强肋与顶板加强肋之间的连接板沿圆周均布，并且在升第二圈壁板时焊接完成。

（2）罐顶瓜瓣的外侧径向焊缝采用隔缝对称焊，由中心向外分段退焊。

（3）罐顶瓜瓣与包边角钢间的外侧焊缝为连续焊接接头，要求焊工对称均匀分布，沿同一方向分段退焊。

4 施工安全控制方面

4.1 先安装瓜瓣顶盖，再安装最上圈壁板

(1) 包边角钢与罐顶瓜瓣焊接无需搭设焊接操作平台，直接站在地面就可以操作；

（2）罐顶瓜瓣内侧焊缝焊接过程中，不需要活动脚手架。施工人员可以站在底板上，随着顶板的间断起升，内侧焊缝由中心向两端烧焊。全程无登高作业，减少了施工中的风险因素，降低了事故发生的机率。

4.2 先安装最上圈壁板，再安装瓜瓣顶盖

（1）包边角钢与罐顶瓜瓣焊接需要搭设焊接操作平台；

（2）罐顶瓜瓣内侧焊缝焊接过程中，需要活动脚手架。特别是上万立方的储罐，顶板内侧焊接需要搭设两层以上活动脚手架，施工中有一定的安全风险，增加了事故的发生机率。

5 施工成本控制方面（费用和工期）

5.1 先安装瓜瓣顶盖，再安装最上圈壁板

（1）不需要使用活动脚手架和操作平台，大大减少施工人员花费在准备工作中的时间；

（2）罐顶瓜瓣安装过程中，登高作业少，安装效率高；

（3）施工技术成熟，相关措施的标准化程度高，能够有效缩减施工工期。

5.2 先安装最上圈壁板，再安装瓜瓣顶盖

（1）需要使用活动脚手架和操作平台，增加了施工人员花费在准备工作中的时间；

（2）罐顶瓜瓣安装过程中，登高作业较多。

6 结论

先安装顶圈壁板、再扣顶盖，与先扣顶盖、再安装顶圈壁板两种方法对比如下：

（1）两种方法安装工艺的步骤基本相同，仅局部安装顺序有所差异。

（2）质量控制方面对比，底板安装线绘制和储罐的水平和垂直度控制方法不同，但是焊接要求一致。

（3）安全控制方面来看，先扣顶盖、再安装顶圈壁板的方法基本上不使用活动脚手架，不用搭设临时安装平台，全程无登高作业，大大降低了施工过程中的安全隐患。

（4）成本控制方面，先扣顶盖、再安装顶圈壁板的方法在一定程度上减少了安装和焊接时的准备工作时间，提高了劳动效率；同时，减少施工工作人员，降低了劳动力成本，缩短了工期。

立式钢制储罐作为石化化工储运的核心非标设备，广泛应用于各种类型的石油化工企业中。熟练掌握立式钢制储罐安装中的各个要点，能有效避免安装过程中出现的质量问题。同时，要在成熟的倒装工艺细节上不断改进和创新，创造出更经济合理的施工工艺，研制出简单方便、经济节约的安装辅助工具，为项目创造更多的经济效益。