大型儲罐倒裝法施工液壓提升原理及應用

楊建強

(新疆石油建設有限責任公司，新疆 克拉瑪依 834000)

大型儲罐倒裝法施工液壓提升原理及應用

楊建強

(新疆石油建設有限責任公司，新疆 克拉瑪依 834000)

大型儲罐倒裝法液壓提升理論是大型儲罐倒裝法施工技術的關鍵。通過總結，提出了液壓提升穩定分析、同步分析、控制分析、系統安全分析四項儲罐液壓提升理論，并據此設計出儲罐倒裝法施工的液壓提升系統，保證了大型儲罐倒裝法施工技術的發展。該理論中系統安全分析對儲罐的倒裝法施工具有一定的指導意義。

儲罐；倒裝；提升

0 前言

大型儲罐倒裝法施工相比于傳統工藝正裝法施工，施工作業面從空中改為地面，安全性好，施工工效高，質量易于控制，是眾多施工單位嘗試的目標。但對大型儲罐倒裝法施工的提升、提升過程的抗風載荷等問題又無力解決，因此還沒有施工單位組織實施。

2002年，新疆石油建設有限公司開始研究50000m3外浮頂儲罐倒裝法施工工藝。經過長期的研究，總結提出了液壓提升穩定分析、同步分析、控制分析、系統安全分析四項儲罐液壓提升理論，并據此設計出儲罐倒裝法施工的液壓提升系統；并針對儲罐液壓提升設計了防滑落保險裝置；分析儲罐提升過程中的風載荷；對儲罐倒裝法施工關鍵工序逐項的分析計算。2005年，新疆石油建設有限公司在中哈管道工程阿拉山口首站50 000 m3雙浮盤儲罐施工中首次采用倒裝法施工；2006年，在獨山子石化千萬噸煉油百萬噸乙烯項目100 000 m3儲罐采用倒裝法施工，經過查新，該項施工為國內外首例100 000 m3儲罐倒裝法施工。

新疆石油建設有限公司100 000 m3儲罐倒裝法施工成功后，有多家儲罐施工單位效仿，因對大型儲罐倒裝法施工的關鍵技術掌握不到位，致使倒裝法施工的優勢不能完全發揮出來，有的在提升過程中還發生了事故。事實上，在做大型儲罐倒裝法施工方案時，要求方案中的每一步都要考慮到位，相對質量安全的概念，稱其為技術安全。大型儲罐倒裝法既不是只將以前的小罐倒裝做大了一些這么簡單，也并不多危險(在第一次50 000 m3儲罐倒裝法施工時，遇到了很大的阻力)。在此介紹儲罐倒裝法施工液壓提升原理，以供參考。

1 儲罐液壓提升理論分析

1.1 提升穩定分析

理論上各個液壓缸在罐內均布，提升力相等，但由于罐體部分結構的不對稱，在提升時各個液壓缸的負載是不同的。提升時，如果某處(某一段)壁板的提升高度低于其他位置的提升高度，罐體的重心就會向此處偏移，此段距離內的液壓缸的負載增加，這是不穩定平衡的受力條件。因此，要求儲罐提升液壓系統最少要有三個流量相同的液壓泵站，每個泵站配置相同的液壓缸。2005年前，單個泵站的儲罐倒裝施工液壓提升設備比較流行，用這種液壓設備提升罐體時，總是不斷調整液壓缸。這就是一種不穩定平衡系統，因此，這種結構是不合理的。

1.2 提升同步分析

提升過程中，負載增加，提升速度會變慢，負載進一步增加，這就要求液壓提升系統有抵抗這種不穩定平衡的能力，也就是要求液壓缸在(一定范圍內)受力不均勻的情況下，能夠保持基本一致的提升速度。直流電機的轉矩(負載)和轉速(流量)成線性關系，如圖1所示；而交流電機的轉速(流量)隨轉矩(負載)的變化較小，如圖2所示，也就是有較為恒定的轉速(流量)。因此，儲罐液壓提升設備泵站的電機須選用交流電機。

圖1 直流電機轉矩與轉速關系

圖2 交流電機轉矩與轉速關系

1.3 提升控制分析

在儲罐倒裝法施工中，要求液壓缸在提升和下降時既能集中控制，又能單獨控制每個液壓缸，要求兩種控制的轉換方便、簡單。

1.4 系統安全分析

系統安全分析理論是儲罐倒裝法施工液壓提升的安全重點。很多人在考慮液壓提升時，都認為罐體提升過程是最危險的，實際分析時下降過程才是最危險的。罐體的提升液壓缸通過鋼絲繩傳力給脹圈，鋼絲繩只能傳遞拉力，不能夠傳遞壓力。如果提升時，有一、兩個液壓缸不工作，由于選用的液壓缸的提升力有較大余量，系統能夠基本正常工作；下降時，如果有一、兩個液壓缸不工作，其他液壓缸都下降，數倍的負載集中在這個不下降的液壓缸上，系統就會出現危險。現在，儲罐倒裝法施工采用的是先提升后圍板的施工順序，罐體整體下降操作時具有較大的危險性。因此，要求液壓缸在上升和下降操作時，液壓系統必須具有超壓溢流的功能，稱其為“軟性能”。帶液壓鎖的儲罐液壓提升設備，有時會出現鋼絲繩斷裂的事故，曾今有一次在下降過程中，連續斷了七根鋼絲繩，原因就是下降操作時，液壓鎖打開有先后，荷載分配不均勻，鋼絲繩斷裂后載荷再次變化而引起連鎖反應。松卡式液壓設備也是同樣的原理，在下降操作時都會出現載荷分配的極端不均衡。所有這些額外的負載是通過系統的安全余量來承擔的，一旦超出最大載荷，就會有事故發生。

2 設備結構的選用

選用北京昌平液壓設備廠的儲罐液壓提升設備，其按照新疆石油建設有限公司的要求設計的設備完全達到了上述四項理論要求。

首先，綜合考慮罐體的提升質量、選用的脹圈強度、提升間距以及每圈罐壁板的數量，選用了單缸提升質量25 t的液壓缸，每四個液壓缸配置一個液壓泵站，泵站采用交流電機。液壓頂升裝置油路原理如圖3所示。

圖3中，在電磁換向閥兩側的油路增加了溢流閥，1號泄壓閥調節下降壓力和靜止載荷壓力，2號泄壓閥調節上升壓力。在上升操作時，如果局部過載，泄壓閥2打開，過載的液壓油通過泄壓閥2回流到油箱；在下降操作或靜止時，有系統過載，泄壓閥1打開，過載的液壓油通過泄壓閥1回流到油箱。用這種超壓溢流的方法穩定平衡各個液壓缸的負載，保證每個液壓缸只承擔設定的壓力(負載)，超出設定的壓力(負載)則自動溢流平衡，保證系統安全性。

圖3 液壓頂升裝置油路原理

3 結論

提出了液壓提升穩定分析、同步分析、控制分析、系統安全分析四項儲罐液壓提升理論，并據此設計出儲罐倒裝法施工的液壓提升系統，保證了大型儲罐倒裝法施工的安全性。特別是該理論中系統安全分析對儲罐的倒裝法施工具有較大的指導意義。

Principle and application of the upsidedown construction technology for large storage tank with hydraulic driven lifting

YANG Jian-qiang
(Xinjiang Petroleum Engineering Construction Co.，Ltd.，Karamay 834000，China)

This paper introduces the principle of the upsidedown construction technology of hydraulicdriven lifting for large storage tank，which is the key of the upsidedown construction technology for large storage tank，including analysis of lifting stability and synchronization，system cotrolling and safety.Based on the principle，especially analysis of system safety，the hydraulic driven lifting system is designed to ensure the upsidedown construction technology is successfully used to large storage tank with capability over 50 000 m3.

storage tank；jacking method；lifting

TG457.5

B

1001-2303(2011)07-0074-03

2011-03-09；

2011-07-04

楊建強(1974—)，男，甘肅渭通人，高級工程師，碩士，主要從事儲罐焊接質量管理工作。