大型拱頂硫酸儲罐的制作安裝工藝

呂仁杰，趙會琴

(山西中條山機電設備有限公司，山西 垣曲 043700)

0 前言

北方銅業垣曲冶煉廠處理約50 萬t/a 金屬礦，綜合捕集回收技術改造工程中需要制作4 臺10000 t 98%硫酸儲罐。該硫酸儲罐為常壓下使用，罐體直徑24 m，有效高度16 m，拱頂高3.35 m，單臺有效容積6150 m3，整罐質量464 t。根據以往施工經驗，從安全、質量、工期等方面考慮，結合現場條件和本儲罐的特點，經多方案討論后，公司決定該儲罐的制作采用電動導鏈倒裝法［1］施工工藝(也就是先把罐底鋪好，然后組裝罐頂，最后再隨罐頂提升而組裝罐壁)，結合合理有效的焊接工藝措施來高質量高速度的完成該項工程。

1 罐底的制作

1.1 制作要求

罐底是采用厚度30 mm，材質為Q235B 鋼板，拼接組焊成Φ24150 mm 的圓板。罐底焊接后，其局部凹凸變形的深度，不大于變形長度的2%，且不大于30 mm。

1.2 工藝措施

(1)排版下料。先根據鋼板尺寸繪制排版圖［2］，如圖1 所示，再進行下料。具體要求如:排版圖的直徑按設計直徑放大0.1%～0.2%;邊緣板沿罐底半徑方向的最小尺寸不得小于700 mm;中幅板的寬度不得小于1000mm，長度不得小于2000 mm;任意相鄰焊縫之間的距離不得小于200 mm。

圖1 底板排版圖Fig.1 Floor layout diagram

(2)底板鋪設。先在基礎上劃出十字線及立縫定位“o”點，對處于中心的鋼板劃上十字線與基礎的十字線對準，按排版圖由中心向兩側鋪設，中幅板和邊緣板找正檢查無誤后即可點焊固定。

(3)底板的焊接。正確的施焊工藝是控制焊后底板變形(即中間凸起)的關鍵。中幅板的焊接順序是先焊橫向焊縫(短縫)后焊接長縫，從中心對稱向外分段退焊;邊緣板對接焊縫的焊接順序是:焊工對稱分布、隔縫跳焊，先將靠外邊緣300 mm 部位的焊縫焊完，即暫停焊接，且焊縫表面光滑平整;罐圈底邊板與中幅板之間的搭接角焊縫是最后焊接，焊工應沿圓周分部，分段退焊或跳焊。

2 罐頂的制作與安裝

2.1 制作要求

罐頂直徑24080 mm，由1 塊中心板和44 塊扇形鋼板以及肋條制作成SR 24000 mm 的球形拱頂，全部材料均為10 mm 的Q235B 鋼板。

2.2 罐頂的制作安裝程序

罐頂的安裝程序:底板劃線-頂圈板安裝-搭設中心柱-搭設胎具-中心角鋼圈安裝-搭設幾個同心環形角鋼-縱向肋條安裝-環向肋條安裝-扇形板內、外搭接縫焊接(對接)-肋條焊接。

(1)罐底劃線。在罐頂制作安裝前，在安裝好的底板上劃出頂圈壁板的中心線和圓周線，以及安裝用立柱的中心點和各胎具的中心線與罐頂和壁板安裝的基準線。

(2)頂圈板安裝。在底板上已劃好的壁板圓周線上，每隔1 m 左右焊一塊定位檔板，擋板焊接要保證罐壁內徑的要求，達到規范的允許偏差;頂圈壁板和加固角鋼圈安裝，必須在檢查各部尺寸符合要求后，才能安裝加固角鋼圈和肋的連接板。

(3)中心柱和胎具安裝。中心柱的中心必須與罐體中心重合，并確保立柱垂直，下座要和底板焊牢，上盤的大小符合罐頂制作安裝的要求，立柱的高低根據頂圈壁板和罐弦高之和確定;胎具按同心圓設置不少于三圈，并且要和立柱同心，各圈胎具和立柱間以及中心柱間用角鋼聯系好形成整體，下部與底板焊牢;利用中心柱和胎具間的連接角鋼搭設跳板，以備罐頂施工和進行焊接。

(4)罐頂肋條安裝。先將中心角鋼環固定在中心立柱頂盤上，依次安裝徑向肋條調整好各肋條間距，再安裝環向肋條，注意肋條安裝和焊接時應從罐四周方向四點對稱進行，防止因拉力不均和應力作用造成立柱和胎具變形，使罐頂幾何尺寸達不到要求。

(5)罐頂扇形板安裝。扇形板按搭接順序從一側循序鋪設，要求邊鋪設邊點焊，點完一塊再鋪一塊，直到鋪完為止。

2.3 罐頂的焊接

(1)焊短縫由中間向兩邊焊，先焊內側焊縫，后焊外側焊縫;

(2)焊徑向縫時縫由中間開始向鋼板兩邊焊，縱向縫宜采用隔縫對稱施焊，離安裝孔500～600 mm 處暫不施焊;

(3)焊罐頂與箍邊角鋼環焊縫，在周圍分布12 個焊工施焊，并沿同一方向分段退焊;

(4)罐頂扇形板的焊接，要求內外搭接縫全部滿焊，扇形板與肋間則采用斷續焊。為滿足焊縫要求和焊后幾何形狀的正確，應先焊扇形頂板和點焊固定肋條，再焊內部焊縫，二者配合焊接，最后修整外部焊縫使緊密搭接，開始焊接外部焊縫，直到焊完為止。

3 罐壁安裝

3.1 制作要求

該罐除了頂圈壁板δ=14 mm 在罐頂的制作中已完成之外，其余罐壁分別由厚度δ=18 mm、22 mm、25 mm、28 mm、32 mm、36 mm、40 mm、44 mm 高度1800 mm 的鋼圈由上至下逐層遞增。

3.2 電動導鏈倒裝法吊裝工藝

利用脹圈、千斤頂、卡板及吊桿、吊具等器械來完成吊裝的，具體做法是:利用卡板和千斤頂將漲圈固定在最上一圈的壁板上，然后用掛在立柱上的電動導鏈提升脹圈，從而帶動整圈壁板上升，在上升到一定高度后，將最上面的壁板與其緊鄰的下一圈壁板組對焊接。焊接完畢后，重復以前的動作，直至全部壁板安裝結束，其吊裝原理如圖2 所示。

3.3 具體施工

(1)在要吊裝的壁板下端180～200 mm 處裝上壁板找圓和吊裝使用的脹圈，脹圈用25#槽鋼;

圖2 倒裝法吊裝原理Fig.2 Hoisting principle of hyperbaton

(2)在距罐內壁500 mm 左右的同心圓上均布20 個Φ219 mm ×14 mm 鋼管制作的倒裝立柱，立柱安裝必須保證垂直。在立柱3/4 高度位置安裝兩根斜撐，斜撐用75° × 6 角鋼制作。斜撐之間的夾角及斜撐與罐底的夾角均以45°為宜。對稱的兩根立柱之間用鋼絲繩拉緊。20 個20 t 電動葫蘆固定在倒裝立柱上。電動導鏈分布示意圖與提升示意圖分別如圖3、圖4 所示。

(3)為防止壁板在吊裝過程中產生傾斜狀態和超出圈板，保證圓周搭接量均等，在罐內等距離焊8～12 根限位桿作為標志。

(4)吊裝時，設專人統一指揮，吊裝人員緊密配合，動作統一。20 個起重機要同步進行，做到各吊點受力均衡，緩慢起升。每提升600 mm 左右，應停下檢查電動倒鏈是否同步，上升受力是否均勻。如出現倒鏈起升不同步，受力不均，則應分別單獨控制調整滯后倒鏈，使其與其它倒鏈處于同樣受力狀態，避免發生意外。當罐體吊升達到一定高度，滿足下一圈壁板安裝空間要求時，根據限位桿的拉緊程度調整罐體的垂直度和下口水平度，鎖緊鏈式起重機，調整搭接口，即開始點焊。

(5)壁板的焊接。只能在上一圈的圈板裝配和校正好以后，才能焊罐的下一圈的圈板。焊第一圈圈板的垂直對接縫，鏟去焊縫根部，并補焊好;在罐內焊第一圈板與第二圈板之間的環形斷續焊縫，要求焊工均布，并沿同一方向焊接;在酸罐外部焊第一圈與第二圈的環形連續焊縫;焊第三圈板的立縫;焊第二圈板與第三圈板之間的斷續仰焊縫。按以上順序焊接以后各圈板。

(6)最后是罐壁與罐底邊緣板的焊接［3］。由于罐底邊緣板受力復雜，應力值較高，特別是在罐壁與罐底的角焊縫處，應力值最大，且該值不是定值，它隨儲存液位變化而變，雖然頻率很底，但應力值高，這就要求該處焊縫盡量避免產生各種缺陷，另一方面要具有較高的沖擊韌性。E4316 焊條熔敷金屬其氫和氧的含量較低，減輕了產生裂紋的傾向，熔敷金屬的沖擊韌性大大提高。所以罐壁板與邊緣板間的角焊縫采用E4316焊條手工電弧焊進行焊接，要求焊接3～4 遍成型。這樣，整個焊縫熔敷金屬均為晶狀組織，后一次焊接過程是前一次的退火，提高了焊縫的機械性能。而且焊接順序要避免形成大的約束，以避免產生焊接應力和裂紋。

4 結論

大型儲罐施工經驗和施工方法很多，根據不同的施工條件以及不同的技術要求制定特定的工藝技術措施是保證高質量高速度完成儲罐施工工程的關鍵。根據倒裝法吊裝工藝措施，制作安裝的4 臺硫酸儲罐完全符合建設部頒布的《建筑工程施工質量驗收統一標準》和相關行業工程質量驗收標準，一次性驗收合格。

［1］劉君.淺談十萬立儲罐倒裝法施工工藝［J］.中國新技術新產品，2011(20).

［2］符興國.濃硫酸大儲罐的設計制造［J］.廣東化工，2003(01).

［3］吳海陸.石油儲罐設計的幾個問題［J］.廣東化工，2002(04).