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.......S.......10万立方米浮顶储罐脚手架正装工法1前言随着原油储备建设不断发展，作为储存原油的钢制浮顶储罐越来越向大型化发展，目前应用最为广泛的是10万立方米储罐。储罐的施工方法主要有脚手架正装法、外脚手架正装法、液压顶升法，其中脚手架正装法具有操作简便、施工操作面广、速度快、机械化程度高、整体质量容易控制等优点，一直以来被国大多数施工队伍所应用。油田建设集团有限责任公司从1985年开始应用脚手架正装法进行大型浮顶储罐的施工，到目前为止我公司应用该工法已经施工了45台5万立方米储罐，54台10万立方米储罐，5台15万立方米储罐。1992年，油田建设集团有限责任公司开发的《10万立方米浮顶油罐脚手架正装工法》获得国家级工法，编号：YGJF42-92。近年来，随着储罐施工技术的不断发展，公司对原工法进行了升级，对工法的关键技术进行创新性改进，形成了大型储罐的施工工艺及配套技术，开发了浮船CO2气体保护半自动焊施工技术、罐底板CO2气体保护半自动焊打底碎丝埋弧焊填充盖面焊接技术以及焊缝自动打磨、等离子清根等配套技术，使储罐施工自动化水平及施工工艺不断提高和完善。2006年《大型立式储罐自动化施工工艺及配套技术研究》荣获石油管理局科技进步一等奖，等离子清根设备获得国家专利，专利号：ZL6.O；横焊焊剂托带获得国家专利，专利号：ZL5.X；2007年由油田建设集团有限责任公司自主研究的储罐罐壁板控制垂直度卡具获得国家专利，专利号ZL4.X；浮顶组装式新型节点平台获得国家专利，专利号：ZL5.4；多功能壁板托架获得国家专利，专利号：ZL5.0。气体保护焊防风罩获得国家专利，专利号：ZL8.8。2008年《10万立方米浮顶储罐施工配套技术研究》荣获中国石油和化学工业协会科技进步三等奖。2009年4月，工法的关键技术通过了中国石油和化学工业协会的科技鉴定，鉴定结论为：该技术创新成果拥有自主知识产权，达到国领先水平，应用前景广阔。2工法特点2.1储罐的罐壁和浮顶可同时交叉施工，工效高。2.2罐壁板侧搭设三层临时脚手架及劳动保护，搭设简单、速度快，施工受自然条件限制小，.......S.......不受水源、大风天气的影响。2.3施工操作面广，可同时在三层脚手架上进行操作，实现工序间流水化作业，缩短施工周期；并且有充足的检查、返修时间，施工质量容易保证。2.4壁板组对采用工卡具无活口、无点焊的精密组装技术，对壁板的垂直度、椭圆度、对缝间隙、水平度可进行精密调整，保证质量。2.5采用自主研制的专用浮顶安装组合平台，平台的刚性和稳定性强，安装、拆卸简单，搭设速度快，不损伤母材，架台可重复利用，节约成本。2.6罐底中幅板对接焊缝采用半自动CO2气体保护焊与碎丝埋弧焊组合焊接技术，焊接效率高，材料省、变形小，所研制的防风装置获得国家专利。2.7自主研发的横向埋弧焊剂拖带，具有耐热、耐磨、耐疲劳、耐断裂、焊剂损耗少等优点。2.8采用自主研制的的横焊缝等离子清根装置，替代了传统碳弧气刨，具有效率高、劳动强度小、材料省、质量稳定等优点。2.9采用自主研制的的焊缝余高自动修平装置，替代了手工作业，具有加工质量好、工效高、安全可靠等优点。3适用围本工法适用于5万立方米到15万立方米浮顶储罐的施工。4工艺原理4.1预制罐板现场预制，坡口预制采用龙门式数控火焰切割机进行切割；壁板采用数控滚板机进行滚弧，预制完毕后放在弧形胎具上，在胎具上焊接三角架的挂件及组对卡具的固定件。4.2安装罐底中幅板施工完毕后，在罐底板上安装浮顶临时架台，在架台上预制、安装浮顶，浮顶施工完毕后，拆除架台并从人孔运出。罐底边缘板组焊完毕后，组焊底圈罐壁，在底圈罐壁侧挂三角架，通过三角架的支撑铺设跳板及劳动保护，施工人员站在侧脚手架上进行上圈壁板的操作，脚手架共搭设三层，随着壁板不断增高，将最下一层脚手架拆除倒运到上侧搭设，三层脚手架交替往复使用，直至安装完最后一圈壁板。罐壁外侧的施工借助沿罐壁行走的移动小车进行。4.2焊接.......S.......罐底中幅板焊接采用CO2气体保护半自动焊打底、碎丝埋弧焊填充盖面；壁板纵缝焊接采用CO2保护气电立焊；环缝焊接采用自动埋弧横焊；焊缝侧清根使用等离子清根设备；横焊缝侧磨平使用自动修平机。5施工工艺及操作要点5.1施工工艺流程见图5.15.2基础验收罐体预制罐底中幅板组焊罐底边缘板组焊浮顶组装临时架台搭设底圈壁板组对浮顶预制组焊底层脚手架搭设浮顶附件安装浮顶临时架台拆除第二圈壁板组对第二层内脚手架搭设第三圈壁板组焊第三层内脚手架搭设拆除最下层脚手架并安装到上层四至顶圈壁板组焊、清根、打磨大角缝组焊基础验收底圈壁板焊接、清根、打磨第二圈壁板焊接、清根、打磨边缘板内侧对接焊缝组焊伸缩缝组焊抗风圈、加强圈及盘梯、浮梯等附件安装包边角铁安装上水试验图5.1储罐施工工艺流程.......S.......储罐基础检查验收按GB50128-2005《立式圆筒形钢制焊接储罐施工及验收规》第4章第2节中相关条款要求进行。1、基础中心标高允许偏差为土20mm。2、支承罐壁的基础表面其高差应符合下列规定：有环梁时，每10m弧长任意两点的高差不应大于6mm，且整个圆周长度任意两点的高差不应大于12mm。碎石环粱和无环粱时，每3m弧长任意两点的高差不应大于6mm，且整个圆周长度任意两点的高差不应大20mm。3、沥青砂层表面应平整密实，无凸出的隆起、凹陷及贯穿裂纹。5.3罐体预制5.3.1底板、壁板预制1、预制前对屈服强度大于390MPa的高强度钢板材进行100%超声波检测，合格后进行预制。2、底板、壁板各边的切割采用数控龙门式自动火焰切割机进行切割（见图5.3.1-1），切割时先进行长边的切割，再进行短边的切割；两长边要同时进行切割以减少变形量。3、由于纵焊缝收缩，在壁板下料时应提前预留收缩余量，纵焊缝横向收缩总量按下式进行计算：△L=0.27FN/δ（式5.3.1）式中△L-整圈焊缝的收缩总量mmF-纵焊缝的横截面积mm2N-一圈纵焊缝的数量δ-钢板厚度mm4、边缘板的侧减薄过渡坡口用刨边机进行预制，其余部位用火焰切割机进行切割预制，下料尺寸按边缘板放大后的外径计算尺寸进行预制。5、壁板弧度加工在滚板机上进行（见图5.3.1-2），其中25mm以上的厚壁板应滚制9～11遍以充分释放板应力；弧度检查要将板竖起并在无约束的情况下进行。图5.3.1-1数控龙门式自动火焰切割机图5.3.1-2滚扳机滚弧.......S.......6、第一圈壁板开孔热处理在加工厂进行开孔预制、热处理，热处理温度应符合设计要求。7、预制好的壁板放在半径与储罐半径相同的弧形胎具上，防止变形。5.3.2加强圈、抗风圈预制1、加强圈、抗风圈的预制在钢板上搭设的2.5米×12米的平台上进行。2、切割单块板的侧及两端的坡口。3、加强圈、抗风圈下料时侧半径应放大2～3mm以预留收缩余量。4、加强圈、抗风圈每3块组焊在一起，组焊时腹板上的加强型钢统一组焊，并安装吊环便于吊装。5.3.3浮顶预制1、浮顶预制在临时搭设的架台上进行。2、浮舱的环板、隔板、桁架在钢板搭设的平台上进行预制，最外侧环舱的隔板、桁架预制时预留适当的收缩余量。3、浮顶支柱预制时，按其设计高度预留出调整量，充水试验后放水时进行逐根调整。4、浮舱边缘板预制要对照一、二次密封图纸，提前钻好密封材料使用的固定孔。5.3.4盘梯预制用0.75mm厚镀锌铁皮放出踏步间外侧板的间隔样板，在外侧板上画线后，组装踏步与外侧板；整个盘梯预制成两段。5.3.5转动浮梯预制首先在浮顶上安装好浮梯轨道，然后组焊浮梯；浮梯轨道组焊时两个轨道间隔应适当放大。5.3.6量油管、导向管预制量油管、导向管的预制在浮顶上进行，将钢管沿其轴向接成整根，严格控制其垂直度，并提前钻好取样孔。5.3.7中央排水管的预制在预制平台上组装好排水管，然后进行压力试验和动态气密性试验，解体后从人孔或搅拌器孔移进罐进行安装。5.4边缘板铺设与焊接5.4.1画线画出边缘板的外边缘线，外边缘半径应按式5.4.1进行放大：.......S.......RC=(R+3N/2π)×1/COSarctgA（5.4.1）式中RC：实际放线半径R：图纸设计半径N：边缘板数量A：基础坡度比值5.4.2铺设组对1、铺设前将边缘板的垫板与边缘板点焊固定。2、用吊车直接铺板，调整对口间隙并点焊固定，点焊长度不小于80mm。为控制焊接引起的变形，在整条对接焊缝上安装两个反变形卡具(见图5.4.2)。5.4.3边缘板外侧300mm对接焊缝焊接1、底层边缘板与垫板的结合角处用氩弧焊进行封底焊接。2、用手工电弧焊进行焊接（见图5.4.3）。3、焊接时多名焊工沿整个圆周均布，同时焊接。4、初层焊道进行渗透检测，填充完毕后对外侧300mm打磨平滑后进行磁粉检测和X射线无损检测，射线检测时间为焊后24小时。5.5中幅板铺设与焊接5.5.1中幅板铺设、组对1、在罐基础顶面画出垫板铺设线。2、铺好罐底板垫板，并设置伸缩缝，伸缩缝上下分别插入垫板。3、用吊车由中心板带向两侧铺设，先铺条形板，后铺带形板。4、边铺设、边调整对口间隙，将底板与垫板单侧点焊固定。图5.4.3边缘板外侧300mm对接焊缝焊接图5.4.2边缘板卡具安装图.......S.......5、铺设完毕后，对先焊的焊缝进行调整，调整好间隙后，用连接板进行固定。6、为防止焊接时引起钢板端部凸起，在T型焊缝处用方销将端部焊缝向上楔起6～8mm(见图5.5.1)。7、中幅板与边缘板连接处焊接前，中幅板宜搭接在边缘板上至少100mm，且中幅板边缘处于自由状态；待边缘板焊缝和中幅板焊缝焊完后，再切割中幅板的预留量，然后进行组对焊接。5.5.2中幅板的焊接1、中幅板采用CO2气体自动保护焊封底，碎焊丝填充、自动埋弧焊盖面，其焊接参数见表5.5.2。中幅板焊接参数表5.5.2焊接部位焊接层次焊接方法填充材料焊接电流（A）焊接电压（V）焊接速度（cm/min）中幅板打底GMAWER50-6Φ1.2245～27528～3430～50填充SAW碎丝H08A1.0×1.0盖面US-36Φ3.2540～58032～3625～402、CO2气体自动保护封底焊（见图5.5.2-1）采用分段退焊，焊高5mm。3、填充碎焊丝自动埋弧焊（见图5.5.2-2），在焊接通长缝时，应采取防变形措施（见图5.5.2-3）。图5.5.1中幅板反变形图图5.5.2-1CO2气体自动保护封底焊图5.5.2-2碎焊丝自动埋弧焊.......S.......4、中幅板焊接顺序见图5.5.2-4。5、中幅板T型焊缝三侧200mm根部采用CO2气体自动保护封底焊，焊后打磨进行渗透检测，采用手工电弧焊填充、盖面。6、距边缘板1m围焊缝暂留不焊接，在与边缘板组对合格后再焊接。5.6底圈壁板的组焊图5.5.2-4中幅板焊接顺序图图5.5.2-3中幅板通长焊缝反变形图.......S.......5.6.1画线按式5.3.1计算出的周长数据，计算出壁板安装线的放大数值，进行画线并安装挡板，如图5.6.1所示。5.6.2卡具安装壁板组立前，预先安装好各种组装固定卡具，如图5.6.2所示。5.6.3调节用吊车将壁板吊装就位，用方销调整并卡紧，安装立缝组对卡具及壁板控制垂直度卡具支撑（见图5.6.3）；调节立缝对口间隙、错边量、弧度、垂直度及上口水平度，使之符合图纸及标准规要求。5.6.4立缝焊接1、焊好立缝的固定龙门板及引弧板。图5.6.2壁板固定卡具安装图图5.6.3壁板控制垂直度卡具支撑图5.6.1底圈壁板安装图.......S.......图5.7.2壁板卡具安装图2、立缝焊接使用CO2气电立焊机焊接（见图5.6.4）；焊接时，焊机均匀分布；板厚大于24mm时，坡口采用X型，先焊外侧，然后清根，无损检测合格后再焊侧。板厚小于24mm时，坡口采用V型，在外侧焊接一次成型。5.7第二圈板至顶圈板的组对焊接5.7.1脚手架搭设在第一圈板壁上安装临时脚手架，程序为先挂好三角架后铺设跳板，三块跳板一组并用铁丝绑固，