大型浮顶油罐水浮正装工法.docx
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大型浮顶油罐水浮正装工法
大型浮顶油罐水浮正装工法
（获1992年度总公司级工法）
主编：
宋应龙等
1前言
随着石油化工的蓬勃发展，石油作为现代工业的血液，储备已成为一个重要内容。
世界各国竞相建造大型储备油罐，且规模越来越大。
我国在大型浮顶油罐的设计和制造业已形成系列和标准。
各施工单位在工程实践中创造了多种多样的组装工艺方法，其中水浮正装浮顶油罐就是其中一例。
该工艺以简单、安全、成本低而得到广泛应用。
我公司自1980年始至今，应用该工艺组装了三台30000米3和一台10000米3浮顶油罐，每次都在具体工艺方法、工序及施工管理上作了进一步改进和完善，使该工艺方法和管理日趋成熟，并取得了良好的技术经济效益和社会效益。
2工艺原理
水浮正装法安装浮顶罐，就是利用罐本体的结构特点，将外抗风圈用吊栏与浮顶连接起来，作为施工内外作业面。
利用供水系统向罐内冲水，水对浮顶产生浮力，将浮顶连同抗风圈一起浮起。
这样，施工人员可在抗风圈和浮顶上组焊壁板，由下至上，直至完成罐壁和浮体安装。
即由下列式子表述：
V浮·γ＞＞V排·γ＝W0+W1+W2
式中：
V浮——浮顶船仓总排水量；
V排—船舱实际排水量；
γ—水的比重；
W0—浮顶重量；
W1—吊栏及抗风圈重量；
W2—浮顶、吊栏承载的人员和机具重量；
R1——船舱内侧板到罐中心距离（船舱内侧半径）；
R2——船舱外侧板到罐中心距离（船舱外侧半径）；
α—船舱下表面坡度；
H—船舱实际吃水高度。
3特点
3.1工艺方法手段简单，所需施工机具少，措施用料少。
3.2施工作业安全无交叉。
3.3组焊工位条件好，有利于施工质量控制。
3.4施工进度快，成本低。
其次，这种工艺方法较水浮倒装法和搭设临时作业架正装法更为经济和安全。
4适用范围
4.1施工区域附近有丰富的水源，且使用价格低廉。
4.2有供排水的条件。
4.3施工环境温度须大于0℃。
5施工工艺
5.1施工程序
施工程序主要由底板组焊、浮顶组焊、壁板组焊、内部构件安装四步骤组成。
具体程序见图1。
图130000米3浮顶罐施工程序
5.2施工方法
5.2.1罐底板的铺设与焊接
5.2.1.1铺设底板时，按底板排版图预制编号，在中心板上划出中心线，使其与基础中心线重合。
然后按顺序向四周扩散铺设。
底板直径比设计直径放大1.6‰，以补偿焊接收缩量。
5.2.1.2底板边缘弓形板组对时，其对接缝应是外侧间隙与内侧间隙比为0.5左右。
5.2.1.3底板点焊固定与焊接，应在弓形边缘板焊接合格，第一、二带壁板及角焊缝组焊合格后，以壁板为刚体，点焊固定底板。
在正式焊接前，首先将底板的所有三重叠口（马蹄口）焊接100mm左右，再施焊中幅板。
中幅板焊接应先焊短缝后焊长焊缝。
方法是以中心为起始点，沿圆周方向扩散，隔缝分段退焊，底板中幅板焊完后，不可将边缘板搭接缝点焊铲开，应直接焊接边缘缝。
注意，在环境温度较高时，应避开高温作业，可在温度较低时焊接，并采用二遍成形。
5.2.1.4底板与壁板间的角缝焊接，应内外侧角缝同时交错同向对称分段退焊。
严格控制焊接电流。
根据不同板厚选择合适的焊接工艺，焊接层次。
角缝焊接应先将腰高喉高用较大直径电焊条焊起，再用小电流堆焊下面的加强焊，防止底板边缘部分变形，每层焊接应间隔时间，以使热量散失。
5.2.1.5底板焊接工艺参数
a焊接电流150A左右；
b焊接电压24v左右；
c焊接速度350mm/min。
5.2.2浮顶组焊
5.2.2.1船舱组焊采用在平台上分段组焊，每两个舱为一组，并将船舱半径比设计尺寸放大2‰，每组船舱内外侧板留出适当调节余量。
组焊成型后，防腐油漆试漏，最后吊入罐内，在搭设好的临时胎架上组焊成整体。
5.2.2.2临时网状胎架设置，根据基础坡度和浮顶各部分坡度要求及浮顶起浮初始高度，确定网架高度与坡度。
利用型材制安胎架，找出直线度达到组焊要求。
网架主支点及横梁应设置在距焊缝50mm处。
在胎架铺设单盘板同铺设底板一样程序，只是搬运方法有所不同。
5.2.2.3单盘板焊接是以船舱作刚体，先将单盘板找平点焊固定，再与船舱连接焊。
焊接单盘板与中幅板前先将下表面焊缝间断焊固定，再施焊上表面。
其它焊接工艺程序同底板。
5.2.2.4浮顶上所有开孔部位在开孔前，应先将其下表面附近的焊缝连续焊300mm以上。
5.2.2.5船舱单盘板与连接角钢的焊接。
连接角钢大多是火煨而成表面着碳较多。
在焊接前，用气焊加热除碳，最后人工处理一遍，然后再正式焊接，这样可以防止焊接裂纹。
焊接程序遵照HGJ210-83规范执行。
5.2.3罐壁组焊
5.2.3.1应注意第一、二代壁板组对焊接质量，它对后续板组对质量有很大影响，而且也受底板的热胀冷缩影响。
因此，组焊壁板应选择在气温较低的时候进行。
5.2.3.2采取适当措施，处理罐基础对壁板安装的影响。
这个影响使罐边缘基础表面的沥青砂浆受温度影响软化，对壁板垂直度的影响。
5.2.3.3壁板立缝焊接，先焊中间段，其次下段，最后焊上段。
在焊下段时，应在下端留出一定长度，待整个焊缝焊完后再焊。
5.2.3.4壁板组对调整。
利用浮顶做作业面组对壁板时，应先将浮顶临时固定在下端已组焊成型的壁板上，利用浮顶作支撑点，对称调整壁板。
5.2.3.5利用加强圈、包边角钢圈调整罐壁椭圆度。
利用加强圈、包边角钢圈刚性大于壁板钢形，强制调整椭圆度。
5.2.4内部构件安装
5.2.4.1安装弹性密封装置时，先将橡胶袋外表面涂一层润滑物，再包上聚氨酯，用螺栓临时固定，进行圆周对称安装。
5.2.4.2中央排水管安装时，先将直角旋转弯头与管子连接，注满水，做
90°内的任意旋转，检查是否灵活、漏水，再安装就位。
5.3主要工艺装置
5.3.1供排水装置由2台水泵、底阀、止回阀、闸法、管道、压力表组成。
作用是向罐内输送水，浮起组焊成型的浮顶及吊栏，做为施工作业面；或是将罐内水排放，以便沉降浮顶。
5.3.1.1根据水泵的性能、参数，选择泵的安装位置，并对各性能参数进行校核。
由式-1
确定泵的安装高度。
由式-2
H实=H×1.2
校核扬程
Z1——泵入口侧液面至泵轴线高度；
Z2——泵出口侧最高液面至泵轴线高度；
P2、P1—出入口侧液面压力；
—水重度；
l2、l1——出入口侧直管长度；
d2、d1——出入口侧管直径；
ξ2、ξ1——出入口侧管件、阀门阻力系数；
λ2、λ1——出入口侧直管摩擦系数；
V2、V1——出入口介质流速；
H—理论扬程；
H实——实际扬程；
Hs—泵铭牌允许吸上真空高度；
Hs′—当地操作条件下的允许吸上真空高度；
P1—当地大气压；
P2——操作温度下的水的饱和蒸汽压；
由式-3
确定流量。
Q—流量；
η—效率系数。
5.3.1.2充水时间（以最宽一带板容积计算）
得出T满足施工需要。
5.3.1.3放水时间（以自然排放罐公称容积水量计算，不计管道阻力）
当H=罐公称容积高度时，t=0，得出C值；
当H=0时，求得t。
R—罐半径；r—管道半径；g—重力加速度。
当自然排放水所需时间满足施工需要，则用泵抽水可不计算。
5.3.2吊栏装置由抗风圈和“F”型结构及加固件组成。
吊栏计算由下列式子表达：
确定主吊栏直径
由F1L1=F2L2
确定平衡拉杆直径
由F3=F1+F2
确定支柱截面积
由F1L1=M，
确定截面尺寸。
W1—抗风圈重量；W2—副吊杆及加固件重量；
W3—所载机具人员重量；
l1、l2—吊杆与平衡拉杆到支点的距离；
F1—主吊杆受拉力；F2—平衡杆受拉力；
K—系数取2；ρ—支柱惯性半径；
μ—长度修正系数；φ—折减系数；
A—支柱截面积；M—横梁所受弯矩；
F3—支柱所受压力；
σ1、σ3—横梁弯矩应力，支柱压应力。
5.3.3导向装置
浮顶在浮升过程中，由于浮顶负载不均匀有积水流动影响，而处于漂移状态。
为使浮顶浮升稳定，利用导向管和量油管的对称性，作导向装置。
5.4使用机具（见表1）
5.5注意事项
5.5.1船舱成型胎架，一定要保证同一圆周线的平面度。
5.5.2船舱与单盘板的焊接应严格按照程序进行。
5.5.3船舱作气密性试验时，要严格控制试验压力，防止变形。
5.5.4充水前，应全面检查浮顶吊栏与其它部件有无刚性连接及吊栏的安全质量。
作好起升准备工作。
表1现场安装机具一览表（以30000米3浮顶罐为例）
序号
名称
规格型号
单位
数量
备注
1
离心式水泵
8SH-9H=62.5mQ=288m3/hr
台
2
（备用1台）
2
电焊机
14kw
台
12
3
电焊机
26kw
台
6
4
履带式吊车
15吨
台
1
5
电烘箱
V=0.3m恒温200～300℃
台
1
6
空压机
6m3/min
台
1
7
真空泵
XD-25
台
2
8
手链葫芦
3吨
台
4
9
真空箱
套
2
10
X光机
XX-2505
台
1
11
超探仪
CTS-22
台
1
12
千斤顶
30吨
台
2
13
千斤顶
10吨
台
4
14
U型压力计
0.008MPa
套
1
15
真空表
－0.1MPa
块
4
16
气刨工具
φ100
套
2
17
手把磨光机
φ180
台
18
18
手把磨光机
台
8
19
气焊工具
套
3
20
手链葫芦
5吨
台
2
21
保温筒
个
18
5.5.5充水时，应注意浮顶上表面必须距已成形壁板上环缝500mm左右，
防止冒顶。
充水过程中，应设专人值班，随时检查有无蹩卡现象。
同时观测基础沉降情况。
若发现基础沉降超标，或罐体浮顶渗水及其它异常情况，应立即停止进水。
5.5.6量油管、导向管的安装垂直度应保证在1‰之内。
5.5.7浮顶升降实验时，应注意密封装置是否合适，刮蜡机构是否合适，检查浮动梯转动行走是否灵活，中央排水管是否漏水。
5.5.8整个安装过程应随时检查罐体几何尺寸和形状，并及时修整，防止出现累积误差。
6劳动组织
6.1劳动组织（见表2）
6.2劳动管理
表2劳动组织一览表（以3000米3浮顶罐为例）
序号
工种
人数
作业工日
备注
1
铆工
14
1880
（包括普工工日）
2
电焊工
13
2770
（包括普工工日）
3
气焊工
3
410
（包括普工工日）
4
起重工
6
920
（包括普工工日）
5
钳工
2
314
（包括普工工日）
6
吊车司机
2
104
（包括闲置工日）
7
探伤工
2
72
8
后勤人员
3
9
管理人员
2
合计
52
6461
实际作业天数157天
6.2.1全员劳动定额考核管理。
6.2.2效益奖金与每道工序管理挂钩。
6.2.3除焊接、气刨、起重、维护外，全部打破工种界限，统一安排作业。
6.2.4合理安排交叉作业按照工序需要，安排作息时间。
6.2.5平等竞争，奖罚兑现。
7质量标准和质量控制
7.1质量标准
7.1.1储罐组装焊接遵照HGJ210-83规范执行。
7.1.2焊接评片遵照GB3323-87标准执行。
7.1.3其它按照设计要求及规定标准执行。
注：
上述标准均应遵照最新版本。
7.2质量控制
7.2.1建立以技术负责人为首，由各级管理人员、施工人员参加的质量保证体系。
严格执行工艺程序上的三检与停点检查的全过程质量检查制度。
7.2.2建立以工序管理为基础的质量管理循环，严格执行工艺纪律，强化工序过程和工序间的交接检查，做到上道工序对下道工序负责。
7.2.3主要工序和停点的质量检查纳入网络计划中实施。
7.2.4质量控制取得较好效果，储罐整体质量达到规范要求。
其中许多指标，远优于规范控制指标。
8技术经济效果和社会效益
8.1技术经济效果（见表3、表4）
表3施工措施用料（以30000米3浮顶罐为例，主要材料一次投入量）
序号
名称
规格
单位
数量
备注
1
钢板
δ＝20
kg/m
1774.1/11.3
加固板、卡具用
2
角钢
∠75×75×6
kg/m
2748.19／398
卡具支撑胎架用
3
角钢
∠50×50×6
kg/m
5161.5／1156
胎架用
4
槽钢
［18a
kg/m
544.6/27
吊栏用
5
工字钢
工16a
kg/m
1518.3/63
吊栏用
6
无缝管
φ273×7
kg/m
4683.84／102
输水管用
7
无缝管
φ159×4.5
kg/m
926.1／54
吊栏用
8
煤气管
1″
kg/m
396／163
安全护栏用
9
软胶管
φ8
m
10
试验用
10
圆钢
φ30
kg/m
330／60
卡具用
11
圆钢
φ27
kg/m
吊栏用
12
圆钢
φ18
kg/m
安全护栏用
合计一次投入量19138.7kg
8.2社会效益
由于能够在前期准备工作拖延，施工周期短的情况下，提前完成施工，大大缓解了建设单位因储备不足带来的压力，给建设单位带来了可观的经济效益，同时也给我公司赢得了信誉，职工得到实惠，调动了劳动热情，增加了责任感。
表4施工费用比较一览表（以30000米3浮顶罐为例）
机械费（元）
材料费（不含主材费）kg·元
人工费（元）
合计
名称
台班
单价
费用
名称
数量
单价
费用
工日
单价
费用
电焊机26kw
260
25.17
6544
措施用料（钢材）
19138.78kg
1.37
2672
6461
16152
电焊机14kw
700
17.28
12096
电焊条
11800kg
1.71
20178
履带吊车
52
90
4680
炭精棒
750根
0.20／根
150
真空泵
6
13.69
82
砂轮片φ100
350片
3.20/片
1120
空压机
21
53.10
1115
砂轮片φ180
500片
5.78/片
2890
离心式水泵
297
57.21
17048
电石
5200kg
0.67/kg
3484
X光机
11
21.88
240
氧气
2400m3
1.22m3
2928
超探仪
12
10.58
126
其它
512吨
2.0／吨
1024
电烘箱
93
6.54
608
小计
42539
小计
34396
定额费用
68237
42864
节约费
25698
8468
节约率％
37.66
19.75
16152
93087
20625
4473
38639
21.68
29.33
工程实例
工程实例是兰州化学工业公司原油罐区二期扩建30000米3浮顶油罐。
直径46米，罐高19.350米，总重512吨。
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