重型设备吊装充气顶升法.docx

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重型设备吊装充气顶升法

重型设备吊装（吊装立式贮罐类设备）

充气顶升倒装法       充气顶升倒装法已广泛用于大、中型拱顶贮罐的吊装，并在许多施工单位长期、打来能够的顶升实践中得以改进和完善。

至今，已达工艺成熟、方法多样、安全可靠、经济合理的至臻程度。

（一） 充气顶升原理       利用封顶罐在采取密封措施以后，可形成密闭空间的结构特点，用鼓风设备向此密闭空间强制送入大风量低压里的空气，在空气总浮升力大于罐体重量和动与不动壁板间的摩擦阻力后，罐体必然会顶升而上浮，至要求的高度。

其实，充气顶升法的工作原理，酷似多塔气柜的工作过程。

（二） 方法特点1） 无高处作业、安全可靠，工作效率高；2） 工艺成熟、方法简单、操作方便；3） 不要大型吊装机具；4） 措施材料耗量小，均需一般材质和常用规格，易于得到；5） 施工进度快、质量好、经济合理；6） 需用装置较多；7） 若遇停电与发生安全事故。

（三） 充气顶升法的主要装置及其选用       充气顶升法的主要装置有鼓风装置、密封装置、稳升装置、限位装置、收紧装置、定型装置、固定装置、通讯和照明装置等组成，如下图所示。

1. 鼓风装置       鼓风装置由风机、风管（风道）、软接管、风量调节插板、人孔等组成。

风道口开在罐底板处。

风机的风压、风量计算机器选择如下：

（1） 风压在理论上风压应按下式计算：

                   P=（W+q+F）/A       式中P——风压，kPa;                W——顶升的罐体重量，kN;                 q——需随罐浮升装置的重量，kN;                 A——顶升面积，去罐的铅垂投影面积，m2, 

                D——罐内径，m;                 F——动与不动壁板间的摩擦阻力，kN;       因动与不动壁板间的磨擦阻力F与外层壁板的收紧程度、罐体壁板的椭圆度和粗糙程度的等因素有关、难于准确计算。

因此，常按以下经验公式计算风压：

（2） 风量       理论上应按下式计算均有效风量：

       式中Q——平均有效风量，m3/h;               Pa——顶升前风压，kPa;                Pd——顶升后风压，kPa；                Va——顶升前罐体容积，m3;                Vb——顶升后罐体容积，m3;                 T——每带壁板顶升时间，一般在T=10～40min之间选取。

实际上，因密封装置较简易、外带壁板留有活口等原因，致使风量漏损很严重。

一般，风力量安全系数K=4～5，即风机最大风量应为理论计算风量的4～5倍。

                 Qmax=KQ       式中      Qmax——风机最大风量，m3/h;                    K——风量安全系数，K=4～5;                    Q——平均有效风量，m3/h。

        在具体选择风机是，可根据具体情况用一台或几台风机作为充气顶升用，若用一台风机风量不足，则可用相同风压的两台风机并联送风。

此举措在大型贮罐顶升中尤有其优越性，可缩短最后几带壁板的顶升时间。

2. 密封装置及其安装        如上图所示，用厚度2～3mm薄橡胶板为密封材料。

壁板与底板间的角形环缝，用宽度300～400mm的橡胶板沿环缝围贴。

其多块橡胶板的接头塔接长度为400mm左右。

并用扁钢等材料将橡胶板水平压在底板上。

上、下壁板间的环缝用350～450mm宽的橡胶板密封，可用扁钢和卡具将其卡的胀圈上，为确保橡胶板能跟随胀圈一起向上滑动，其卡具间距在400～450mm为宜。

另外，壁板活口亦用橡胶板密封。

在顶升过程中，如有局部漏风处也可用密封填料、破布或黄泥等封堵，和还可用塑料布沾水贴紧盖住。

3. 稳升装置的类型及设置       稳升装置亦称平衡装置，其作用是保证悬浮上升的罐体自始至终保持平衡和稳定，不致发生倾斜，甚至倾覆。

       稳升装置有自动平衡和手工平衡两类多种。

自动平衡类有滚轮导轨式、立柱滑轮式和同步牵引式；手工平衡类有罐内挂若干个手拉葫芦和罐外挂若干个手拉葫芦等方法。

（1） 立柱滑轮式自动平衡装置       此种平衡装置是根据绘图平衡尺的原理设计的，在罐体浮升中，可以自动保持罐体平衡。

如下图所示。

它由立柱、滑轮组、平衡用钢丝绳以及索具螺旋扣组成。

每组平衡立柱对称罐底中心焊在罐底板上。

第一根平衡绳始端固定于A点，并沿B、C、D、E顺序穿绕于各滑轮间，终端固定于F点；第二根平衡绳始端固定于a点，并沿a、b、c、d、e顺序穿绕于各滑轮间，终端固定于f点。

在安装平衡装置时要使各组平衡绳的松紧度基本上一致，并使A、B、a、b和E、F、e、f4点分别在一条铅垂线上。

        自动平衡装置的组数应根据罐直径大小确定。

一般按以下经验公式计算求得：

       式中D——贮罐直径，m；                 8——间隔距离，m;        平衡钢丝绳的直径按下式计算出其受力后，再从钢丝绳的性能表中选取：

        式中f——平衡钢丝绳受力，kN；                K1——上、下带板间摩擦系数，可取K1=1.25～1.4;                K2——安全系数，K2=5；                 P——计算最大封压，kPa；                A——浮升层罐的截面积，m2;             W——最大顶升层重量，kN；              n——平衡钢丝绳组数；                η——导向轮系数机械效率，可取η=0.8～0.85。

（2）轨式稳升（平衡）装置       导轨式稳升装置由某化学建设公司研制成功后，已成功地用于容积3万m3浮顶贮罐的施工中。

如下图c所示，导轨式稳升装置有立柱和上、下到轮组成。

立柱垂直焊在罐内底板上，上导轮装于立柱上端，下导轮装载胀圈上。

在罐体向上浮升时，上导轮一罐内壁为导轨；下导轮则以立柱为导轨，并随顶升而上移，从而起平衡和稳升作用。

此种稳升装置较之钢丝绳类柔性稳升装置有较大的刚性，在控制罐体椭圆度上有其优越性。

       立柱的组数应试贮罐直径大小而定，一般为偶数，在罐的直径上对称布置，最少不应少于4组（8根立柱）。

（3）手拉葫芦平衡法        此方法是在罐内或罐外设置多个手拉葫芦，随着罐体浮升，各手拉葫芦同步放松，如上图a所示为罐内设手拉葫芦平衡法，上图b为罐外设手拉葫芦平衡法。

为保证罐体能平稳、均匀上升，应根据在浮升壁板外面划出的格线，随时调节罐的平衡，保持罐体垂直上升，不发生倾斜。

此种平衡法的手拉葫芦兼起浮升限位作用。

        手拉葫芦的数量应根据罐的直径大小而定，一般在4、6、8、12等偶数中选取。

在大型贮罐顶升时也可按以下经验公式计算所需手拉葫芦的数量。

所需最大[平衡力：

                 N=PF（kN）       式中N——所需最大平衡力，kN；                P——超压压力，MPa;取P=1.2Pmax（Pmax——顶升中的最大供作压力）；                 F——罐顶铅垂投影面积，m2;        根据平衡力，选择手拉葫芦的数量和额定起重量。

              n= N/No       式中N——所需最大平衡力，kN;               No——每个手拉葫芦的额定起重量，kN;                  n——手拉葫芦的数量，个。

4.限位装置        限位装置用于控制顶升行程，使罐体在顶升到限定位置时，能停止在预定的高度，防止罐体倾斜或“冒顶”。

常用在罐壁上等距离设置若干个限位拉杆的方向达到限位的目的。

如下图所示，限位尺寸L应通过计算求得，并需精确地调节度量，减少误差。

限位尺寸L可用下式计算：

               L=H—a+b+2t        式中L——限位尺寸，mm;                 H——下层壁板高度，mm;                 a——上、下两层壁板的塔接长度，mm;如为对接，a=0;                 b——两限位挡架之间的距离，mm;                   t——限位挡架的厚度，mm。

        限位拉杆的根数可根据贮藏容积的大小，在8、12、16、20根中选定，一般两端的螺纹直径在M16～M30之间。

        选定拉杆根叔和之间之后，应以下列方法验算其强度值：

        式中σ——拉杆内的拉应力,N/md;                 N——所需最大起升力,N;                 n——限位拉杆根数;                  f——每根限位拉杆截面积,mm2;                [σ]——限位拉杆材质的容许应力,N/mm2。

5.收紧装置        因充气顶升法工艺要求,在己装壁板外侧围装下带壁板。

其直径必然会略大。

同时下带壁板围成的板带也需成为密闭空间。

因此需视罐直径大小,留下2~4条立缝不焊,并适当搭接,作为"活口"。

在充气顶升前需用收紧装置把活口两边的壁板适度拉紧。

一般用手拉葫芦（每个活口处用2~3只）作收紧装置。

因在顶升时罐内有压力,加之罐体的倾斜,使活口处受力较大,选用手拉葫芦时需进行核算。

当留有两个活口时:

                2N=2RHP       式中N——活口处受力,KN;                 R——罐半径,m;                 H——罐带板高度,m;                 P——罐内最大风压,kPa。

        如每个活口有两只手拉葫芦,则每个手拉葫芦的受力为1/2N,可根据其大小选择手拉葫芦的额定起重量。

 6.定型装置         为增加板带的环向强度,防止变形。

需用槽钢、工字钢械制成环状胀圈,装于板带下 部。

为便于装卸,通常将胀圈分成多段,在安装时用千斤顶撑紧。

 7.固定装置         为防止在浮升时,因摩擦力较大,而将外围板带也带起,一般需在外围板下部边缘处布多组固定装置。

 8.排风装置         常用的排风装置有重锤式和滑轮式两种,装设排风装置的目的是:

（1）快速排除罐内有压空气,以提高工作效率;

（2）在紧急情况下用其控制风压;（3）为罐内施工人员通风、透光。

 9.照明装置         照明电源引人罐内,应在罐底板铺设前预埋穿线套管。

并用安全电压灯具照明。

10.通讯装置        因充气顶升法需要的压强很低,一般只有数百毫米水柱的大小。

在顶升时罐内必须有施工人员工作,因此,罐内外间应有通讯设备联系。

可用声、光信号,和对讲机等作为通讯工具。

11.测压装置        以装水的U形压力计为测压装置。

（四）壁板对接焊贮罐的充气顶升倒装法        内浮顶罐和有的拱顶罐设计成壁板以对接焊方式连接。

这给充气顶升倒装法施工增加了一定的难度。

为解决这一问题,我国有些安装企业通过大量的实践,试用了一些方法,如内模法、胀圈下移法、销板定位法和胀模法等。

1.内模法（下图α）        内模法的工作要点是:

（1）在底板上设一带内模,其外径小于罐内径10~20mm,高度较壁板带大200mm左右,厚度8~12mm,内模段焊在底板上;

（2）在内模外距底板高划11m左右处焊若干个支腿,在其上组装最上一带壁板和罐顶;也可正装两带壁板再焊罐顶;（3）充气顶升至适当高度割掉支腿;（4）围装第二带壁板;（5）顶升到位,以内模为胎进行两带壁板的对接。

此方法有顶升平稳安全、施工快捷、密封装置只需安装一次、若内模有足够的厚度可不再设胀圈等优点,但内模材料耗量大、拆除又较困难为其美中不足。

2.胀圈下移法（下图b）        胀圈下移法的工作要点是:

（1）在底板上组装最上一带壁板和顶板;

（2）在第一带壁板外围装第二带壁板;（3）以相邻约2m的间隔焊钩挂胀圈的挂板;（4）充气顶升,胀圈靠自重下落,达其高度的一半后,停挂在挂板上;（5）迅速顶紧胀圈,并安装上下密封装置;（6）充气顶升到位,收紧围板,上下壁板均以胀圈为靠模进行对接。

此方法的上下密封装置需多次安装,挂板和胀圈亦需多次拆装,此方法用料较少、施工安全较好。

3.销板定位法（上图c）       销板定位法的工作要点是:

（1）在底板上组装最上一带壁板和罐顶;

（2）在第一带壁板外围装第二带壁板;（3）在内层壁板距底边高150mm左右处焊一圈带槽的圆弧板措距1m左右;（4）充气顶升后,在圆弧板槽口内装上带耳销板,并打人模铁固定;（5）顶升到位后,收紧围板,上下壁板均以销板为挡块施行对接。

此方法的上下密封装置需多次安装,圆弧板可用边角料制作,且其量比胀圈少,销板和模铁可重复使用,此方法用料少、操作简便、经济合理、施工安全。

4.胀模法        胀模法是内模法的改进型,以最下一带壁板为内模。

其目的是节省措施用料。

        胀模法的工作要点是:

（1）在底板上装最下一带壁板,若高度不够,其上沿加一圈;

（2）在壁板外,距底板500mm左右高度处焊若干个支腿,在其上组装最上一带壁板和罐顶,也可正装两带壁板再焊罐顶;（3）安装上下密封;（4）充气顶升至适当高度割去支腿;（5）围装下一带壁板;（6）顶升到位,以最下一带壁板为内模进行对接;（7）当下面第二带顶升到位后,在最下一带壁板外焊若干个支撑,打开活口,借助罐内风压和底部千斤顶或模铁将第一带壁板直径顶大,进行最后一个环缝的对接。

（五）以内浮盘为底的充气倒装法       如下图所示,当罐体安装达到充气程度以后,将浮盘固定在高度2m左右处,浮盘与罐壁间用橡胶板密封,接风道于浮盘人孔处,这样浮盘与罐顶间就形成了密封空间,达到了充气顶升的条件。

此方法罐壁的对口作业在浮盘以下进行。

以内浮盘为底充气倒装法的工作要点是:

（1）铺设罐底板;

（2）在底板上搭设高度1m左右的支架,在其上组装浮盘;（3）组装最上一带壁板和罐顶;（4）在第一带壁板外再围上第二带壁板;（5）充气顶升至第二带板上口约100mm处,在上带壁板上沿圆周焊多个支撑,使上罐体支撑在围板上;（6）用多个手拉葫芦上挂罐顶,下吊浮盘,将浮盘提升至2m以上的高度,接高支架并固定;（7）安装浮盘外缘和罐壁间的密封装置;（8）充气顶升倒装,到位后收紧围板,用内、外两侧限位板完成壁板对接。

继之,逐带壁板倒装至全部壁板安装完毕。

       此方法有易保证内浮顶组装质量、减少密封装置装拆次数、改善施焊环境、提高施工效率和能达到安全施工等优点。

其不足是内浮盘支架等措施用料较多。

（六）充气顶升法施工易出现的问题及其对策1.罐体浮升不起       虽然风机向罐体内鼓入最大的风量,但罐体仍然浮升不起来,出现此问题的原因及解决方法是:

（1）选用的风机不够大。

此现象易出现在顶升后期,原因是罐体质量增大后,风机的风量和风压显得不足。

如前述,所需风量应为风机最大风量的5倍左右,而所需风压至少为计算风压的1.25倍以上。

此问题可用更换大些的风机解决。

若风压够,仅风量不足,也可采用在原风机旁再并联第二台风机的方法进行解决;

（2）密封不良,风泄漏得过多。

需检查各密封部位:

看密封橡胶板铺设是否平整贴实;罐底板留为伸缩用的未焊焊缝,缝隙应尽量小,必要时用塑料薄膜沾水封贴;底板四周与基础之间的接缝处、风道人口处均应用沥青和水泥砂浆封堵等。

（3）收紧装置收得过紧。

从而使动与不动壁板间缝隙过小,摩擦力过大。

对此问题,应先检查焊缝,若过分凸出,应用砂轮磨平。

在操作上,刚浮升时收紧装置可松些,随着浮升再适度收紧。

（4）有杂物卡滞。

在动与不动壁板间嵌有焊条、木板、铁件、破布、小工具和小石子等,也会影响罐体的正常浮升。

因此,施工时要防止以上杂物进入,若已般人,则设法取出。

2罐体突然坠落       罐体在浮升中突然发生坠落的原因可能是:

（1）大面积密封橡胶板脱落。

从而大量漏风,致使罐体急速下落。

这可造成罐体变形,严重时会损坏罐体。

要精心安装密封橡胶板,特别是底板和下壁板间的环缝,所用橡胶板必须用重物压挡住。

上下两带壁板间的密封橡股板因要随罐的浮升而向上滑动,就更应仔细安装,牢固地装卡在胀圈上。

（2）壁板"活口"处收紧装置脱落。

活口被吹开,造成大量漏风。

应注意将手拉葫芦钩挂的连接板焊牢,选用足够大的手拉葫芦。

3.罐体不垂直        罐体在浮升中倾斜,不呈铅垂状态。

可能是由于以下原因引起:

（1）各限位装置的限位尺寸没调成一致。

在罐体限位尺寸偏小处,则罐体偏低,反之,大处则偏高,从而造成罐体倾斜。

此问题可通过把全部限位装置的限位尺寸调成一致的方法加以解决;

（2）限位尺寸变化。

可能因振动等原因,在罐体浮升中限位尺寸产生了变化。

限位拉杆必须有锁紧螺母,并应拧紧;（3）进风量操作不当。

当顶升接近结束时,应用风机插板阀控制进风量达到适当的程度。

若风量仍很大,会把个别限位装置顶坏,造成罐体倾斜。

若风量偏小,浮升力不足以平衡罐体的重量,在点焊的过程中,会出现先点焊处罐体高,后点焊处罐体低,从而造成罐体偏斜。

4.罐体浮升不平衡        可能由以下原因引起:

（1）自动平衡装置功能差,达不到自动平衡的目的;

（2）若用多个手拉葫芦作平衡装置,会因其放松动作不同步而造成罐体浮升不平衡;（3）沿罐体圆周两层壁板间摩擦不均。

摩擦力大的部位罐体浮升会慢,致使罐体浮升不平衡。

应尽量减少壁板的椭圆度,使两层壁板间缝隙均匀。

磨平罐体上凸出的焊肉和工具性焊件的焊肉,避免局部产生过大的摩擦阻力;（4）漏风不均。

在局部漏风大的部位,罐体浮升会慢些,致使罐体不平衡。

应认真安装密封装置,使其工作可靠,并在浮升过程中随时检查其密封功能,排除发生的故障;（5）重物分布不均。

主要是罐顶四周的重物（如吊装工具、爬梯、施工人员等）,不对称分布会引起罐体浮升不平衡。

应尽量做到重物对称布置,如难于做到,也可用增加配置的方法来达到平衡。

5.罐体在浮升过程中倾翻        罐体倾翻,亦称冒顶,是已浮升的罐体发生倾翻呈倾斜状卡滞在下层壁板之间,如下图所示。

冒顶是充气顶升法的恶性事故,会造成罐体的严重损坏,并且修复困难,还必然造成重大经济损失,因此应避免这种事故的发生。

产生冒顶的主要原因有:

（1）限位装置强度不够,多个被拉坏。

一种原因是限位拉杆直径过小,根数不够而被拉断;另一原因是限位出架不够大或没同罐壁焊牢而被拉脱。

为防止此种情况产生,在选用限位装置的数量、限位拉杆的直径时,均应通过强度核算后决定。

且挡架要有足够大,还需将其牢固地焊在壁板上;

（2）限位尺寸设置过大,失去限位作用。

因限位尺寸计算不准,或计算虽然准确,但安装误差过大，致使限位尺寸大于下一层壁板的高度而失去限位作用。

应强调限位尺寸必须通过计算求得，并精确安装在二带罐壁之间；（3）进风阀开的过大，使浮升速度过快。

因浮升过快，使限位装置承受冲击而损坏。

避免的方法是控制进风量，使浮升速度在120～180mm/min之间为宜。

当罐体将接近预定的浮升位置时，应逐渐减少进风量，把浮升速度降至5～6mm/min，使限位装置平缓受力。

（4）突然停电、风机故障或因意外原因关闭风阀。

当罐体已浮升到位，正进行上、下带壁板点焊作业时，如发生停电、风机停转、阀门关闭等事故之一，均可导致罐体倾翻事故。

避免发生此种事故的最有效办法是在胀圈和底板之间加若干个保护柱，下图为某3000m3油罐的保护装置，起安全保险作用。

此外，施工电源应稳定可靠，并设专人监护，防止意外发生；（5）点焊强度不够。

点焊作业结束后，如其强度不够，或在停风后因罐自重撕裂焊缝，造成罐体倾斜，严重时也会产生冒顶事故。

可适当加长点焊长度和缩短点焊间距，必要?

?

在增加若干段段焊即可安全无虑。

        由以上叙述可见，用气顶法有较多的因素会危及施工安全，特别是有的突发性因素，其危险性就更大。

在充气顶升中，贮罐倾翻事故不乏其例。

因此，必须精心施工，加强安全防X措施，防患与未然。

（七）干式气柜充气顶升倒装法        干式气柜一般采用充气顶升倒装法施工，但是，它同普通拱顶贮藏所采用气顶法又有所差异，这时因为干式气柜内有浮升活塞可以利用，加之其罐壁的结构亦不同。

其充气顶升法的施工方法和步骤（下图）如下：

（1） 铺设罐底，立第一段立柱（上图a）；

（2） 安装底层侧板、活塞和密封装置（上图b）；（3） 安装顶盖和换气设备（上图c），以上吊装用吊车进行；（4） 用支承钢架把顶盖支撑在活塞上，并在顶盖上安装若干个回转小调车（上图d）；（5） 用风机向活塞下面送入空气，则活塞和顶盖沿侧板上升，至一定高度后将活塞和顶盖固定在立柱上；（6） 用柜顶小吊车安装侧板等。

这样一层一层的向上组装并顶升至安装完毕；（7） 最后将顶盖固定在立柱上，拆下支承钢架，放下活塞；（8） 重新调好密封装置，用工作气压进行活塞的升降试验。