罐类设备整体安装技术

大型罐类设备整体安装技术简介一、储罐建设的现状与发展二、金属储罐的分类与构造三、储罐的施工工艺四、工程应用与效益一、储罐建设的现状与发展•20世纪80年代，我国石油工业迅猛发展，储罐建设随之发生了巨大的变化。随着改革开放政策的实施，我国石油进出口量增大，再加上海上石油的开采，使石油储罐建设从产地到内地再到沿海得到迅速发展。其次，储罐的容积也不断向大型化发展。•自1985年从日本引进100000m3浮顶罐的设计和施工技术并在秦皇岛建造之后，陆续又引进建造了数十台100000m3浮顶油罐，并且开始研制大型储罐用国产钢材。•国际上金属储罐向大型化发展的趋势已成定局，1962年美国首先建成了10万m3浮顶罐；1967年在委内瑞拉建成了15万m3浮顶罐；1971年在日本建成了16万m3浮顶罐，其直径达109m，高度17.8m；在沙特阿拉伯建成的20万m3巨型储罐，其直径达110m，高度22.5m。我国于1985年从日本引进10万m3浮顶罐的设计和施工技术，首先在秦皇岛建造了10万m3单盘浮顶储罐。•大型储罐的经济性已经成为人们日益重视的课题，根据有关资料分析：储罐容积越大，单位容积的钢材耗用量指标越低，建罐投资相应节省，同时罐区总占地面积也越小，但最为经济的是125000m3浮顶罐，150000m3和100000m3次之。•根据我国石油及化工企业的发展状况，今后储罐的发展方向是大容积、国产化、自动焊(包括与国产钢材、进口钢材焊丝匹配以及焊接设备)国产化等。二、金属储罐的分类与构造1、储油罐的分类：•按所处位置分：分为地上油罐、半地上油罐和地下油罐三种。•按罐内所装油品分：分为原油罐、燃料油罐和润滑油罐三种。•按油罐用途分：分为生产油罐和存储油罐两大类。•金属油罐分类：分为卧式油罐和立式油罐。•立式油罐绝大多数为圆筒形，主要由罐底、罐体（壁）、罐顶三大部分构成。•立式油罐按罐顶的结构又分：无力矩顶油罐、拱顶油罐、锥顶油罐、浮顶油罐、内浮顶油罐等五种。其中以拱顶油罐和浮顶油罐应用最为广泛。2、储油罐的构造：•拱顶油罐的构造拱顶油罐是指罐顶为球冠状，罐体为圆柱形的一种容器，其罐顶由厚度4mm～6mm的压制薄钢板和加强筋（通常为扁钢或型钢）构成。拱顶荷载通过拱顶周边传递于罐壁上，这种罐顶可承受较高的剩余压力，有利于减少罐内液体介质的挥发损耗。拱顶罐除罐顶板的制作较复杂外，其他部位的制作较易，造价较低，故在国内外应用较为广泛。目前国内拱顶罐的最大容积已达30000m3，最常用的容积为10000m3或再小些。•浮顶油罐的构造浮顶油罐由浮在罐内液体介质表面上的浮顶和立式圆筒形罐壁所构成。浮顶直接浮在液面上，罐内储油量增加时浮顶上升，减少时浮顶下降。在浮顶外缘与罐内壁的环形空间加设随浮顶一起升降的密封装置。由于这种罐内油品液面始终被浮顶直接覆盖，从而有效减少了油品的挥发损耗。浮顶油罐的种类有单盘式、双盘式和浮子式等。•内浮顶油罐的构造内浮顶罐是由拱顶罐内部增设浮顶而成。罐内增设浮顶可减少油品的挥发损耗，外部的拱顶又可防止雨水、积雪及灰尘等污物从浮顶与罐壁之间的环形空隙处进入罐内，保持罐内油品的清洁。这种储罐主要用于储存轻质油，例如汽油、航空煤油等。对内浮顶罐的罐壁板要求与浮顶罐相同，对其拱顶的要求与拱顶罐相同。内浮顶目前在国内有两种结构：一是与浮顶罐相同的钢制浮顶，多为平顶，有的中间部分亦为拱顶，周围为船舱；二是铝合金材质的、由多块拼装而成的盘装。三、储罐的施工工艺•正装法：以罐底为基准平面，将罐壁板由底圈开始单块组装，逐节向上直到拱顶。•倒装法：以罐底为基准平面，先安装顶圈壁板和罐顶，然后将罐顶和已装壁板共同吊起(或顶起)，为组装下圈壁板留出施工的位置，待组装下圈壁板后，再将罐顶和与其相联的壁板向上升起，依此直到底圈壁板安装完毕。1、固定顶储罐的施工工艺•中心柱倒装法•空气顶升倒装法•液压顶升倒装法•其他倒装法•中心柱倒装法•中心柱倒装法的施工工艺：安装罐底板——立中心柱——安装最顶层壁板及包边角钢——安装罐顶板——安装第二层(自上往下)壁板——提升顶板焊接第二层壁板——安装第三层壁板……直至全部壁板安装完毕——安装配件及附件•中心柱吊装法结构图：中心柱的柱头与伞架通过滑轮组相互联结，并籍以起吊油罐。中心柱—般采用两套主吊滑车组进行吊装，主吊滑车组在中心柱顶的吊挂位置，应以使中心柱不受偏心力矩为原则。在伞架上装有两个用钢管制成的吊杆，各自可在180°内旋转，端部与柱头通过滑轮组联结，滑轮组的钢丝绳沿中心柱从罐底引出至罐外的卷扬机卷筒上。吊杆用于吊装壁板、组装罐顶及盘梯等。•中心柱倒装法的优缺点：优点：易于操作，简便经济。缺点：当施工大容积的储罐时，因一次起吊重量过大，易变形，操作困难。所以，对于直径较大的储罐安装时，宜采用空气顶升倒装法或液压顶升倒装法施工。•空气顶升倒装法•在大直径的储罐施工中，多采用空气顶升方法来实施倒装，此种施工方法又叫充气顶升（或气吹）安装。•空气顶升组装油罐，是根据罐体本身的结构特点(具有拱形顶盖)，利用空气压力浮升罐体。完成立式拱顶油罐壁板组装的倒装施工方法。按照施工要求，利用鼓风机将空气鼓入罐内，当罐内空气的浮升力超过所需浮升的罐体重量和摩擦力之和时，罐体升起。当罐体升起到预定高度时，控制送风量，使罐内空气压力保持稳定(此时进气量与泄气量相等)，这时，被浮升的罐体悬在固定高度，即可进行下节壁板的组装。•空气顶升倒装油罐结构示意图。•气吹顶升倒装法优缺点：优点：节省劳动力、施工机具较简单、降低工程造价。缺点：技术难度大，稍有不慎则会造成“冒顶”事故。•液压顶升倒装法•液压顶升法的施工工艺：铺设罐底板——安装千斤顶——围最上圈壁板及包边角钢、安设中心架——安装罐顶板——顶升第一圈壁板及顶板——围第二圈壁板——回油落下与第二圈壁板组焊——将胀圈及托板下落——继续顶升，直至全部罐体组焊完为止。•液压顶升的工作原理：在罐内布置一高压油泵，液压油经高压油管进入千斤顶使柱塞推动顶柱上升，顶升力通过胀圈、托板等传至已组装焊接完毕的上部罐体，将罐体顶升到一定高度，再组焊下一节壁板，依此往复进行，直至全部罐壁组焊完毕。•液压顶升倒装法的优缺点：优缺点：起重能力大，适用范围广，提升力均匀，操作简便，安全可靠，一次性投入大。•其他倒装法•倒装法还有其他一些形式，如螺旋法组装钢制储罐工艺，是利用丝杠螺纹旋转上升(或下降)的原理。群杆吊装法则利用沿罐壁四周均布起重钢管，上部悬挂手拉葫芦，用此提升罐体倒装油罐等。此类施工方法目前在我国并未得普遍应用或已逐步淘汰，这里就不做介绍了。2、浮顶罐的施工工艺•正装法•充水正装法•充水倒装法•正装法正装法施工是指罐壁板从底层第一节开始，逐块逐节向上安装，直至全罐安装完毕为止。•正装法的施工工艺：安装罐底板——安装浮顶胎架——安装浮顶(单盘或双盘)——安装罐底第一圈壁板——安装第二节、第三节……壁板——安装抗风圈、加强圈——安装附件及配件•正装法的优缺点：优点：是可以充分利用大型吊装设备，加大预制深度，易于掌握，便于推广储罐的自动焊接技术，适用于50000m3～100000m3浮顶罐。缺点：则是要求有较大的施工场地，技术难度大，高空作业多，不安全等。•充水正装法水浮法适用于容量较大的浮船式或敝口式(自制临时浮船)金属油罐的施工，它充分利用水的浮力和浮船罐顶构造特点来达到安装目的。•水浮正装法施工工艺：施工准备——底板铺设焊接——单盘铺焊——第一节壁板组焊——第二节壁板组焊——焊接——船舱组焊——浮盘支柱安装——充水浮升——安装三、四……节壁板——放水清罐安附件——刷漆保温——竣工验收•水浮正装法的优缺点：优点：浮顶作为施工平台，作业场地大而且安全，外部平台借用抗风圈作为临时平台、栏杆，既节约材料又方便抗风圈安装；分段进水，充水加载速率缓慢，使罐基础受载均匀，同时减少了放水的工序，可缩短工期。整套工艺经济、可靠。缺点：吊篮、吊架妨碍自动焊机作业；对于大容积罐，因上水工期较长，影响总工期，尚有水源和设备诸因素的限制等。•充水倒装法•充水浮升倒装法原理：是利用浮船在罐内充水时获得的浮力，通过立柱、胀圈带动上部罐体随浮船上升，空出了下圈壁板组装焊接的操作空间，实现罐壁板由上层向下层的组装(倒装)。•充水倒装法的工艺：底板铺设焊接——船舱铺焊——安装第一、二节壁板——安设三角架及外操作台——安装顶部第一圈壁板及抗风圈——安胀圈及立柱——充水浮升——安装上部第二圈壁板——充水浮升、依次安装上部第三……各圈壁板——放水清罐安装附件——刷漆——保温——竣工验收•充水倒装法的优缺点：优点：固定的操作平台，施工安全，所需施工机具较少。缺点：浮升时要充水，组对完后又要放水，需要相当一部分机动用水，或配有贮水设备，否则耗水浪费量太大，对于缺水地区，该施工方法无法实行。3、储罐液压提（顶）升倒装法•工艺原理•工艺特点与适用范围•液压提升技术的发展•液压提升成套设备•液压提升施工技术3.1液压提升原理•将液压提升装置(成套设备)均布于储罐内壁圆周上，先提升罐顶及罐体的上层(第一层)壁板，然后逐层组焊罐体的壁板。•采用自锁式液压千斤顶和提升架、提升杆组成的提升装置(液压提升机)，通过液压控制系统，使液压千斤顶进油时，通过其上卡头卡紧并举起提升杆和胀圈，从而带动罐体(包括罐顶)向上提升，当千斤顶回油时，其上卡头随活塞杆回程，此时其下卡头自动卡紧提升杆不会下滑。千斤顶如此反复运动使提升杆带着罐体不断上升，直到预定的高度(空出下一层板的高度)。•当下一层壁板对接组焊后，打开液压千斤顶的上、下松卡装置，松开上下卡头将提升杆以及胀圈下降到下一层壁板下部后胀紧、焊好传力筋板，再进行提升。•如此反复，使已组焊好的罐体上升，直到最后一层壁板组焊完成，从而达到倒装法施工工艺要求。3.2倒装法液压提升施工的特点•液压提升平稳、安全、可靠•地面施工，施工质量有保证•设备便于操作，施工环境好，工效高•设备的适应性强•工期短、成本低、经济效益好3.3倒装法液压提升的适用范围倒装法液压提升施工技术可用于容积几千立方米～几万立方米的金属圆柱形和多边形储罐的倒装施工。可以是拱顶罐、浮顶罐或内浮顶罐；可以是新建的储罐，也可以是旧罐更新换底板和基础修整等。3.4液压提升施工与其他施工方法的对比3.5倒装法液压提升技术的发展•1993年研制成功了BYl60型液压提升机，主要由松卡式千斤顶、提升架、提升杆三部分组成。•1993年分别应用于北京乙烯工程东方化工厂罐区4台10000m3常压内浮顶罐和南京扬子石化公司储运厂1台20000m3储罐的液压提升施工，均取得了成功。•“大型储罐液压提升成套设备及倒装工艺”于1994年列为建设部科技成果重点推广项目，1995年又列为国家级科技成果重点推广项目。•1999年，研制生产出了ZSQ系列液压提升起重设备。3.6液压提升成套设备3.6.1BY160液压提升机3.6.2ZSQ系列液压提升起重设备•ZSQ系列设备型号说明••ZSQ系列设备结构升降器高度底版固定压板槽钢涨圈罐壁升降器支板升降器爬杆固定压板托体调整螺母•ZSQ系列设备性能ZSQ125-15-SA型：手动松卡，液压手动、自动提升、弹簧式机械自锁、承载时手动松卡、须开天窗。ZSQ125-15-TC型：液压自动松卡、手动、自动液压升降、步进行程精度较高，须开天窗。ZSQ137-15-PD型：液压自动松卡、手动、自动液压升降、步进行程精度高，不须开天窗。•ZSQ系列设备工作原理•液压泵站向升降器提供动力，形成高压油路的循环。三个电磁阀分别为上卡头、提升主缸、下卡头供油、通过油路分配器将高压油分别输送给每台升降器，中心多路分配器圆周分别均布若干截止阀，可根据工况连接所需数量的升降器。•成套设备开始工作提升载荷时，操作电控中心，使液力通过下卡头将爬杆卡紧，上卡头处于松弛状态，主缸活塞与相连接的上卡头通过托板架带重物爬升一个行程；之后，上卡头卡紧爬杆，下卡头松开，缸体及下卡头复位。复位后，下卡头再次卡紧爬杆，上卡头松开，主缸活塞与相连接的上卡头又向上行，如此反复，完成整个提升过程