第五章石化专业监理工程师继续教育(钢制储罐施工安装技术)

第五章钢制储罐施工安装技术第一节钢制储罐的类型及发展储罐是储备原油、天然气和成品油等介质的专用设备。目前，石油化工储罐以地面罐为主，且以钢制结构居多，故本章将着重介绍钢制焊接储罐。一、储罐的类型储罐内可储存的介质种类很多，对储存条件的要求不尽相同，因此，就出现了很多类型的储罐。1.按照建造材料分类储罐按其建造材料可分为非金属储罐和金属储罐两大类。非金属储罐有混凝土和预应力钢筋混凝土储罐、砖砌储罐、水封岩洞储罐及塑料、玻璃钢罐等，其中钢筋混凝土储罐和砖砌储罐已经很少使用；金属储罐有钢制储罐、铝制储罐及铝镁合金储罐等，其中钢制储罐最常用。2.按建造位置分类根据储罐的建造位置可将其分为地上储罐、地下储罐、半地下储罐、洞中储罐及海中储罐等。3.按储罐的外形和结构形式分类储罐按其外形可分为立式圆筒形储罐、卧式圆筒形储罐、球形储罐、储气柜、双曲率（水滴形）储罐及低温双层储罐等。化工石油工程常用钢制储罐主要有球形储罐和立式圆筒形储罐两种形式。立式圆筒形储罐按其顶部结构的不同可分为拱顶油罐、锥顶油罐、浮顶油罐、内浮顶油罐4种。球形储罐的构造有圆球形、椭球形、水滴形或上述几种形式的混合形式。圆球形储罐的构造按照分瓣方式又可分为橘瓣式构造、足球瓣式构造、混合式构造三种。圆球形储罐的支撑方式可分为支柱式、裙座式两大类。储气柜按密封形式的不同可分为低压湿式螺旋储气柜和干式储气柜。4.按储罐盛装介质分类储罐按其盛装的介质可分为储油罐、储气罐及石油化工原料储罐等。5.按储罐的用途分类按储罐的用途可分为生产罐、储存罐。用于生产的储罐称为生产罐，例如“集油罐”是指那些在开发油田时用来储存原油的储罐。储存罐是为了储存不同油品而设置的储罐。6.按储罐壁板连接方法分类储罐按其壁板连接方法可分为螺栓罐、铆接罐、焊接罐等。7.按储存介质温度分类储罐按储存介质温度可分为常温储罐和低温及深冷储罐。介质温度为-20～-100℃的储罐为低温储罐，介质温度在－100℃以下的储罐为深冷储罐。8.按储存介质压力分类按储罐内储存介质压力可分为常压储罐、低压储罐和压力储罐（亦称压力容器）。低压储罐压力大于常压而低于0.1MPa。美国API620规定低压储罐压力不超过105kPa，且可分为无锚栓低压储罐和有锚栓低压储罐。二、钢制储罐的发展我国自1985年从日本引进10000m3浮顶油罐的设计和施工技术并在秦皇岛建成之后，储罐的发展趋势主要是大容积、钢材及自动焊技术国产化。1.储罐大型化油罐大型化有许多优点。（1）节省钢材表2-5-1列出了不同容量的油罐单位容积所需钢材的净重。其中50000m3及更小的油罐数字是根据我国1975年以前的油罐算出的，更大的油罐则是根据国外有关资料算出的。表2-5-1油罐单位容积所需金属净重储罐容积，m31m3容积需金属净重500026.21000023.02000021.55000019.210000015.020000010.0由表2-6-1可以看出油罐越大越节省钢材。（2）节省投资第七届世界石油会议曾提供以下资料：如准备建一个400000m3的油库，若由4台l00000m3油罐组成其造价为100%，若由8台50000m3油罐组成则造价为109%，10台40000m3油罐组成为119%，若20台20000m3油罐组成则为141%。由此可以明显看出，一个油库，由大罐组成就比由小罐组成节约大量的投资。（3）占地面积小。对于可燃介质，因为罐与罐之间要有防火距离，所以在总容积相同的情况下，几台大罐比一群小罐占地面积要节省得多。（4）便于操作管理和集中控制。几台大罐比一群小罐在检尺、维护、管理方面都较为方便。（5）节省配件和罐区管网。几台大罐比一群小罐区管网要简单得多，而且罐前的阀门、仪表、消防设施、油罐配件等也都可以节省。由上分析可见，储罐大型化有许多经济利益，这也就是出现这种趋势的动力。2.钢材国产化以前我国储罐用钢主要是Q235系列、20R钢、16Mn钢、16MnR钢，强度普遍较低，使50000m3浮顶罐下部第一节壁板厚达34mm，给大型储罐的建设带来了很大的困难。建造大容积的储罐，需要高强度钢板，以前常需要从日本等国家进口。近年来，我国钢铁设计院等单位加大科技攻关研制出了几种适于储罐建设的高强钢板。（1）15MnNbR为近年来研制的一种新钢种，其焊接性能与16MnR相近，但强度和韧性都优于l6MnR，尤其是有较好的低温性能。（2）07MnNiCrMoVR为近些年来研制的新钢种，属于高强度钢板，已用于乙烯球罐等储罐的建设。（3）07MnNiCrMoVDR为近些年来研制的新钢种，已大量应用于大型球形储罐。3.自动焊技术焊接技术是储罐施工的关键环节，“十五”期间气电自动立焊机、埋弧自动横焊机、埋弧自动平焊机、埋弧自动角焊机的应用得到了发展。4.今后储罐建设还应在以下几个方面进行改进和完善：（1）大容量油罐的安全技术研究，包括油罐关键部位应力分析、油罐抗震、罐基沉降和稳定性、油罐抗腐蚀破坏、油罐防火及抗雷击技术、大容量油罐破坏（破裂、火灾等）的后果及环境保护技术研究。（2）新型浮顶和设备的设计，降低浮顶操作高度，提高浮顶储罐产品储存和操作效率。（3）进一步加强大型原油储罐国产化技术研究，如高强度钢板（调质或TMCP）国产化研究，高强度钢用焊条、焊丝和焊剂的国产化研究；高效、自动焊接设备及技术的研究等。（4）LNG储罐结构多样化，特别是储罐用材料将从单一的金属材料向混凝土或金属材料与混凝土的组合方向发展。（5）LNG储罐罐体趋于大型化，需要有先进的焊接技术以焊接极厚的9%Ni钢的能力，同时需要有与储罐的安全性、大型化相适应的设计、施工和检查等技术。三、储气库建设到目前为止，全世界共建地下储气库600多个，总储存能力5733×108m3，总有效工作气量3004×108m3。储气能力相当于全世界每年消耗天然气量的11%，相当于民用及商业领域消耗气量的44%。目前，欧美发达国家正在积极增大储气库储气能力。除常规调峰外，附加有效的事故应急储备气量（一般为补偿季节用气不均衡性所需气量的10%左右）。在条件许可的情况下建立战略储备。到目前为止，我国已经在枯竭油气藏上建设了三座储气库，即大张坨储气库、板876储气库和板中北高点储气库。枯竭油气藏改建地下储气库的施工主要包括钻井、固井和完井等。施工过程中要特别注意保护储层，避免储层受到伤害。当今，我国油藏建库方面还处于摸索阶段，应在建库机理、施工技术上进一步加强研究，取得更大的突破。第二节钢制储罐施工安装技术钢制储罐施工可分为基础施工和罐体施工。一、储罐地基基础施工储罐地基基础的形式基本上有四种：环墙式基础、护坡式基础、外环墙式基础、刚性桩及钢筋混凝土承台式基础。地基基础必须能够支承罐体荷载，保证罐体的安全。护坡式基础的一般做法如图2-5-1所示。素土层是基础开挖后夯实的素土。灰土层是夯实的“三七”灰土，用以增强基础的稳定性，也可用夯实的碎砖石、三合土的碎石层代替灰土层。砂垫层是一个中心高、四周低的锥形，厚20～30cm。其组分为含泥量不大于5%的粗砂或中砂。砂垫层起防止罐底潮湿的作用。此外，当罐有轻微的不均匀沉陷时，砂垫层能将罐传递的压力重新均匀地分布在地基上，从而可以限制油罐不均匀沉降的进一步发展。砂垫层上面为8cm厚的沥青砂层。沥青砂层由杂质含量不超过4%的中砂或细砂和沥青混合加热搅拌而成，起防止罐底腐蚀的作用，基础表面应从中心向外周边形成坡度，坡度最少为l/120。为保证基础边缘的质量，可在基础以外设环形护墙。对于可能发生不均匀沉降的地质构造，应做专门的工程考虑。二、钢油罐的组装施工工艺油罐施工的主要环节是预制、组装焊接和检验。目前罐的施工普遍采用在工厂进行构件的切割、坡口、弯曲等预加工，然后把预制件运到现场实地安装的方法。也就是分为预制和现场安装两大施工过程。其中主要的工作是现场焊接。1.预制工厂预制加工的主要工作包括以下几个方面：1）板材检验。油罐用钢材应按设计料单供给。钢板是制造油罐的主要材料。在钢板成批进料时，必须有材料检验的合格证明书。2）放样下料。根据施工图设计的排版图放样下料。其内容包括卷板展开、平板、划线号料和切割下料。切割后若钢板有变形，可用平板机和压力机矫平。3）焊缝坡口加工。根据规范要求，结合现有技术条件可采用刨边机、风铲或自动、半自动火焰切割加工。4）成型。预制罐壁板时，把切割好的钢板用辊板机滚圆成型。5）预制罐顶。6）制作附件。7）尺寸检验。检验预制件尺寸、坡口尺寸及钢板成型后的曲率。8）预制件的保管与运输。所有预制件在保管、运输及现场临时搁置时，均应采取有效措施防止变形与损伤。2.现场组装1）准备工作。施工前必须做好充分的准备工作。施工准备工作包括：（1）资料审查。（2）编制施工组织设计。主要包括确定组装方法，制定工期表，列出施工技术要点及安全措施，绘制施工平面布置图等项内容。（3）培训技术力量。包括焊工、打磨工、无损探伤检测人员的培训、考核。（4）准备工夹具及设备、材料。主要设备有：吊车（15t～40t）、罐底用自动焊机、罐壁纵缝自动焊机、罐壁横缝自动焊机、手工焊用交流焊机、碳弧气刨、空压机、卷扬机、真空检漏设备、射线探伤设备、水泵、焊条烘干箱等。（5）实体验收。对预加工钢板进行复核。（6）基础验收。进行基础顶平面水平度及中心填土等项检查。2）组装。现场组装时由于油罐大小和种类、建设地点以及各施工单位的技术条件不同，采用的组装方法也有所不同。根据油罐壁板的顶层与底层安装顺序的不同，可分为正装法和倒装法。根据安装手段不同，可分为水浮法、气顶吹法、内脚手架法等。以下分别做简单介绍。（1）正装法。是指壁板安装时，从底层向顶层逐层安装的方法。正装法多用于浮顶罐的施工安装。正装法的施工步骤如下：①在基础上组装和焊接罐底板。②在底板上组装焊接底圈壁板。③在底板上组装焊接浮顶。④从底层向顶层逐次组装和焊接各圈壁板，直至顶圈壁板。在壁板组焊的同时，进行抗风圈、加强圈等的焊接。⑤罐顶包边角钢的组对与焊接。⑥油罐附件的安装与焊接。⑦检验。（2）倒装法。是指从罐顶开始由顶层向底层逐层安装的方法。倒装法的施工步骤如下：①在基础上铺设罐底板。底板焊接时，边缘板和中幅板的连接焊缝（即伸缩缝）预留不焊，仅需点焊固定，待以后再焊。②在罐底板上进行顶圈罐壁板和包边角钢的组对和焊接。③吊装罐顶，进行组对焊接。罐顶焊完后，即可焊罐顶圈壁板上的包边角钢之间的搭接焊缝。④将第2圈（从罐顶往下数）壁板围在顶圈壁板的外周，以组焊完毕的顶圈壁板作为胎具，进行第2圈壁板的对中和点焊。⑤吊装顶圈罐壁板和罐顶，至顶圈与第2圈壁板的搭接位置处，进行点焊，然后完成第2圈壁板的立缝焊接以及顶圈与第2圈壁板之间的环缝焊接。⑥按上述方法，如此循环操作直到油罐最下部的底圈罐壁板的组对焊接。⑦底圈罐壁与罐底的内外角缝焊接。角缝焊接完毕，最后焊接底板预留的伸缩缝。⑧焊接底圈壁板的开孔及各接管。⑨检验。倒装法罐壁板的横缝一般是搭接焊，最近又出现了横缝对接焊组装方法。（3）水浮正装法。水浮法一般采用正装方式，适用于大容量浮顶罐的施工。水浮法是利用水的浮力将浮顶浮起。以浮顶为内脚手架，用吊车吊装壁板的施工方法，如图2-5-2所示。其施工程序为：把罐底板和底圈壁板组装焊接好后，在底板上组装焊接浮顶。然后向罐内充水。浮顶随着水位升高漂浮上升。浮舱上设有若干个T型架，通过T型架在罐壁外悬挂一环形吊篮。安装作业时以浮顶为内脚手架，以环形吊篮为外脚手架。从底圈到顶圈的安装过程中，罐壁逐圈往上组装，罐内水位也随之升高，施工人员可以在浮顶和吊篮上进行罐壁的组装焊接。水浮正装法是逐段充水的，因此基础的压力是缓慢增加的，有利于基础的平稳沉降。而且此法利用水的浮力，不需内脚手架和浮顶临时支架。用料少，效率高。但采用这种方法施工时需用大量的水。而且油罐在组装期间长期浸泡在水中，钢板容易锈蚀。（4）内脚手架正装法。内脚手架正装法适用于大型油罐施工（见图2-5-3）。采用这种方法时，各圈罐壁的组装焊接均在临时脚手架上完成。即每安装一圈罐壁板，就在壁板内侧挂一圈三角支架，其上铺跳板