储罐电动葫芦倒装提升工艺

储罐电动葫芦倒装提升工艺及优化设计摘要：立式筒型储罐采用电动葫芦倒装法施工的设计、微调电路的设置改进、及结构受力的优化设计关键词：储罐倒装电动葫芦优化设计电动葫芦倒装法施工的优点►立式筒型储罐施工有多种方法，如正装法、中心立柱法、气顶法、水浮法、内立柱倒装法等，如今较为普遍采用立柱倒装法。倒装法相对正装法具有劳动效率高，强度小，施工人员均在2米以下的平台上操作，因而人身安全得到了可靠保证。倒装法又分电动葫芦倒装法和液压顶升倒装法。电动葫芦倒装法相对液压千斤顶倒装法不仅具有设备简单、操作简便、造价低廉等优点，而且不使用液压油、受压元件等消耗品，无漏油发生，对工作环境无污染。本文着重介绍电动葫芦储罐倒装施工工艺及优化设计。施工步骤概述►1.施工步骤概述►1.1储罐底板组焊完成后，为方便进罐施工及关内施工环境卫生，在储罐壁板位置每间隔800mm点焊H型钢支撑，H型钢上表面焊接壁板的定位卡：施工步骤概述►1.2围焊储罐最上一带板：►1.3立中心伞架，如为拱顶罐施工步骤概述►1.4安装电动葫芦提升装置：►1.5通过电动葫芦的拉升，带动贮罐上升，从而达到提升壁板完成下一带板的组焊，两带板组焊完毕，补齐顶盖板：施工步骤概述►1.6重复提升过程，直至完成各带板组焊完成：提升结构简述►2.提升系统结构简述环向拉杆径向拉杆►罐壁内侧均布立柱，立柱数量、尺寸由计算得出，后面将给出计算过程。立柱距罐壁的距离应以电动葫芦不碰包边角钢为准。立柱安装必须保证垂直，如与罐底接触有间隙，可垫薄钢板找平，并焊接牢固。在立柱3/4高度位置安装两根斜撑。斜撑之间的夹角及斜撑与罐底的夹角均以45°为宜。电动葫芦安装于立柱上端吊耳上。待两带板安装完成、罐顶封天窗后，使用拉杆将相邻立柱，立柱与中心柱相连，此法使所有电动葫芦组成受力封闭的整体。（如图示）提升装置简述►胀圈用槽钢卷弧制成，曲率半径与储罐内径相同。在电动葫芦正下方的胀圈上焊接吊耳。此处需特别注意，胀圈吊耳两侧各一米左右需采用加强筋与加强板加固（如图示），吊耳只与胀圈焊接，不得将吊耳与罐壁相焊，以免提升时电动葫芦的倾角拉力造成罐壁下侧向内受拉变形。胀圈与罐壁使用龙门卡具相连，龙门卡具的位置不得靠吊耳过近，太近容易造成罐壁受拉变形，也不得离吊耳过远，过远会造成胀圈受扭转力过大而变形。提升装置拉杆布置图示环向拉杆径向拉杆斜撑提升装置局部图示加强筋加强板此处不与罐壁焊接双面满焊双面满焊双面满焊此处不与罐壁焊接►3.微调电路的改进►由于电动葫芦的电机在同步方面不可避免的存在差异，为此必须对提升装置整体提升的同时安装单个葫芦的微调电路，以便及时调整个别葫芦提升速度，使整个提升系统保持相对平稳的运行，保证提升安全。►设计微调电路如下:ＭＭＭＭＭＭＭＭＭn~~~~KK1K2K3KN交变电流►对电路进行微调改进后，不仅控制了单个葫芦提升速度，保证了提升安全，而且可以微调环缝组对间隙，控制组对变形，保证储罐整体成型及焊接质量。►4.提升注意事项►提升前必须进行提升机试验。在空载状态下，启动集中控制开关，查看所有葫芦升降是否一致以及升降顺序是否与单个控制开关顺序相同。有无扭卡现象以及提升步调是否一致。进行全面检查后，确认正常即可以开始工作。►电动葫芦起升应同步进行。每提升1/3板高左右，应停下检查是否同步，上升受力是否均匀。无不同步，受力不均等情况，方可继续提升。如出现起升不同步、受力不均，则应分别单独控制调整滞后倒链，使其与其它倒链处于同等高度，同样受力状态，避免发生意外，调整好后即可再次同时提升，直至完成一带板的提升。（图示）力学模型的建立与分析►5.1根据储罐施工中电动葫芦提升结构型式选取任一立柱组合，近似建立图示的电动葫芦提升结构静力学模型。撑杆立柱N1N2F∑G/nθ径向拉杆FN2N1θL2L2L1HHzHbHd►5.2结构受力分析►下面以独山子石化一台5000m3裂解燃料油拱顶罐为例进行受力分析，储罐总重量为156.9吨。储罐直径21.2m，高度17.98m，共8圈壁板，单圈壁板最高为2m。►5.2.1电动葫芦数量确定►依据现场条件，现采用10吨电动葫芦，单台额定起升量为10000kg►a.提升的最大重量∑G计算►∑G=Gb+Gd+Gk+Gf►Gb为除底圈壁板外其余各圈壁板重量Gb=75086kg►Gd为罐顶重量Gd=24114kg►Gk为抗风圈重量Gk=1023kg►Gf为已安装附件重量Gf=1136kg∑G=Gb+Gd+Gk+Gf►=75086+24114+1023+1136►=100336kg►b.电动葫芦最大受力总和∑Nmax计算►∑N=∑G/cosθ►θ=arctan(L-L1-L2）/(H-HB1+HZ）►因为θ在0~90°之间变化，∑G恒定，所以θ越大∑N越大，即提升高度升至最高时电动葫芦受力最大，此时刻上述公式中数值分别为：►L为立柱中心距壁板内侧距离L=700mm►L1为立柱中心距吊点中心距离L1=150mm►L2为惯壁内侧距吊耳中心距离L2=250mm►H为立柱高度H=4000mm►HB1为最高单带壁板高度HB1=2000mm►HZ为支撑高度HZ=450mm►Hd为吊耳高度Hd=300mm►θ=arctan(L-L1-L2）/(H-HB1-Hz-Hd）►=arctan(700-150-250）/(4000-2000-450-300）►=13.5°∑Nmax=∑G/cosθ►=100336/cos13.5°►=103187kg►C.电动葫芦数量计算►n≥∑Nmax/（μ×Ge）►μ为电动葫芦安全系数，取μ=0.75►Ge为电动葫芦额定载荷，Ge=10000kgn≥∑Nmax/（μ×Ge）=103187/（0.75×10000）=13.76►即n取大于等于14的整数，且为偶数。该储罐顶盖瓜皮板数量为28块，恰为14的倍数。n取14有利于顶板开天窗。综上所述取n=14。►5.2.2立柱选用及稳定性校核►立柱受到外力为轴向压力。立柱的稳定性是关系到施工安全的重要因素。由于径向及横向拉杆的牵引平衡了电动葫芦扁角的水平分力N1×sinθ，立柱近似考虑为仅受竖直压力，因此立柱受力计算简化为材料力学中的一端固定、一端自由的压杆稳定性计算。►压杆稳定取决于压杆的细长比λ和临界应力Fcr。当细长比非常大时临界应力是压杆失效的主要形式。►临界应力计算：►Fcr=π2EI/（μL）2►μ为长度系数，与压杆约束条件有关，一端固定一端自由压杆μ取2；►L为压杆长度与电动葫芦提升高度和各圈壁板高度有关。这取L=4米；►E为弹性模量，碳钢弹性模量为210×109N/m2；►I为压杆截面的最小惯性矩，管的最小惯性矩计算为I=π（D4-d4）/64几种常用的钢管临界应力计算结果尺寸(mm)φ133*6φ168*6φ168*7φ219*7φ219*8最小惯性矩I(cm4)483.721008.11149.42622.12955.4临界应力Fcr(Kg)1566532648372218491495711►保证立柱稳定需满足：►F≥μw×Fcr►μw为安全系数，取3~5►F为立柱受力垂直分力F=N1×cosθ=[∑G/(n×cosθ)]×cosθ=∑G/n=7166Kg►选用φ168*6无缝钢管做立柱即可满足要求。►结束语：►通过对施工工艺的改进和结构形式的优化设计，我公司攻克了电动葫芦倒装法施工的偏吊等难点。保证了施工安全，并且节约了成本，在独山子石化10台5000方，8台2000方储罐施工中取得了全面成功。►参考文献：刘鸿文；材料力学（第四版）[M]；北京：高等教育出版社，2004。►费书惠；理论力学教程[M]；北京：清华大学出版社，2004。►贺向东；张义明。压杆稳定可靠性优化设计；1009-1742（2007）05-0033-03。