大型储罐工厂制作施工工法.docx
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大型储罐工厂制作施工工法
大型罐工厂制作加工工法
中铝长城建设有限公司连云港分公司
刘志军胡金龙赵世昌
1.前言
在当代化工行业、冶炼行业中大型钢结构储罐是不可或少的储存、反应设备，但在大型储罐制作安装时，有时会出现因地理位置不合适，施工场地狭小受限，不能使用如吊车、桅杆等大型起重机具，不能采用以前常用的焊接结构储罐，因为我们以前用到的大型焊接储罐大多数采用用大型起重工具正装或倒装法进行安装。
我公司承接的秘鲁铜矿项目17台钢结构储罐，直径4.8m-40m不等，该项目位于秘鲁首都利马以东140千米，海拔4500m左右的高山上，受地理位置、环境气候的影响不适合现场焊接和吊装。
我公司承接了该项目栓接罐的设计和制作项目，根据业主技术要求和说明，由我公司海外部设计室根据美国石油协会API标准进行设计，在连云港分公司加工制作完成。
2.工法特点
2.1车间制作，由高空作业转入地上作业，有利于施工方便，利用胎具制作，流水作业，有利于质量控制。
2.2栓接罐主要有多个单片组成，分片加工制作，每片重量较轻，现场暗装不用大型机械，可以用简单的吊装方法和小型的起重工具，减少现场安装费用
2.3由车间完成制作，现场只用螺栓连接，安装方便快捷、简单实用，减少大量的高空作业，施工人员安全更有保证
2.4车间制作，焊接工作在全部车间完成，避免在高空进行焊接，有利于质量控制，有利于安全施工。
2.5由车间生产制作，减少大量现场工作，有利于工期保证，减少现场施工人员，减少废弃物产生，有利于环境保护。
3.适用范围
栓接罐现场安装全部是用螺栓连接，本工法适应于压力不大或自然压力的大型储罐的制作。
4.工艺原理
大型储罐工厂制作加工工法，主要是利用胎具和数控机械加工制作完成各种零部件，流水作业，现场只需要螺栓连接进行安装，把安装现场焊接工作量转入车间，简化安装现场。
5.工艺流程及操作要点
5.1工艺流程
施工准备→连接法兰板制作→筒体制作→竖向连接板制作→底板制作→筒体及法兰连接板、竖向连接板焊接→预拼装→喷砂、喷漆→包装
5.2操作要点
5.2.1连接法兰板制作
连接法兰板制作关键是法兰长度、弧度和连接螺栓孔之间的相对距离的控制，模具的制作是关键。
5.2.1.1模具的制作，根据图纸法兰连接板的尺寸要求，用数控切割机切割出标准长度、宽度、弧度的模板，螺栓连接孔也用数控切割机加工，但连接孔偏小（￠12mm）无法用数控切割机加工，用数控切割机加工成￠30mm的孔，孔中心距保持和图纸一致。
因采用火焰切割下料，但由于切割热变形的原因，各个相应的尺寸会有变化，模板要根据图纸标准尺寸校正。
校正后，在￠30mm孔中固定￠12mm的钻套。
5.2.1.2根据法兰连接板的尺寸排版，采用数控切割机下料，切割前要根据图纸尺寸检查切割程序，检查无误后方可切割。
同样是由于切割热变形的原因，切割结束后，要对每个法兰连接板根据图纸尺寸进行校正。
5.2.1.3把4片法兰连接板、模具的一端和外弧面对齐，并且点焊在一起，在对齐端面，做好清晰标识。
5.2.1.4上述工序完成后运至钻孔区域用摇臂钻钻孔。
5.2.1.5操作者和管理人员要认真检查每组构件尺寸，并认真填写检查记录。
经常检查模具，防止在加工使用过程中模具变形，一旦发现模具有偏差立即停止该工作，校正后方可继续进行。
法兰连接板制作流程图
连接法兰钻孔图片
5.2.2筒体制作
5.2.2.1为了避免材料浪费和减少焊接工作量，采用定尺钢板制作筒体，而且能更好的保证质量。
5.2.2.2根据筒体图纸尺寸排版下料，可采用半自动切割机切割，切割结束后清理氧化铁等残留物，检查尺寸，合格后方可进行下一工序。
5.2.2.3几块筒体板点焊在一起配钻，为保证连接孔精确度采用数控钻床钻孔。
（筒体及筒体之间连接主要是筒体自身上连接孔及竖向连接板上连接孔装配在一起用螺栓连接）
图片中左侧为竖向连接板（焊接在筒体上），右侧为筒体自身连接孔。
5.2.2.4钻孔结束后，用数控滚床压制筒体，压制筒体需要缓慢进行，在压制过程中，用标准样板不间断的测量筒体弧度，保证卷制筒体弧度及图纸一致。
5.2.2.5操作者和管理人员要认真检查每组构件尺寸，并认真填写检查记录.
5.2.3竖向连接板制作
5.2.3.1排版、下料，为防止切割变形采用数控多头火焰切割
5.2.3.2把几块连接板端面及侧面分别对齐（一般6块），点焊在一起
5.2.3.3为保证连接孔精度，采用数控钻床加工
5.2.3.4操作者和管理人员要认真检查每组构件尺寸，并认真填写检查记录。
5.2.4底板制作
底板主要由扇形板和中心圆板组成，如下图片所示
5.2.4.1扇形板制作
扇形板之间的连接及筒体间连接原理一样，用焊接在扇形板上的连接板条及扇形板自身连接孔通过螺栓连接，连接板条见图片缝隙处。
5.2.4.1.1根据图纸排版下料，采用数控切割机切割扇形面
5.2.4.1.2把扇形板对齐、点焊，用数控钻床加工连接孔，需要注意的是内弧侧连接孔暂不加工。
5.2.4.1.3连接板条切割完成后，整齐叠放在一起，用数控钻床钻连接孔。
5.2.4.2中心圆板加工
5.2.4.2.1根据图纸排版下料，采用数控切割机切割圆形中心板。
5.2.4.2.2把圆形中心板对齐、点焊在一起，用数控钻床加工周围连接孔。
5.2.4.3底板组装
5.2.4.3.1把中心圆板、扇形板、连接板条点焊在一起，（如图片所示），并在扇形板上做好清晰的、不可磨没的标识。
5.2.4.3.2用磁力空心钻加工扇形板内弧侧未加工连接孔，因内弧侧连接孔及中心圆板孔装配，所以采用这种配钻方式，以保证底板顺利安装。
如图片所示：
5.2.4.3.3配钻完成后，拆解底板，然后焊接扇形板及连接板条。
5.2.5筒体及法兰连接板、竖向连接板焊接
把筒体及法兰连接板、竖向连接板焊接成一整体是整个制作过程中最为关键的一部分，因为这个部件是罐体核心部分。
5.2.5.1胎具制作，胎具只要是由底胎、支撑、侧板三部分组成，如下图片所示
胎具制作过程中，侧板的制作是关键，侧板由20mm钢板制作成，需要根据图纸法兰连接板的弧度和孔距制作，由数控切割机把钢板加工成及法兰连接板一致的弧度，用数控钻床钻￠12mm的孔，并且保证和法兰连接板一样的孔距。
根据筒体弧度焊接横撑，把所需零部件焊接在底胎上，要保证两个侧板间距和相对孔的直线度。
5.2.5.2在法兰连接板上放样划出筒体板安装位置弧线，安装法兰连接板时必须保证做有标记（5.2.1第3条中所涉及标识）的一端在统一方向，用￠12mm的定位销把两个法兰连接板固定。
5.2.5.3把竖向连接板用固定销固定在胎具上（胎具上有固定连接板的模具）
5.2.5.4把筒体板沿法兰连接板上的弧线的位置点焊在法兰连接板上。
5.2.5.5筒体外侧焊接，在焊接过程中一定要根据焊接工艺指导书进行施焊，禁止使用大电压、大电流焊接，以减小焊接变形。
如下图片所示
5.2.5.6筒体内侧焊接，外侧焊接结束后，等筒体自然冷却后，把筒体吊至另一简易胎具上，进行内侧焊接。
如下图片所示
5.2.5.7筒体焊接结束后，要用压机校正，保证筒体弧度。
如下图片所示
筒体制作流程图
5.2.6预拼装
5.2.6.1底板拼装，把扇形板按标示顺序进行拼装，图片中箭头所指位置为标识。
扇形板拼装完毕后，安装中心圆板，中心圆板要及扇形板上标识相对应，如下图片所示。
5.2.6.2筒体安装，底板拼装结束后安装筒体，按照图纸安装位置进行安装，先用销轴固定在底板上，保证底板螺栓孔及法兰连接板的同轴度，然后顺次安装螺栓，第二块及第一块筒体是用焊接在筒体上的竖向连接板及筒体自身连接孔通过螺栓连接，用直径略小于底板螺栓孔的撬动工具插入筒体法兰连接孔和底板连接孔中，慢慢撬动第二块筒体板，使第一块筒体板上竖向连接板上的孔及第二块连接板自身连接孔同轴，用几个销轴固定，然后用螺栓分别固定筒体。
5.2.6.3上一层筒体安装，第一层筒体固定后，根据标识安装上一层筒体，安装方法和第一层安装方法一样，筒体上平面法兰连接板连接孔及底板上连接孔是一样的道理，但上一层安装为高空作业，难度有所增加，如下图所示
5.2.7喷砂、喷漆
5.2.7.1喷砂，本工程喷砂等级要达到SSPCSP6也就相当于国内的Sa2,粗糙度要达到50-75um，因为粗糙度要求较高，我们采用抛丸机进行喷砂处理，但连接法兰接触面和竖向连接板接触面不能喷砂，喷砂前要采取保护措施。
喷砂是属于隐蔽项目，喷砂结束后必须经过质量管理人员检查，合格后才能转入喷漆程序，并认真填写检查记录。
喷砂处理过的筒体图片
5.2.7.2喷漆，根据技术要求采用无机富锌漆，漆膜厚度75-100um，要达到SSPCPA2的要求。
无机富锌漆对钢材表面处理要求比较高，喷漆前还要由喷漆工作人员检查，合格后才能进行喷漆工作，尤其注意钢材表面是否有残留油污等。
喷漆工一定要熟练掌握喷漆技术，因为本油漆对漆膜厚度要求比较高，如果单层漆膜厚度超过150um，就会产生龟裂现象。
喷漆的表面温度在4℃以下或38℃以上再或者相对湿度超过80%时，不能进行任何喷漆。
表面温度必须在露点以上3℃以防止收缩。
如果应用油漆前24小时内预报的温度预期温度为2℃或者更低，则不能进行任何喷漆。
喷漆图片如下
5.2.8包装
喷漆验收结束后进入包装程序，在包装以前要分类堆放在成品区域，成品堆放应防止失散和变形。
5.2.8.1根据构件性质制定包装方案。
5.2.8.2根据构件的重量和形状制作包装架，要在保证安全的情况下节约使用材料。
包装架做成托盘样式，在包装架上设有吊耳，根据包装整体重量计算吊耳承重和焊缝承重，根据重心确定吊耳位置，吊耳焊接结束后进行着色探伤，合格后才能使用。
5.2.8.3把做好标识的构件顺次叠放在包装架上，包装过程中注意构件油漆的保护，构件油漆表面及包装架等有接触的地方，要采取保护措施，避免油漆磨损。
用直立板条把所有构件用螺栓连接成一个整体，然后用螺栓把这组构件固定在包装架上，使其和包装架再形成一个整体，见图片所示
5.2.8.4构件要分类包装、有序，并做好包装清单，清单要做到准确、清晰、完整，便于现场安装。
5.2.9劳动力组织见表1
这是本工程需要的人力组织情况，可以根据工程量大小和工期的要求来调整相应的人力组织。
表1劳动力组织情况表
序号
单项工程
所需人数
备注
1
项目经理
1
2
质量经理
1
3
管理人员
4
4
技术员
4
5
焊工
10
6
铆工
10
7
火焊工
6
8
起重工
4
9
杂工
10
10
合计
50
6.材料及设备
6.1本工法在材料需要指出的是栓接罐底板连接采用扭剪型高强螺栓，其余连接采用大六角高强螺栓。
6.2采用的机具设备见表2
表2机具设备
项目
名称
型号/规格
数量
起重设备
运输设备
桥式起重机
10t－50t
6
叉车
3-5t
4
拖车
10t
1
切割设备
3m多路切割机
CNCCG1-3000
2
小型数控切割机
CG2-150
2
剪板机
CG1-30
2
半自动气体切割机
体切割机
6×2500～20×2000
4
压力设备
液压机
YA32-315A
1
滚床
WPT-100/300
1
焊接设备
埋弧自动焊机
ZD-1000
2
CO2气体保护焊机
YD-500KR
20
悬臂钻床
PCM-1600
4
检测设备
超声探测仪
CTS-26
1
超声探测仪
CTS-28
1
磁力探伤仪
CXX-E
1
7.质量控制
7.1工程质量控制标准
7.1.1质量控制依据
7.1.1.1业主提供的技术要求和通过审核的图纸。
7.1.1.2本公司质量方针、质量目标。
7.1.1.3本公司贯彻ISO9001质量保证体系有关文件
7.1.1.4现行的国家标准、规范
《钢结构技术规程》CECS102
《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205
《普通碳素钢技术条件》GB700
《建筑钢结构焊接及验收规程》JGJ81
《焊条分类及型号编制方法》JB980
《碳钢焊条》GB5117
《焊接用焊丝》GB1300
7.1.1.5美国焊接协会标准AWS1.1
7.1.1.6美国除锈标准、美国保护涂层协会标准SSPC
7.1.2在下料切割、钻孔、制作、组装过程中执行，《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205-2001
号料允许偏差
项目
允许偏差
零件外形尺寸
±1.0
孔距
±0.5
号料时,根据材料厚度和切割方法加出适当的切割余量,见下表：
切割余量表
项目
材料厚度（mm）
割缝宽度留量（mm）
气割下料
≤10
1-2
10-20
2.5
20-40
3.0
≥40
4.0
下料允许偏差分别见下表：
气割的允许偏差（mm）
项目
允许偏差
零件宽度、长度
±3.0
零件平面度
0.05厚度，且不大于2.0
机械剪切的允许偏差（mm）
项目
允许偏差
零件宽度、长度
±3.0
零件平面度
2.0
边缘加工允许偏差
项目
允许偏差
零件宽度、长度
±1.0mm
加工边直线度
L/3000,且不大于2.0mm
相邻两边夹角
±6’
加工面垂直度
0.025t，且不大于0.5mm
加工面表面粗糙度
50
精制螺栓孔径允许偏差（mm）
项次
螺栓公称直径
螺孔直径
螺栓公称直径
允许偏差
螺栓孔直径
允许偏差
1
10-18
0
-0.18
+0.15
0
2
20-30
0
-0.21
+0.21
0
3
33-50
0
-0.25
+0.25
0
普通螺栓孔允许偏差（mm）
项目
允许偏差
直径
+1.0
0
圆度
2.0
垂直度
0.03t,且不大于2.0
7.1.3焊接是栓接罐制作过程中关键工序，本工程执行美国焊接协会标准AWS1.1-2008.
7.1.4喷砂、喷漆采用SSPC美国除锈标准、美国保护涂层协会标准，喷砂等级要达到SP6，油漆干膜厚度达到75-100um。
7.2质量保证措施
7.2.1严格按ISO9001质量体系程序，依据受控的作业指导书进行原材料采购和质量控制。
原材料各几何尺寸偏差、表面质量、平直度、牌号需满足国家有关标准。
7.2.2下料、切割
本工程大部分采用数控切割机下料切割，切割要求参加施工的电、火焊工必须持证上岗，必须熟练掌握数控切割程序，操作水平达不到技术要求的不允许参加施工，切割前一定要根据图纸认真复核切割程序，核对无误后方可切割，第一个零件加工结束后必须检查零件尺寸，合格后方可继续进行，在切割过程中也要检查零件尺寸，避免数控系统出错或机械故障导致零件加工不合格。
7.2.3法兰连接板制作，关键是模具制作，加工前要仔细复核模具尺寸，合格后方可进行加工，要做到事前控制、事中控制、事后控制，加工过程中也要检查钻模的尺寸，避免在加工中钻模磨损导致孔径变化。
7.2.4筒体板、筒体连接板、底板加工主要是控制连接螺栓孔的间距和孔径，采用数控钻床配钻，严格控制数控程序的正确性和稳定性。
7.2.5底板弧形板及中心圆板采用配钻，做好配钻标识非常关键。
7.2.6筒体组装、焊接
筒体是栓接罐的主要组成部分，筒体的组装焊接是整个制作过程中最关键的工序，胎具的制作起着至关重要的作用，要严格控制胎具的尺寸。
这部分焊接工作量最大，组对尺寸检查结束后，并经过焊接检验员的确认复核焊接条件才能进行施焊，焊接操作必须严格按照《焊接作业指导书》的有关规定实施，并按要求进行监督、检查。
焊接必须按照图纸要求对每道焊缝质量严格把关，焊接时为减小焊接变形，必须采用分段焊接和错位焊接的方法进行施焊。
第一块筒体焊接结束后，严格检查筒体尺寸，以检验胎具的准确性，并根据检查后的尺寸来校正胎具。
7.2.7外观打磨处理结束后，由质量管理人员检查合格后，进入喷砂程序，喷砂工作属于隐蔽工程，按隐蔽工程要求做好施工记录。
8.安全措施
8.1安全目标：
创成安全标化车间。
8.2认真贯彻“安全第一，预防为主”的方针，根据国家有关规定、条例，结合施工单位实际情况和工程的具体特点，组成专职安全员和班组兼职安全员以及工地安全用电负责人参加的安全生产管理网络，执行安全生产责任制，明确各级人员的职责，抓好工程的安全生产。
8.3参加安装的全体人员都要熟悉并严格执行本工种的安全操作规程，按照安装方法及工艺的要求,精心操作。
8.4所有进入施工进场人员必须正确穿戴劳动保护用品，必须服从公司各项规章制度。
8.5由项目部施工员、专职安全员和富有工作经验的工程专业人员，组织各班组人员对其进行各工种的安全技术交底。
对一些特殊工种如（电工、电焊工、吊装工、气焊工、架工），除具有上岗证外，还应对他们进行安全技术方面的培训。
在安全技术交底的过程中，要针对性强、全面，并且在交完底后让各施工人员签字，留做文字形式工地存档。
8.6参加安装的各专业工种，必须服从现场统一指挥，现场施工管理人员发现违章作业时，要及时劝阻，对不听劝阻继续违章操作者应立即停止其工作。
8.7天车在起吊过程中，必须有专业看护，吊装范围内严禁站人，天车操作工必须听信号人员指挥，不得私自操作，钢丝绳必须经常检修，如有破损，立即更换，不得带病工作。
8.8电动具要放在通风、干燥的棚内，在使用过程中要有漏电保护装置。
8.9现场气割、电焊要持证上岗，附近并设置专用消防工具。
8.10对氧气瓶和乙炔瓶的现场统一管理，摆放符合安全技术标准。
8.11施工现场材料堆放整齐，分类摆放，并有明显标识，零部件摆放有序。
8.12工人施工及生活注意用电安全，总线、分线都将设置触电保护器。
配电箱应标明显警告标志以免误动防人，机器检修时拉闸断电，并派专人看守，以免误送电造成事故。
8.13施工机械要进行定期检查及保养，安全制动装置必须完善，由主管部门进行定期检验和试验合格后，发放合格证。
及时消除故障，严禁带病运行。
8.14在预拼装过程中存在高空作业
8.14.1 从事高空作业的施工人员，必须进行身体检查，凡患有严重心脏病、高血压、贫血症以及其他不适应高空作业的人员，不得从事高空作业。
8.14.2高空作业所需设施必须安全牢固
8.14.3高度超过4米时，要搭设安全网
8.14.4高空作业人员必须系安全带
8.15建立安全检查制度
8.15.1坚持定期召开安全会议，项目部每周进行一次制度性安全大检查。
项目部安全人员每天对施工现场进行巡检，记录下各班组的施工工艺和不安全因素，提出整改意见，督促项目进行整改。
8.15.2对发现有重大隐患的立即下发整改通知书。
检查重点围绕高空作业、机械动力等方面进行，防止发生高处坠落、触电、机械伤人等事故，检查中发现问题和隐患，必须立即整改，确保安全施工，并完善书面签字，在安全问题上做到“令行禁止”。
8.16建立安全教育制度
在开工前对进入现场的每一个工人进行“三级安全教育”的培训，让工人能够充分了解安全教育的内容，使其在思想上认识到这是关系到自己生命安全的大事。
将接受安全教育签字的人员名单收集起来，工地存档。
9.环保措施
9.1成立对应的施工环境卫生管理机构，在工程施工过程中严格遵守国家和地方政府下发的有关环境保护的法律、法规和规章，加强对施工燃油、工程材料、设备、废水、生产生活垃圾、弃渣的控制和治理，遵守有防火及废弃物处理的规章制度，随时接受相关单位的监督检查。
9.2 建立文明施工的规章制度和基本措施，得到相应领导机构的批准，并付诸实施。
9.3在施工组织设计中明确文明施工的规划、组织体系、职责。
施工总平面规划布置要考虑文明施工的需要，一经确定必须严格按照施工组织设计的要求执行。
9.4材料、零部件等堆放合理，各种物资标识清楚，排放有序，并要求符合符合安全防火标准。
9.5 安全应保持畅通，设置明显的路标，不应在路边堆放设备、材料等物品，因工程需要切断道路前，必须经公司施工主管部门批准，并采取相应措施后实施，以保证正常交通。
尤其要保证消防通道畅通无阻。
9.6明确划分文明施工责任区，无死角，责任落实，并有明显标记，便于检查、监督。
9.7有安环部门要坚持经常检查、定期评比、奖惩分明、层层落实责任制，使现场保持在一个较高的文明施工水平上。
9.8 车间区域及施工区范围内的沟道、地面无垃圾、每个作业面都作到"工完料尽场地清"。
剩余材料要堆放整齐、可靠，废料及时清理干净。
9.9每天对施工通行道路进行洒水，防止尘土飞扬，污染周围环境。
10.效益分析
10.1本工法将现场制作安装转入车间生产化，避免了施工现场大量场地占用，施工产生的振动、噪音、粉尘等公害也得到了最大限度的降，可以减少现场废弃物的产生，有利于环境保护。
10.2工厂化制作可以合理安排制作时间，在具备安装条件前完成制作，可以立即转入安装工序，安装方便快捷，比现场制作安装节约大量的时间，可以提前见到经济效益
10.3本工法不仅仅适合施工场地狭小不适合大型起重工具的使用问题，也适合有足够施工场地的储罐的制作安装，及所有现场制作安装来比较，可以减少现场大型起重工具的使用，用简单的起重工具就可以完成装，有利于成本的降低，可以减少现场施工人员，减少施工现场工作量，因为全是用螺栓连接和以前的常见的焊接储罐安装相比较，不用内外搭设脚手架进行焊接只用螺栓连接，减少大量的高空作业，从而降低施工人员高空作业的风险。
11.应用实例
秘鲁铜矿17台栓接罐制作
11.1工程概况
本工程属于特罗莫克铜矿项目钢结构制作项目，共17台栓接罐，最小直径4.8m，最大直径40m，每层高度大多数为2m。
11.2施工情况
40m直径栓接罐，高10m，共5层每层高2m，每层由18片组成，底板共有189片组成，焊缝长度大约10000m，而且大部分焊脚尺寸10mm，总体重量大约200T。
工作量最大，制作难度和拼装难度最高。
在车间，利用胎具精确控制和数控机械的精确制作，历时45天完成制作任务。
利用车间外场地，用简易吊装工具完成了预拼装工作，见图片如下
秘鲁工地应用实例：
11.3结果评价
大型储罐工厂化制作，施工全过程处于安全、稳定、快速、优质的可控状态，保质保量按时完成施工任务，无安全事故发生，得到各方的好评。
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