03培训教材金属结构工程Word文档下载推荐.docx
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内浮顶油罐兼有拱顶油罐和浮顶油罐的双重优点，内部的浮顶可减少油品的挥发损耗，外部的拱顶又可避免雨水、尘土等污物从环形空隙处进入罐内。
内浮顶油罐的内部浮顶有钢制和铝制两种，目前铝制内浮顶应用较广泛。
内浮顶油罐的结构示意如图2.4.3所示。
图2.4.3内浮顶油罐的结构示意图
内浮顶储罐与浮顶储罐其储液的收发过程是一样的。
但内浮顶罐不是固定顶罐和浮顶罐结构的简单迭加，它具有独特的优点。
概括起来，内浮顶罐与固定顶罐比较有以下优点：
（1）大量减少蒸发损失，内浮盘漂浮于液面上，使液相无蒸发空间，可减少蒸发损失85～90%；
（2）由于液面上有内浮盘的覆盖，使储液与空气隔开，故大大减少了空气污染，减少了着火爆炸的危险，易于保证储液的质量。
特别适用于储存高级汽油和喷气燃料，如航空煤油；
亦适合储存有毒的石油化工产品。
（3）由于液面上没有气体空间，故减轻了罐顶和罐壁的腐蚀，从而延长了储罐的寿命，特别是对于储存腐蚀性较强的介质，效果更为显著；
（4）在结构上可取消呼吸阀、喷淋等设备，并能节约大量冷却水；
（5）易于将已建拱顶罐改造为内浮顶罐、投资少、见效快。
二、贮罐附件的种类
为了使金属贮罐正常工作，适应各种介质的贮存、发运、计量和维修等要求，在罐体上需要安装一些特殊用途的附属配件，通常称为贮罐附件。
贮罐附件主要有以下几类：
1.进出接合管：
用于输入、输出介质；
安装于罐壁第一圈板上。
2.人孔：
专门用于操作人员进出贮罐检查、清扫和修理用；
3.透光孔：
为对罐内部进行检查、修理、清扫等作业时通风、透光用；
一般安装于罐顶。
4.排污孔和清扫孔：
用于清扫、清洗贮罐时排出淤泥、油污及沉积水；
一般安装在罐底或罐壁第一圈板上。
5.通气管（孔）：
专门用于调节罐内气压和通风；
一般安装于罐顶最高点。
6.呼吸阀：
为保持罐内有一定的压力而设置，当罐内压力太高时，有一部分气体通过该阀逸出，使罐内压力下降；
当罐内压力太低时，有一部分空气通过该阀进入罐内，使罐内压力升高，这样保证罐内的压力始终与大气压恒定的状态；
该阀安装于罐顶。
7.安全阀：
安全阀与呼吸阀配合使用，其工作压力稍高于呼吸阀，当呼吸阀失灵时或其它原因影响正常工作时，可通过安全阀调节罐内压力，防止各种事故的发生；
安全阀安装于罐顶中部。
8.量油孔：
用于测量罐内介质的液位高度、温度及采样；
通常安装于罐顶平台附近。
9.加热器：
为防止罐内油品介质凝固，通过管道用蒸气对罐内介质加热的装置；
一般安装在罐底上。
10.防火器空气泡沫发生器：
用以防止火星、空气经安全阀和呼吸阀进入罐内引起意外而安装在安全阀和呼吸阀下部的部件。
11.泡沫发生器：
当罐内发生意外起火时，能及时产生泡沫剂灭火的装置；
一般安装在上部罐壁板上或罐顶边缘处。
12.喷淋管：
用于气温高时通过喷水降低罐体温度，以减少介质（尤其是油品）的呼吸损耗；
一般安装于罐顶上。
13.膨胀管：
膨胀管其下端与贮罐进出阀门外侧的输油管道连接，上端装在油罐的顶板上，中间装有阀门，正常作业时关闭阀门以防止串油，不作业时打开阀门，其作用是当输油管道受热温度升高时，管内介质膨胀，沿膨胀管输入贮罐，避免其它附件破裂。
14.回转接头与升降管：
与出油接合管相连的，用卷扬机带动升降以抽取罐内任何部位介质的一套装置；
一般安装在润滑油和特种油品罐上。
15.浮顶支柱与单盘支柱：
用以支承浮顶罐浮盘重量的装置。
16.中央排水管：
主要用于单盘浮顶油罐罐顶的排水用。
三、贮罐的主要施工工艺顺序
由于金属贮罐直径和高度较大，所用钢板又较薄，且需由许多块钢板逐块组合而成，不适合于工厂化施工，所以只能在施工现场进行本体部分的预制安装。
金属贮罐的施工，主要包括绘制排版图、预制、组装焊接、附件安装、罐体试验、浮顶的升降试验及防腐刷油等工序。
1.在预制之前首先绘制排版图（包括罐底、罐壁、罐顶）。
排版图的绘制必须符合现行规范的要求，如对罐底板，为补偿焊接收缩，罐底的排板直径应比设计直径大1.5～2.0%。
各类排板图绘出后，即可按排板图进行底板、壁板和顶板的预制。
2.预制施工工艺：
主要有材料场内搬运、堆放、选板、清扫检查、卷材开卷和平直、号料、放样、切割、坡口加工、滚板或压弧、检查、胎具制作等。
3.组装焊接施工工艺：
施工准备、半成品件场内运输、清点、组装胎具准备、组对、焊接、焊缝检验（如射线、着色、磁粉）等。
4.附件安装：
依据施工图在罐体上开孔、组装各种附件，焊接并检验。
5.罐体试验：
贮罐罐体预制安装完毕后，应按设计技术条件和规范要求，分别对罐底板进行真空试验或化学试验（主要为氨试漏）、对罐壁板进行严密性煤油试验、对罐顶板进行正负压试验及罐体整体水压试验。
6.浮顶的升降试验：
对浮顶油罐和内浮顶油罐的浮顶进行快速升降试验，检查浮顶升降是否均匀平稳、密封及导向装置有无卡涩现象、滑动支柱是否卡涩、内浮顶及附件是否与固定顶或罐壁相碰。
7.防腐刷油：
按设计或规范要求，对罐体内外各面进行防腐刷油，通常罐底板的底面应在罐底板预制后组装前进行防腐刷油，其它各部位均应在罐体试验后进行。
四、贮罐的施工方法
金属贮罐预制安装施工，的通常有以下几种方法：
㈠正装法
正装法是先将罐底板在基础上铺设焊好，经真空试漏检验合格后，将罐壁的第一圈板逐块分别与底板垂直组对并焊接，当第一圈壁板组焊完毕后，再用吊装机械逐块吊装第二圈壁板与第一圈壁板组装焊接，直至最后一圈壁板组焊完毕，最后再安装罐顶板。
这种施工方法大部分作业在高处进行，不安全因素较多，且不易保证工程质量，不利于缩短工期，除特殊情况外，石油化工行业目前很少采用。
（高空作业多）
㈡倒装法
倒装法是和正装法恰好相反的一种施工方法。
它是先将底板铺好后，将罐顶和从上至下数起的第一圈壁板在底板上装配，焊好之后，将第二圈壁板围在第一圈壁板的外围，以第一圈壁板为胎具，组对壁板的纵焊缝并点焊成圆圈后，将第一圈壁板和顶板整体吊至第一、二圈壁板的组对位置，组对点焊，然后进行环形焊缝焊接；
依此顺序，直至贮罐的最下一圈壁板焊接后，与罐底板焊接完成。
倒装法组装基本上是在地面进行施工，避免了高空作业，保证了施工安全，有利于提高工程进度和工程质量，目前被广泛采用。
（起重量大）
㈢充气顶升法（也称吹气倒装法）
气吹倒装施工法如图2.4.4所示，其原理就是利用罐体本身的结构条件和密封性能，利用空气的浮力将各圈壁板顶升就位，而后逐圈组装焊接直至最终完成。
按照通常倒装法的顺序，先组装拱形罐顶，并进行下一层围板作业，将罐四周所有焊缝密封。
启动离心式鼓风机，当罐内空气浮力超过所需浮升的罐体的重量时，罐体即使徐徐上升，压力越大，上升速度也越快。
当罐体上升到要求高度时，控制风门闸板，使风机鼓入罐内的空气流量和罐内往外泄漏的空气相等，保持罐体不动，预先布置在罐周围的铆工和电焊工即进行环缝的组对和点焊。
而后逐层焊接直至最终完成。
图2.4.4气吹倒装施工法示意图
1—拱顶罐2—U形压差计3—人孔4—方法兰5—风机6—风道
充气顶升法从根本上取消了普通倒装法中的起重机具，大大节省了人力，减轻了劳动强度，加快了施工进度，目前在施工中经常采用。
㈣水浮法（主要是浮顶罐）
充水浮升法是根据阿基米德原理借助浮船在罐内充水时获得的浮力来提升罐壁以达到倒装的目的，如图2.4.5所示。
图2.4.5储罐充水浮升施工
1—限位设施2—最下第二节壁板3—外作平台4—小胎板5—最上一节壁板
6—抗风圈7—涨圈8—支柱9—支柱支撑10—浮船
充水浮升法施工关键是盛水装置的选择和浮船浮力如何传递给壁板。
1.盛水装置是用罐底和两节壁板来实现：
首先铺设底板进行中幅板焊接，然后安装最下一节壁板进行角焊，罐底收缩缝；
检查底板焊缝、垫砂、找平，组装浮船，再正装最下第二节板（因充水高度>
填砂高＋浮船最大沉没量＋最宽一节壁板高）。
这两节壁板的质量要求严格些，否则影响以上各节的安装质量。
2.在最下第二节板上安装外作业平台，作业平台上要进行每圈的围板、组对、壁板焊接等作业。
故应力求安全牢固。
3.在平台上进行与最下第二节板对接，安装最上一节板和组装包边角钢、抗风圈等。
4.安装涨圈和顶升支柱，涨圈和顶升支柱是传递浮力顶升罐壁的施工工具。
为保证涨圈和顶升支柱整体刚性，顶升支柱应加支撑。
为防止充水浮升时浮船转动设有限位装置。
5.充水浮升准备的另一方面就是水源，可根据施工现场具体条件选定，然后选择适宜的水泵、电机及送水管路等。
6.充水浮升：
用泵供水使浮船带动壁板顶升到1000mm左右就可以开始进行最上第二节板的围板作业，待升到指定高度，围板作业也就结束，进行组装环缝和焊接，随后放水落涨圈和降浮船，再在指定位置安装涨圈，充水逐节倒装，直至达到设计高度为止。
水浮法施工有正装与倒装之分，目前一般采用正装法。
它广泛适用于容量较大的浮顶罐的施工。
第二节定额的应用和施工图预算的编制与审核
一、使用定额的有关说明
1.金属油罐的施工方法定额中为综合确定，实际施工与定额不同时也不得调整；
2.附件安装用的连接螺栓、销钉、垫片均按随设备附件配套供货考虑。
3.设备水压试验项目中试压用水、试压时的临时管线敷设与拆除、施工作业区域内的场地二次平整与垫层处理按有关规定另行计算。
4.油罐本体预制安装、水压试验、油罐密封安装、组装胎具制作安装及拆除、吊装加固、吊耳制作安装、临时技措、着色探伤、磁粉探伤、硬度测定、预热及后热处理、钢卷板的开卷平直、现场组装平台的搭拆等项目修订后工作全部单独列项独立计算；
5.金属油罐预制安装项目是按一个工地同时建造同系列两座以上（包括两座）油罐考虑的，如果一个工地只建造一座油罐时，定额人工费、机械费乘以系数1.25。
6.油罐水压试验是按同容量的两座（包括两座）以上油罐连续交替试压考虑的，如一座油罐单独试压，定额人工费、机械费乘以系数1.30。
7.油罐预制安装定额项目中型钢圈煨制和擗八字，执行本册定额第七章相应项目另行计算。
8.油罐焊接时采用的焊接材料与定额中取定的焊接材料不同时，可按实换算焊接材料单价。
9.金属油罐主体预制安装中未列主材用量，执行定额时，型钢、钢板、钢管应根据工程项目的供应条件，按设计施工图或现场实际配板图所列净重量，依据下表所列主材损耗率另行计算主材用量。
序号
主材名称
供应条件
损耗率％
1
平板
设计选用的规格
6.2
2
非设计选用的规格
按实际情况确定
3
毛边钢板
4
卷板
卷筒钢板
8
5
型钢
6
钢管
3.5
10.油罐的胎具未包括在罐本体预制安装定额内；
胎具均按重复使用考虑，每套胎具的制作定额按一个工地同一时期安装同结构、同容量的台数一次摊入，并提供胎具的参考周转次数，即同一工地建造的同结构、同容量的台数在周转使用次数范围以内时按配置一套计算，批量超过周转使用次数范围时可增加计算一次。
胎具项目
适用贮罐容量（m3）
周转使用次数
１
立式油罐壁板卷弧胎具制作
100～150000
一个工地一套
２
拱顶、内浮顶油罐顶板预制胎具制作
100～20000
３
拱顶、内浮顶油罐顶板组装胎具制作
10
４
拱顶、内浮顶油罐顶板组装胎具安装拆除
每台罐计算一次
５
拱顶、内浮顶油罐桅杆倒装吊具制作
６
拱顶、内浮顶油罐桅杆倒装吊具安装拆除
７
拱顶、内浮顶油罐充气顶升制作
８
拱顶、内浮顶油罐充气顶升安装拆除
９
内浮顶钢制浮盘组装胎具制作
100～10000
内浮顶钢制浮盘组装胎具安装拆除
11
浮顶罐内脚手架正装胎具制作
50000～150000
12
浮顶罐内脚手架正装胎具安装拆除
13
浮顶罐船舱胎具制作
3000～150000
14
拱顶、内浮顶油罐临时加固件制作
15
拱顶、内浮顶油罐临时加固件安装拆除
11.本章定额不包括的内容
1钢卷板的开卷与平直。
2油罐外部的平台、梯子、栏杆制作安装。
3现场组装平台铺设与拆除。
4附件、机加工件的制作与加工。
5焊缝的预热、后热和焊后局部热处理。
6特殊施工技术措施费。
标定费用
7油罐水压试验时油罐基础沉降观测。
12.油罐预制安装中预制和安装的人工费、材料费、机械费比例见下表：
序
号
项目名称
制作（％）
安装（％）
人工
材料
机械
拱顶油罐预制安装
35.00
38.17
31.54
65.00
61.83
68.46
浮顶油罐预制安装
34.28
30.59
27.09
65.72
69.41
72.91
内拱顶油罐预制安装
26.90
19.20
73.10
80.80
不锈钢油罐预制安装
32.66
15.20
31.44
67.34
84.80
68.56
13.执行定额时的系数
⑴脚手架搭拆费：
安装工程项目按定额人工费的20%计算；
检修与技术改造工程项目按定额人工费的30%计算（其中人工费占25%）；
⑵安装与生产同时进行增加费按定额人工费的7%计算；
⑶在有害环境中施工降效增加费按定额人工费的7%计算。
二、工程量计算规则
金属油罐预制安装，根据油罐种类、形式和容量（公称容积），按经过批准的实际下料配板图所示几何尺寸，以“吨”为计量单位计算；
不扣除人孔、手孔、接管孔所占面积的重量。
金属油罐本体的重量包括底板、壁板、顶板、角钢圈、支持圈以及本体上的垫板、加强板的金属重量。
不包括附件、配件、密封装置的重量。
三、施工图预算的编制与审核
项目内容
套用定额所在位置范围
备注
油罐的预制安装
第三册第一章
主材用量及价格的确定
定额说明
实际价格
油罐胎具的制作、安装与拆除
油罐附件安装
油罐试压
焊缝的各种探伤检测
第三册第七章
7
浮顶油罐密封的安装
梯子平台栏杆制作安装
第三册第六章
9
保温刷油防腐
第九册
定额规定的各种系数调整计算
与各项目配套
脚手架搭拆
定额册说明
其它（定额不包括的内容）
按合同或协议另计
汇总、计算取费
按费用定额
脚手架搭拆系数是按辅助项目随主体项目计算，但无损检测、刷油防腐不同。
第二章球形罐
钢制球形贮罐，简称球形罐（或球罐）。
球形罐与普通贮罐相比具有许多无法比拟的优点，如在相同的容积、压力和直径的情况下，球形罐罐壁内应力最小，而且均匀，其壁厚仅为普通立式贮罐的一半，在钢材消耗上可减少30%以上；
此外，球形罐还具有占地面积小、基础工程量少等特点，所以球形罐作为压力容器在石油化工行业的应用越来越广。
在石油化工工业行业，广泛采用钢制球形罐来贮存各种气体、液体、液化气以及其他产品。
一、球形罐的分类、构造
㈠球形罐的分类
1.按贮存温度分类
球形罐一般用于常温或低温。
只有极少数场合使用温度高于常温，如造纸工业用的蒸煮球形罐。
（1）常温球形罐。
设计温度大于－20℃的球形罐，如贮存液化石油气、氨、煤气、氧、氮等的球形罐都属于这类球形罐。
一般说这类球形罐的压力较高，主要取决于液化气的饱和蒸气压或压缩机的出口压力；
（2）低温球形罐。
这类球形罐的设计温度低于－20℃（≤－20℃），一般不低于－100℃，如－31℃下贮存液态乙烯的球形罐。
压力登记一般属于中等（视该温度下介质的饱和蒸气压而定）；
（3）深冷球形罐。
设计温度在－100℃以下，往往在介质液化点以下贮存，压力不高，有时为常压。
由于对保冷要求高，常采用双层球壳。
2.按壳体层数分类
（1）单层壳体最常见，多用于常温高压和高温中压；
（2）双层壳体球形罐由外球和内球组成，双层壳体间放置绝缘材料，绝热保冷性能好，用于储存低温的液化气。
双层壳体球形罐采用双金属复合板制造，适用于超高压气体或液化气的储存，目前使用不多。
3.按支承结构分类
通常分为柱式和裙式球形罐。
（1）柱式支支承有赤道正切柱式支承、V形柱式支承和三桩会一柱式支承。
其中柱式支承中以赤道正切柱式支承为国内外普遍采用；
（2）裙式支承包括圆筒裙式支承、锥形支承，及用钢筋混凝土连续基础支承的半埋式支承、锥底支承。
这种结构的特点是支座较低，稳定性好，由钢板制成的，可节省钢材。
4.按结构形式分类
按照GB/T17261—1998《钢制球形储罐型式与基本参数》的规定分为：
（1）瓣式球形罐，见图2.4.6～10所示。
（2）混合式球形罐，见图2.4.11～13所示。
图2.4.6三带球形罐图2.4.7四带球形罐
图2.4.8五带球形罐图2.4.9六带球形罐
图2.4.10七带球形罐图2.4.11三带球形罐
图2.4.12四带球形罐图2.4.13五带球形罐
㈡球形罐的构造
球形罐由球壳本体、支柱、梯子平台及安全附件（喷淋）等组成。
球壳一般由赤道带、温带、极板构成。
球形罐的结构示意如图2.4.14所示。
图2.4.14球形罐的结构示意图
1.球壳
球壳结构型式主要分足球瓣式、桔瓣式和混合式三种。
国内自行设计、制造、组焊的球形罐多为桔瓣式。
足球瓣式球形罐的球壳划分和足球壳一样，所有球壳板片大小相同，所以又叫均分法。
桔瓣式球形罐的球壳划分就象桔瓣（或西瓜瓣），是一种最通用的型式。
混合式球形罐的球壳组成是：
赤道带和温带采用秸瓣式，极板采用足球瓣式。
该结构国外已广泛采用。
随着我国石油、化学、城市煤气等工业的迅速发展，近年来引进了许多混合式结构型式的大型球形罐，通过对引进球形罐的施工、开发研究，国内已基本掌握了该种结构型式球形罐的设计、制造、组装和焊接技术。
2.支柱
支柱一般采用无缝钢管或卷制焊接钢管制作，U形柱可采用与球壳板相同材料的钢板制作。
低温球形罐或容积较大的球形罐，应采用分段支柱型式，分段的长度不宜小于支柱总长的1／3。
支座底板上开设的地脚螺栓孔，应为径向长圆孔，以利于支柱的径向移动，释放支柱施加给球壳的高应力，确保球形罐安全。
3.支柱与球壳的连接
球形罐支座是球形罐中用以支承球壳及附件和储存物料重量的结构部件。
支柱形式有柱式和裙式两大类。
柱式支承有赤道正切柱式支承、V形柱式支承和三桩会一柱式支承。
裙式支承包括圆筒裙式支承、锥形支承，及用钢筋混凝土连续基础支承的半埋式支承、锥底支承。
其中柱式支承中以赤道正切柱式支承为国内外普遍采用。
赤道正切柱式支座的结构特点是：
球壳由多根圆柱状的支柱在球壳赤道部位等距离布置，与球壳相切或近似相切（相割）而焊接起来。
支柱支承球形罐的重量，为了承受风载荷和地震力，保证球形罐的稳定性，在支柱之间设置拉杆相连接。
支柱与球壳的连接分有垫板连接和无垫板连接两种结构型式。
有垫板连接结构（又称加垫板）可增加球壳板的刚性，但又增添了球壳上的搭接接头，当球形罐承受内压膨胀，由于局部刚度的限制，会引起局部应力的增加，将导致焊接接头裂纹的产生，故应尽量避免采用此种结构。
目前国内外球形罐的设计基本都采用无垫板结构型式。
支柱与球壳连接端部结构分平板式、半球式和椭圆式三种。
平板式结构边角易造成高应力状态。
半球式和椭圆式结构属弹性结构，不易形成边沿高应力状态，抗拉断能力较强，故多被采用。
国家标准GB12337-1998标准亦选用此两种结构。
4.开孔
球形罐开孔应尽量设计在上下极板上，以利于集中控制，便于在制造厂完成接管的组焊和进行焊后消除
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