10万立大型储罐施工工法.doc
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10万立方米浮顶储罐内脚手架正装工法
1前言
随着原油储备建设不断发展，作为储存原油的钢制浮顶储罐越来越向大型化发展，目前应用最为广泛的是10万立方米储罐。
储罐的施工方法主要有内脚手架正装法、外脚手架正装法、液压顶升法，其中内脚手架正装法具有操作简便、施工操作面广、速度快、机械化程度高、整体质量容易控制等优点，一直以来被国内大多数施工队伍所应用。
大庆油田建设集团有限责任公司从1985年开始应用内脚手架正装法进行大型浮顶储罐的施工，到目前为止我公司应用该工法已经施工了45台5万立方米储罐，54台10万立方米储罐，5台15万立方米储罐。
1992年，大庆油田建设集团有限责任公司开发的《10万立方米浮顶油罐内脚手架正装工法》获得国家级工法，编号：
YGJF42-92。
近年来，随着储罐施工技术的不断发展，公司对原工法进行了升级，对工法的关键技术进行创新性改进，形成了大型储罐的施工工艺及配套技术，开发了浮船CO2气体保护半自动焊施工技术、罐底板CO2气体保护半自动焊打底碎丝埋弧焊填充盖面焊接技术以及焊缝自动打磨、等离子清根等配套技术，使储罐施工自动化水平及施工工艺不断提高和完善。
2006年《大型立式储罐自动化施工工艺及配套技术研究》荣获大庆石油管理局科技进步一等奖，等离子清根设备获得国家专利，专利号：
ZL200520111916.O；横焊焊剂托带获得国家专利，专利号：
ZL200520111925.X；2007年由大庆油田建设集团有限责任公司自主研究的储罐罐壁板控制垂直度卡具获得国家专利，专利号ZL200720117354.X；浮顶组装式新型节点平台获得国家专利，专利号：
ZL200720117355.4；多功能壁板托架获得国家专利，专利号：
ZL200720117095.0。
气体保护焊防风罩获得国家专利，专利号：
ZL200720117358.8。
2008年《10万立方米浮顶储罐施工配套技术研究》荣获中国石油和化学工业协会科技进步三等奖。
2009年4月，工法的关键技术通过了中国石油和化学工业协会的科技鉴定，鉴定结论为：
该技术创新成果拥有自主知识产权，达到国内领先水平，应用前景广阔。
2工法特点
2.1储罐的罐壁和浮顶可同时交叉施工，工效高。
2.2罐壁板内侧搭设三层临时脚手架及劳动保护，搭设简单、速度快，施工受自然条件限制小，不受水源、大风天气的影响。
2.3施工操作面广，可同时在三层脚手架上进行操作，实现工序间流水化作业，缩短施工周期；并且有充足的检查、返修时间，施工质量容易保证。
2.4壁板组对采用工卡具无活口、无点焊的精密组装技术，对壁板的垂直度、椭圆度、对缝间隙、水平度可进行精密调整，保证质量。
2.5采用自主研制的专用浮顶安装组合平台，平台的刚性和稳定性强，安装、拆卸简单，搭设速度快，不损伤母材，架台可重复利用，节约成本。
2.6罐底中幅板对接焊缝采用半自动CO2气体保护焊与碎丝埋弧焊组合焊接技术，焊接效率高，材料省、变形小，所研制的防风装置获得国家专利。
2.7自主研发的横向埋弧焊剂拖带，具有耐热、耐磨、耐疲劳、耐断裂、焊剂损耗少等优点。
2.8采用自主研制的的横焊缝等离子清根装置，替代了传统碳弧气刨，具有效率高、劳动强度小、材料省、质量稳定等优点。
2.9采用自主研制的的焊缝余高自动修平装置，替代了手工作业，具有加工质量好、工效高、安全可靠等优点。
3适用范围
本工法适用于5万立方米到15万立方米浮顶储罐的施工。
4工艺原理
4.1预制
罐板现场预制，坡口预制采用龙门式数控火焰切割机进行切割；壁板采用数控滚板机进行滚弧，预制完毕后放在弧形胎具上，在胎具上焊接三角架的挂件及组对卡具的固定件。
4.2安装
罐底中幅板施工完毕后，在罐底板上安装浮顶临时架台，在架台上预制、安装浮顶，浮顶施工完毕后，拆除架台并从人孔运出。
罐底边缘板组焊完毕后，组焊底圈罐壁，在底圈罐壁内侧挂三角架，通过三角架的支撑铺设跳板及劳动保护，施工人员站在内侧脚手架上进行上圈壁板的操作，内脚手架共搭设三层，随着壁板不断增高，将最下一层脚手架拆除倒运到上侧搭设，三层脚手架交替往复使用，直至安装完最后一圈壁板。
罐壁外侧的施工借助沿罐壁行走的移动小车进行。
4.2焊接
罐底中幅板焊接采用CO2气体保护半自动焊打底、碎丝埋弧焊填充盖面；壁板纵缝焊接采用CO2保护气电立焊；环缝焊接采用自动埋弧横焊；焊缝内侧清根使用等离子清根设备；横焊缝内侧磨平使用自动修平机。
罐体预制
罐底中幅板组焊
罐底边缘板组焊
浮顶组装临时架台搭设
底圈壁板组对
浮顶预制组焊
底层脚手架搭设
浮顶附件安装
浮顶临时架台拆除
第二圈壁板组对
第二层内脚手架搭设
第三圈壁板组焊
第三层内脚手架搭设
拆除最下层脚手架
并安装到上层
四至顶圈壁板组焊、清根、打磨
大角缝组焊
基础验收
底圈壁板焊接、清根、打磨
第二圈壁板焊接、清根、打磨
边缘板内侧
对接焊缝组焊
伸缩缝组焊
抗风圈、加强圈及盘梯、浮梯等附件安装
包边角铁安装
上水试验
5施工工艺及操作要点
5.1施工工艺流程见图5.1
图5.1储罐施工工艺流程
5.2基础验收
储罐基础检查验收按GB50128-2005《立式圆筒形钢制焊接储罐施工及验收规范》第4章第2节中相关条款要求进行。
1、基础中心标高允许偏差为土20mm。
2、支承罐壁的基础表面其高差应符合下列规定：
有环梁时，每10m弧长内任意两点的高差不应大于6mm，且整个圆周长度内任意两点的高差不应大于12mm。
碎石环粱和无环粱时，每3m弧长内任意两点的高差不应大于6mm，且整个圆周长度内任意两点的高差不应大20mm。
3、沥青砂层表面应平整密实，无凸出的隆起、凹陷及贯穿裂纹。
5.3罐体预制
5.3.1底板、壁板预制
1、预制前对屈服强度大于390MPa的高强度钢板材进行100%超声波检测，合格后进行预制。
图5.3.1-1数控龙门式自动火焰切割机
2、底板、壁板各边的切割采用数控龙门式自动火焰切割机进行切割（见图5.3.1-1），切割时先进行长边的切割，再进行短边的切割；两长边要同时进行切割以减少变形量。
3、由于纵焊缝收缩，在壁板下料时应提前预留收缩余量，纵焊缝横向收缩总量按下式进行计算：
△L=0.27FN/δ（式5.3.1）
式中△L-整圈焊缝的收缩总量mm
图5.3.1-2滚扳机滚弧
F-纵焊缝的横截面积mm2
N-一圈纵焊缝的数量
δ-钢板厚度mm
4、边缘板的内侧减薄过渡坡口用刨边机进行预制，其余部位用火焰切割机进行切割预制，下料尺寸按边缘板放大后的外径计算尺寸进行预制。
5、壁板弧度加工在滚板机上进行（见图5.3.1-2），其中25mm以上的厚壁板应滚制9～11遍以充分释放板内应力；弧度检查要将板竖起并在无约束的情况下进行。
6、第一圈壁板开孔热处理在加工厂进行开孔预制、热处理，热处理温度应符合设计要求。
7、预制好的壁板放在半径与储罐半径相同的弧形胎具上，防止变形。
5.3.2加强圈、抗风圈预制
1、加强圈、抗风圈的预制在钢板上搭设的2.5米×12米的平台上进行。
2、切割单块板的内侧及两端的坡口。
3、加强圈、抗风圈下料时内侧半径应放大2～3mm以预留收缩余量。
4、加强圈、抗风圈每3块组焊在一起，组焊时腹板上的加强型钢统一组焊，并安装吊环便于吊装。
5.3.3浮顶预制
1、浮顶预制在临时搭设的架台上进行。
2、浮舱内的环板、隔板、桁架在钢板搭设的平台上进行预制，最外侧环舱的隔板、桁架预制时预留适当的收缩余量。
3、浮顶支柱预制时，按其设计高度预留出调整量，充水试验后放水时进行逐根调整。
4、浮舱边缘板预制要对照一、二次密封图纸，提前钻好密封材料使用的固定孔。
5.3.4盘梯预制
用0.75mm厚镀锌铁皮放出踏步间内外侧板的间隔样板，在内外侧板上画线后，组装踏步与内外侧板；整个盘梯预制成两段。
5.3.5转动浮梯预制
首先在浮顶上安装好浮梯轨道，然后组焊浮梯；浮梯轨道组焊时两个轨道间隔应适当放大。
5.3.6量油管、导向管预制
量油管、导向管的预制在浮顶上进行，将钢管沿其轴向接成整根，严格控制其垂直度，并提前钻好取样孔。
5.3.7中央排水管的预制
在预制平台上组装好排水管，然后进行压力试验和动态气密性试验，解体后从人孔或搅拌器孔移进罐内进行安装。
5.4边缘板铺设与焊接
5.4.1画线
画出边缘板的外边缘线，外边缘半径应按式5.4.1进行放大：
RC=（R+3N/2π）×1/COSarctgA（5.4.1）
式中RC：
实际放线半径
R：
图纸设计半径
N：
边缘板数量
A：
基础坡度比值
5.4.2铺设组对
1、铺设前将边缘板的垫板与边缘板点焊固定。
2、用吊车直接铺板，调整对口间隙并点焊固定，点焊长度不小于80mm。
为控制焊接引起的变形，在整条对接焊缝上安装两个反变形卡具（见图5.4.2）。
图5.4.2边缘板卡具安装图
图5.4.3边缘板外侧300mm对接焊缝焊接
5.4.3边缘板外侧300mm对接焊缝焊接
1、底层边缘板与垫板的结合角处用氩弧焊进行封底焊接。
2、用手工电弧焊进行焊接（见图5.4.3）。
3、焊接时多名焊工沿整个圆周均布，同时焊接。
4、初层焊道进行渗透检测，填充完毕后对外侧300mm打磨平滑后进行磁粉检测和X射线无损检测，射线检测时间为焊后24小时。
5.5中幅板铺设与焊接
5.5.1中幅板铺设、组对
1、在罐基础顶面画出垫板铺设线。
2、铺好罐底板垫板，并设置伸缩缝，伸缩缝上下分别插入垫板。
3、用吊车由中心板带向两侧铺设，先铺条形板，后铺带形板。
4、边铺设、边调整对口间隙，将底板与垫板单侧点焊固定。
5、铺设完毕后，对先焊的焊缝进行调整，调整好间隙后，用连接板进行固定。
6、为防止焊接时引起钢板端部凸起，在T型焊缝处用方销将端部焊缝向上楔起6～8mm（见图5.5.1中幅板反变形图
图5.5.1）。
7、中幅板与边缘板连接处焊接前，中幅板宜搭接在边缘板上至少100mm，且中幅板边缘处于自由状态；待边缘板焊缝和中幅板焊缝焊完后，再切割中幅板的预留量，然后进行组对焊接。
5.5.2中幅板的焊接
1、中幅板采用CO2气体自动保护焊封底，碎焊丝填充、自动埋弧焊盖面，其焊接参数见表5.5.2。
中幅板焊接参数表5.5.2
焊接
部位
焊接
层次
焊接方法
填充材料
焊接电流
（A）
焊接电压
（V）
焊接速度
（cm/min）
中
幅
板
打底
GMAW
ER50-6
Φ1.2
245～275
28～34
30～50
填充
SAW
碎丝H08A
1.0×1.0
盖面
US-36
Φ3.2
540～580
32～36
25～40
2、CO2气体自动保护封底焊（见图5.5.2-1）采用分段退焊，焊高5mm。
3、填充碎焊丝自动埋弧焊（见图5.5.2-2），在焊接通长缝时，应采取防变形措施（见图5.5.2-3）。
图5.5.2-2碎焊丝自动埋弧焊
图5.5.2-1CO2气体自动保护封底焊
图5.5.2-3中幅板通长焊缝反变形图
4、中幅板焊接顺序见图5.5.2-4。
图5.5.2-4中幅板焊接顺序图
5、中幅板T型焊缝三侧200mm内根部采用CO2气体自动保护封底焊，焊后打磨进行渗透检测，采用手工电弧焊填充、盖面。
6、距边缘板1m范围内焊缝暂留不焊接，在与边缘板组对合格后再焊接。
5.6底圈壁板的组焊
5.6.1画线
按式5.3.1计算出的周长数据，计算出壁板安装线的放大数值，进行画线并安装挡板，如图5.6.1所示。
图5.6.1底圈壁板安装图
5.6.2卡具安装
图5.6.2壁板固定卡具安装图
壁板组立前，预先安装好各种组装固定卡具，如图5.6.2所示。
5.6.3调节
图5.6.3壁板控制垂直度卡具支撑
用吊车将壁板吊装就位，用方销调整并卡紧，安装立缝组对卡具及壁板控制垂直度卡具支撑（见图5.6.3）；调节立缝对口间隙、错边量、弧度、垂直度及上口水平度，使之符合图纸及标准规范要求。
5.6.4立缝焊接
1、焊好立缝的固定龙门板及引弧板。
2、立缝焊接使用CO2气电立焊机焊接（见图5.6.4）；焊接时，焊机均匀分布；板厚大于24mm时，坡口采用X型，先焊外侧，然后清根，无损检测合格后再焊内侧。
板厚小于24mm时，坡口采用V型，在外侧焊接一次成型。
图5.6.4CO2气电立焊机焊接
图5.7.1内脚手架安装图
5.7第二圈板至顶圈板的组对焊接
5.7.1脚手架搭设
在第一圈板内壁上安装临时脚手架，程序为先挂好三角架后铺设跳板，三块跳板一组并用铁丝绑固，两个三角架间的跳板搭接300mm以上用铁丝绑固，然后安装好立柱、护腰及扶手，最后绑扎安全网，见图5.7.1。
5.7.2卡具安装
1、在准备吊装的壁板上装好各种固定卡具，具体尺寸见图5.6.2。
图5.7.2壁板卡具安装图
2、逐张进行壁板吊装，然后使用立缝专用卡具和环缝组对卡具（10#工字钢）将壁板固定，见图5.7.2。
3、吊装时上下壁板间的环缝每间隔2m使用2mm厚钢片垫起保证组对间隙，调整好后用手工焊固定，再将钢片抽出。
5.7.3壁板焊接
图5.7.3-1环缝焊接
1、组对立缝，检查对口间隙、错边量、水平度、弧度，然后进行焊接。
2、组对环缝，保证内侧平齐及垂直度，环缝组对间隙为1～2mm，大于2mm时，内侧用手工焊进行局部封底。
3、环缝外侧焊接，环缝焊接使用埋弧自动焊机焊接（见图5.7.3-1），6～8台均匀分布，对称同向进行焊接，焊接时用氧乙炔火焰进行预热（见图5.7.3-2），预热温度符合焊接工艺评定。
4、环缝内侧清根、打磨及焊接：
取下环缝组对卡具，用等离子清根设备进行清根，个别清根不彻底的部位用角向磨光机进行修磨；清根后的焊缝成单V型，焊接工艺同外侧。
5、将内侧焊道及两侧焊疤打磨平滑，打磨时采用自动修平机（见图5.7.3-3），如有低于0.5mm的缺陷进行修补。
6、在第二圈壁板内侧搭设临时脚手架准备下圈壁板的安装，方法与上相同。
7、搭设完三圈脚手架后，安装第四圈的脚手架时，先拆除第一圈的跳板及三角架倒运到第四圈进行搭设，其余各圈往复依次拆除、安装，直至罐壁安装完毕。
8、拆除脚手架及脚手架的挂件，运出罐外。
图5.7.3-3自动修平机进行打磨
图5.7.3-2环焊缝焊接预热
5.8大角缝的组对焊接
5.8.1大角缝的组焊在第三圈壁板组焊完毕后进行。
5.8.2组对时内外同时进行，边组对边测量整体垂直度、各圈壁板垂直度、罐的椭圆度。
5.8.3组对大角缝时，人孔下端留1.5m范围内不点焊，留做排雨水用，待浮顶组装完毕后上水试验前进行焊接。
5.8.4封底焊由数名焊工沿周向均布同向焊接，焊接完毕后进行渗透检测。
图5.8.5大角缝平角自动埋弧焊
5.8.5填充焊用机进行焊接（见图5.8.5），焊接时先焊内侧角焊缝，再焊外侧；焊接外侧时，要制作临时轨道。
5.8.6大角缝内侧用角向磨光机修磨与母材呈平缓过渡。
5.8.7大角缝焊接完毕打磨光滑后，焊道表面做渗透检测，待上水试验完毕后再做一次渗透检测。
5.9边缘板对接缝、龟甲缝的组对焊接
5.9.1边缘板的对接焊缝先进行手工打底焊，再进行自动或手工焊填充。
5.9.2将中幅板边缘垫起，切割多余部分。
5.9.3切割后组对点焊固定并进行CO2气体自动保护打底焊接，再进行自动埋弧焊接；焊接时多台焊机对称分布同向焊接。
图5.10.1-1浮顶组装式新型节点平台
5.10浮顶安装
5.10.1安装浮顶临时架台，临时架台（见图5.10.1-1）采用便于拆卸、调节的浮顶组装式新型节点平台，其结构见图5.10.1-2。
5.10.2铺设浮顶底板，边铺设边点焊固定。
5.10.3在浮顶底板上画出环板、隔板、桁架等相关附件的位置，将该处底板的焊缝先焊好400～500mm长，然后进行真空试漏与煤油渗透。
5.10.4安装环板、隔板、桁架等相关附件。
图5.10.1-2浮顶组装式新型节点平台图
5.10.5焊接浮顶底板焊缝，由中心环舱向外侧环舱依次进行焊接，焊接时，先焊长缝，后焊短缝（见图5.10.5）。
图5.10.5浮顶底板焊接顺序
5.10.6焊接背部密封焊焊缝。
5.10.7铺设浮顶顶板，边铺边与环板、隔板、桁架等焊好；铺设顶板时，对准支柱的位置，预先开好底板和顶板的开孔，安装好支柱套管。
5.10.8安装浮顶其它附件，不能从罐壁开孔进入到罐内的附件应在浮顶安装之前吊入罐内。
5.11加强圈、抗风圈安装
5.11.1在罐壁上画出加强圈、抗风圈的位置线，安装好三角架，吊装加强圈、抗风圈。
5.11.2吊装从盘梯开口处的加强圈、抗风圈开始，向两侧进行。
5.11.3组对工作在罐壁临时滑车或吊篮上进行。
5.12充水试验
5.12.1充水前按GB50128-2005中相关要求进行检查，合格后在浮船边缘板与罐壁间设置8组可调节顶轮，防止上水过程中浮顶漂移偏位，损坏导向管和量油管。
5.12.2储罐充水速度根据图纸要求和GB50128-2005中有关条款要求进行。
充水的同时检查转动浮梯的灵活性及行走轨迹、量油管及导向管有无卡涩现象、罐壁焊疤的清理、浮顶及罐壁的严密性及强度、浮顶边缘板与罐壁的间距等项目。
5.12.3上水高度为设计容量的最大允许高度，达到高度后连续三天基础平均沉降量无明显变化即可放水。
5.12.4放水时控制放水速度以满足内防腐的要求。
5.12.5当水位达到比浮顶最低位置高出300mm时停止放水，调整各个立柱的实际需要长度，对支柱逐个进行调整完毕后，再放水使浮顶落底，调整公式：
L=H-L0-H0（式5.12.5）
式中：
L：
浮顶支柱销孔至支柱底端部需要的实际长度（mm）
H：
罐底至套管端部的长度（mm）
L0：
套管端部至支柱销孔中心的距离（mm）
H0：
测量时浮顶比设计高度高出部分（mm）
5.12.6放水后对储罐清理检查。
5.13劳动力组合
施工劳动力组合表表5.13
序号
工种
人数
作业天数
工日
1
铆工
20
60
1200
2
电焊工
30
60
1800
3
自动焊工
16
45
720
4
气焊工
8
60
480
5
管工
2
30
60
6
起重工
10
60
600
7
探伤工
8
60
480
8
电工
2
60
120
9
力工
15
60
900
10
钳工
2
60
120
11
操作手
10
60
600
合计
123
7080
6材料与设备
6.1储罐主要施工机械、设备（表6.1）
储罐施工主要机械、设备表6.1
序号
名称及规格型号
单位
数量
备注
1
龙门式数控切割机SKG4F型
台
1
2
半自动火焰切割机BGH-80
台
4
3
数控卷板机MCB3060
台
1
4
25t汽车吊
台
1
5
16t履带式吊车
台
1
6
叉车470型
台
1
7
立焊机EGW-CNC-Ⅲ600KW
台
6
8
横焊机AUTONA-3600KW
台
12
9
平角焊机AUTONA-3600KW
台
4
10
电焊机ZX-700
台
25
11
气体保护半自动焊机NBC-500X
台
6
12
等离子清根机
台
2
13
自动修平机
台
2
14
焊剂干燥箱YJJ-A-20012kw
台
2
15
焊条烘干箱YDHA-10010kw
台
2
16
水泵10SH-6
台
1
17
立式吊板卡具8t
套
1
18
立式吊板卡具5t
套
2
19
平式吊板卡具3t
套
3
6.2储罐主要施工措施、手段用料（表6.2）
储罐施工主要机械、设备表6.2
序号
名称及规格型号
单位
数量
备注
1
10#槽钢
米
120
防变形
2
20#槽钢
米
500
切割平台
3
撬棍
个
30
4
φ159×6钢管
米
400
胎具
5
钢板δ=20mm
M2
40
预制平台
6
立缝卡具
个
70
7
方眼块
个
300
8
方销
个
1500
9
圆销
个
450
10
背钢10#工字钢
个
250
11
龙门板δ8
个
900
12
大龙门板δ10
个
100
13
八字铁
个
1500
14
罐壁支撑
套
80
15
浮顶临时架台
套
1
16
罐壁行走小车
辆
6
17
三角架
个
650
18
2.8米长钢跳板
块
2500
19
临时防护栏杆扶手
套
2
20
加减丝
个
10
21
滚板机进出料平台
套
1
7质量控制
7.1施工主要技术标准及验收规范（表7.1）
施工主要技术标准及验收规范表7.1
序号
标准号
标准名称
1
GB50128-2005
《立式圆筒形钢制焊接储罐施工及验收规范》
2
GB50341-2003
《立式圆筒形钢制焊接储罐设计规范》
3
JB4708-2000
《钢制压力容器焊接工艺评定》
4
JB/T4709-2000
《钢制压力容器焊接规程》
5
JB4730-2005
《承压设备无损检测》
7.2罐体几何尺寸质量控制
7.2.1严格控制每圈壁板的垂直度、水平度、弧度、对缝间隙、错边量。
通过第一圈壁板的调节卡具及楔铁的调节使第一圈壁板的垂直度不大于3mm，相临两点水平度不大于2mm、任意两点不大于6mm，每张板最少检查3点；其他各圈壁板环缝及垂直度采用10#工字钢进行调节，间距约为995mm；组对壁板纵缝时，采用3组纵缝组对卡具进行调节，使纵缝间隙控制在4-5mm之间，错边量控制在1/10板厚之内且不大于1.5mm，组对后检查每条焊缝，最少检查3点。
7.2.2浮船底板焊接时先将每
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