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纯碱筒仓制安工法
编制:
XXX
中国XXXXX建设公司
一九九O年六月
一、前言
二、施工工艺
三、工艺程序
(一)组装工艺
(二)桅杆的选择
(三)其它工艺要求
(四)焊接工艺
四、机具设备
五、质量标准
(一)质量标准
(二)质量控制流程图
(三)组装技术要求及质量控制方法
六、劳动组织
七、安全措施
八、经济分析
(一)主要手段用料
(二)主要消耗材料的单吨耗量
(三)机械台班(单吨台班数)
(四)物资管理措施
(五)综合技术经济分析
九、工程应用实例
(一)概述
(二)施工机具的选择
(三)经济技术分析
附录
附录一筒仓施工管理
附录二中心桅杆的选择及校核
附录三内环群抱的选择及校核
附录四几种施工方法的经济技术性比较
附图一节点详图
附图二抱杆布置平面示意图
附图三纯碱筒仓施工场地布置图
附图四筒仓施工网络图
一、前言
在大型立式金属储罐的施工中,广泛应用了倒装法,但受设备的结构型式、设备重量、现场条件等因素的限制,常用的气体顶升法、中心桅杆倒装法和群抱抬吊等施工方法,在重量较大、下部附件较多、结构较为复杂、高度与直径之比较大(H/D>2)的筒型储罐施工中,就不适用了。
本工法采用下部正装、上部倒装的施工方法。
倒装采用中心桅杆和内环群抱相结合。
由于综合了各种施工方法的优点,所以本工法具有高空作业少、不需大型起重机械、手段用料少、施工机械设备简单、受现场环境条件的影响不大,便于掌握和操作等优点(详见附录四《几种施工方法的经济技术性比较》)。
在连云港碱厂纯碱筒仓的施工中,采用了本工法,收到了很好的效益。
以本工法和纯碱筒仓为研究对象的QC成果《合理安排施工,提高筒仓制安水平》,获中化总公司第八次成果发布一等奖。
二、施工工艺
在大型金属储罐施工中,群抱抬吊法是倒装法常见的一种方法。
为了解决储罐下部附件较多,结构较为复杂、工程量较大的问题,对储罐的下部采用的是正装法,这样便于内部附件的吊装组对和焊接,改善了工作环境。
纯碱筒仓为头重脚轻结构,且高度与直径比大于2,因此,一旦群抱中某一点发生故障,就可能出现筒体的倾倒现象。
用缆风绳扶罐头,在倒装起吊的过程中,操作较为繁琐,并且安全性也并不可靠。
用中心桅杆来防止筒体的倾斜,操作就比较简便了,不需每次提升筒体时都要松缆绳,并且可利用中心桅杆来解决因安装高度不够,内环群抱在罐内无法安装的问题、即罐顶和最上两带板的吊装问题。
群抱在罐内安装后,便可利用内环群抱抬吊筒体,达到组装整体储罐的目的,当储罐整体组焊完后,拆除群抱和倒装用的临时内外钢平台,再利用中心桅杆组焊上下活动临时操作台,进行罐体的内防腐工作。
如图一所示。
三、工艺程序
(一)组装工艺
在基础上焊制裙座及底圈筒体板→吊装在平台上顶制好的圈梁及十字梁板(下片)→组焊十字梁及十字梁腹板→吊装在平台上预制好的圈梁及十字梁板(上片)→吊装预制好的漏斗→组焊下面第二带筒体板→组焊漏斗→安装中心桅杆、搭设倒装用内外钢平台→搭设顶板胎具及组焊最上一带板→组焊顶板→利用中心桅杆吊装顶板和最上第一、二带板→安装内环群抱→利用环抱抬吊罐体→拆除群抱及倒装用钢平台→安装内防腐用上、下活动钢平台→筒仓的内防腐→拆除中心桅杆及活动平台→组焊中心顶板→中心顶板焊缝处的防腐→筒仓制安结束。
(二)桅杆的选择
1、本工法中,中心桅杆是关键,它起到了一杆多用的作用。
(1)利用中心桅杆起吊顶板和第一、二带筒体板;
(2)起安全防护作用,可防止筒体在倒装过程中倾斜;
(3)用活动平台的滑道和支承杆,以防止防腐时平台上下活动碰坏防腐层和平台的倾斜。
在中心桅杆的选择上,力求选择直径较小的钢管,以便安装和拆除。
根据上述三种作用中的受力情况,仅对其在起吊顶板和第一、第二带筒体板的受力情况进行分析,对其稳定性进行验算、计算,吊装时,应注意桅杆起吊用的吊点不在桅杆的最顶端,其目的是为了尽量减少桅杆的细长比,尽量增加起重量。
如图二所示。
2、利用群抱进行倒装时,在筒体内应设置胀圈,为防止吊耳直接在筒体上,对筒体造成不良影响,下吊耳应焊在胀圈上。
吊装时,胀圈与筒体的接合形式如附图一所示。
(三)其它工艺要求
1、倒装用平台的安装高度与正装的最上一带筒体板上口平齐,平台的安装形式和结构如图二所示。
2、在待围壁板内侧面倒链所在位置(群抱位置),把壁板高度划分成若干等分,并注明数字做为观察罐体提升高度的标记。
3、外侧立缝的盖面应待内侧立缝焊完后再焊。
4、内外两壁板要留出5mm左右的顶升间距。
由于待安装壁板不在本身圆周位置,其周长加大。
为了保证周长的实际尺寸,因此,待安装壁板要保留一道或若干道对称的立缝不焊。
立缝活口处理办法如图三所示,图中两个倒链要稍稍收拢,在待安装壁板外侧上端每隔一定距离(1000mm左右),还要点焊一块控制上、下两带板环缝对口错位的限位板,如图三所示。
5、在提升罐体时,标记在待组装壁板内侧的数字逐渐从壁板下显露出来。
根据这些数字统一指挥,严格控制倒链,使提升速度步调一致。
当筒体出现倾斜时,要将低处倒链拉紧,高处倒链放松,并敲击振动,使筒体克服摩擦死点恢复平衡。
当筒体提升到其下端比待组装壁板高10mm左右时,使其固定在这一高度,同时收紧待组装壁板立缝活口倒链,利用壁板上的限位板,使上下两带壁板环缝对齐,并将活口立缝点焊牢固。
此时,焊工立即沿环缝均布,采用放松提升倒链或者把下面壁板向上撬的办法,调整两带壁板的环缝对口间隙,实施点焊。
点焊长度应予以保证,可每隔300mm点焊30mm长度的焊道。
点焊后,按照先立缝、后环缝的顺序,对所有未焊的焊缝施焊。
这时罐内刚组装的壁板立缝也暴露出来,清根后同时焊接。
为改善工作环境,环缝的清根工作可在罐外进行,即先焊罐内环缝,后焊罐外环缝。
6、在中心顶板的中心,焊一法兰短管,通过该孔利用吊笼进行该焊缝处的防腐工作。
如图四所示。
7、制做如图五所示的弧板带头压制胎具。
8、由于受施工现场的环境、条件和吊车行驶道路限制,本工法采用卷扬机进行牵引滑动围板的配合方法。
如图六所示。
卷扬机钢丝绳在平台上的改向滑轮要与吊车相对成180°,卡钢板的钢板卡子要卡在需拉钢板长度向的四分之一处(不得小于1/4L)。
这样可利用罐体呈圆形的特点,使牵引绳与钢板卡子卡住的钢板成环型线,从而使牵引绳紧紧压住了钢板的一角,以防钢板在滑动时向外倾斜,确保钢板能紧贴着罐壁顺利地朝着需要的方位滑动。
为防止钢板倾倒,还须在固定筒体上焊临时限位装置,个数从90°~180°~270°不少于6个。
(见图六)
(四)焊接工艺
本工法对焊接工艺要求如下:
1、顶盖焊接
(1)包边角钢的焊接顺序:
应先焊角钢对接缝,再焊内部搭接角焊缝,最后焊接外部搭接连续角焊缝。
(2)顶板焊接顺序
a、先焊内侧的断续焊缝,后焊外部的连续焊缝;
b、连续焊缝应先焊环向短环缝,再焊径向长焊缝,长缝的施焊由中心向外分段退焊。
2、筒体焊接
(1)壁板对接焊缝的坡口型式
a、壁厚≤9mmb、壁厚≥10mm
c、环缝坡口
(2)参加筒体焊接的焊工,应均匀分布,并沿同一方向分段倒退焊接。
(3)焊接顺序
a、带板围好后,留出活口,其余纵焊缝从外侧焊一至二遍,然后起吊筒体,组对环缝。
b、纵焊缝从外侧焊够一定厚度后,方可进行环缝焊接。
c、下带板的纵焊缝全部焊完后,方可进行环缝焊接。
3、筒底焊接
(1)环形底板在基础上组对,其对接焊缝垫起15mm,作为反变形量。
焊接中密切注意变形量,当接头达到平整时,停止焊接,剩余焊接量等第一带板组对完毕后焊接。
(2)第一带板与环形底板的角焊缝,应有多名焊工均布,先里后外或里外同时分段退焊。
(3)圈梁及十字梁上下板的对接焊缝,应尽量在地面焊接,以减少仰焊。
当出现仰焊时,应先焊仰焊,再在平焊位置气刨、焊接。
(4)十字梁腹板、筋板的焊缝,应在与圈梁及十字梁下板组对成型后焊接,焊工应对称分布跳开焊接,不得在一个接点一焊到底,焊接中应密切注意焊接变形,一旦出现问题,立即停止。
(5)漏斗焊接时,应十分注意丁字焊缝处的质量。
(6)筒底各部焊缝坡口型式。
a、环形底板对接焊缝的坡口:
b、圈梁及十字梁上下板与十字梁腹板的坡口形式
c、漏斗、锥斗的对接焊缝的坡口形式参考筒体的形式执行。
d、锥斗与漏斗不等厚对接缝的坡口形式:
四、机具设备
主要机具设备一览表
序号
名称
型号
数量
备注
1
滚床
25×3000
1台
2
半自动切割机
100
3台
3
手拉葫芦
HS10(10t)
12个
2个备用
4
空压机
9/7
1台
5
手拉葫芦
2t
4个
6
电焊机
26KW
2台
直流
7
电焊机
12KW
10台
直流
8
油压千斤顶
200t
2个
9
钢丝绳式手拉葫芦
QY3
1个
10
电动角向磨光机
φ100
10把
11
风动砂轮
φ150
15把
12
焊条烘干箱
500℃
1台
13
焊条烘干箱
250℃
1台
14
履带吊
15t
1台
15
触电保安器
12块
16
行灯变压器
220V/12V
1个
17
拉力表
8t
6块
18
轴流风机
φ500
2台
19
卷扬机
5t
1台
20
X光探伤机
TX-2505
1台
21
超探仪
CTS-22
1台
五、质量标准
(一)工程质量应符合GBJ236-82和HGJ210-83的规范要求,并参照ACI313-77《美国筒仓设计与施工建议》中的有关规定。
(二)质量控制流程图,见附图六。
(三)组装技术要求及质量控制方法
1、组装前,应对每块板进行弧度复测,不符合预制要求的重新找,但要防止锤痕。
2、为防止焊接裂纹和减少焊接应力,应避免强行组对。
3、壁板组装前,应在底板上划出第一带板的组装圆周线,并沿圆周内侧,每隔一定距离点焊定位角钢,应注意其长度为设计内径的计算周长加壁板立缝的焊缝收缩量。
4、组装时,应在顶盖上和组装的底面上,以离中心300~500mm的圆周上,做出2~3点(互为90o或120o),并在顶盖上挂一下小于2kg的线坠,使组装过程中,线坠与理论中心的距离不大于相应组装高度的壁板垂直度的允差范围。
5、每带板焊接前和焊接后,必须测量其几何尺寸,包括周长、水平半径、凹凸度等,全部合格后作好记录,方可进行下道工序的施工。
6、组装后,简体几何尺寸应满足下列要求:
几何尺寸允许偏差表
序号
项目
允差
备注
1
筒体高度
±5/1000
为设计高度
2
水平半径
±13mm
罐壁任意点
3
实际周长不大于组装周长线的
±0.2/1000
每圈壁板侧上下两处
4
每圈壁板的垂直度偏差不应大于其高度的
3/1000
5
局部凹凸度
≯13mm
壁板沿水平和垂直方向至少测量两处
6
罐顶成形后与样板的间隙
焊前
≯6mm
焊后
≯15mm
六、劳动组织
各主要工序的劳动力组织一览表
工作项目
人数(人)
工种
施工
准备
漏斗
预制
预制和
正装
倒装和
预制
内外
防腐
扫尾
铆工
10
7
15
8
2
4
电焊工
4
4
10~12
10~12
1
2
气焊工
2
3
4
4
1
1
电工
2
2
2
2
2
2
探伤工
4
4
4
4
起重工
6
2
8
12
4
4
油工
2
2
6
2
其它用工
2
2
5
4
2
工期(天)
13
12
40
25
15
5
耗工(工日)
420
288
2080
1200
270
75
需耗总工时4483个,工期110天。
劳动力平衡表
人数(名)
52人
48人
48人
24人
15人
n×10天
123456789101112(天)
施工
准备
部件预制
正装和预制阶段
倒装和预制阶段
内外防腐
完善
主要工序
七、安全措施
(一)所有参加施工人员,必须熟悉安装方案及国家或部颁的有关安全条例,并在施工中严格执行。
(二)在吊装中,应随时检查受力和缆风绳,发现异常情况立即停止施工,进行检查处理。
(三)仓内照明应采用低压照明线路,电压不得大于12V,如采用碘钨灯照明,仓外电源线路上,必须安装触电保护器。
(四)应做好接零接地,现场的电源和各线路,应严格管理,防止触电事故。
(五)进入容器施工,必须配戴规定的防护用具,打磨时,应用风动砂轮,如用电动砂轮,则容器外必须接触电保护器。
应做好置换通风等工作,容器外应有专人监护,监护人员必须坚守岗位。
(六)随时检查提升用的导链,应使其处于良好的使用状态。
起吊时,应统一指挥。
(七)为防止导链受力不均,除在待安装壁板上划出刻度,在吊装过程中使罐体各吊点的提升速度一致外,还应每隔一吊点设置拉力计一块,以便随时观测各点受力情况。
(八)群抱和中心桅杆在其吊装过程中,应处于铰支状态。
中心桅杆吊完顶板后,应与十字梁(或罐底)焊牢。
(九)以筒仓中心为圆心,半径15m范围内为安全警戒区。
作业平台下,应挂安全网,且应伸出平台2m。
作业台上的工具应摆放整齐有序,小型工具材料应用工具袋装拿,以免掉下伤人,施工现场应设明显标志,非工作人员不得入内,作业平台下严禁站人。
(十)在安装过程中,每带板都应在当天组装完毕,点固后,放稳在组装平台上。
(十一)应避免在大于4级风的情况下起吊安装。
八、经济分析
(一)主要手段用料
序号
材料名称
规格材质
数量
用途
1
钢板
δ=20A3F
165m2
预制平台
2
钢管抱杆
c219×10,L=4.5m,20#
10根
群抱
3
钢管抱杆
φ273×10,L=20m,20#
1根
中心桅杆
4
脚手钢管
Dg32A3F
50根
5
槽钢
[18A3F
250m
6
槽钢
[12A3F
250m
7
槽钢
[10A3F
50m
8
花纹板
δ=4.5A3F
25m2
(二)主要消耗材料的单吨耗量
序号
材料名称
规格
单位
数量
1
电焊条
T507、φ4.0
Kg
11.07
2
电焊条
T507、φ3.2
Kg
5.04
3
氧气
M3
2.36
4
乙炔
M3
1.78
5
碳精棒
φ6.0
根
1.15
(三)机械台班(单吨台班数)
序号
机械名称
规格
单价
台班数
1
卷板机
25×3000
96.21
0.20
2
履带式起重机
15t
97.01
0.62
3
卷扬机
5t
15.24
0.62
4
空压机
9/7
75.12
0.70
5
电焊机
17.70
4.73
6
电焊条烘干箱
500℃
6.54
0.78
7
X光探伤机
TX-2505
32.16
0.34
8
超声波探伤仪
CTS-22
24.63
0.78
9
半自动切割机
100
3.35
1.13
(四)物资管理措施
1、材料应符合本公司《质量控制手册》规定。
2、所有材料均应有材料合格证,并符合设计文件及有关规范的要求。
3、材料应按不同规格、材质分类堆放,妥善保管,并做好材料标志的转移。
4、焊接材料应放置在干燥通风的地方。
5、实行限额领料制度,根据计划监督检查。
(五)综合技术经济分析
实践证明,本工法较其它施工方法,具有机械台班费少、施工方法简单,便于操作,手段用料少、施工速度快、安全性较可靠特点。
这是因为:
1、采用中心桅杆后,吊装顶板不需要大吊车,并且内防腐不需搭设满脚手架,这样施工速度较快,安全性也较好,手段用料相应地也就用的少了。
2、采用群抱抬吊法较整体正装的优点是众所周知的。
较气顶法也具有施工机具简单,操作方便、安全可靠等优点。
3、由于采用了下部正装,上部倒装的施工工艺,因此,施工环境较好,安全可靠,机械费用低,手段用料较少,施工速度快,耗工较少。
4、由于采用了牵引滑动围板法,避免了不必要的吊车大幅度带荷升降、转杆产生的吊车带荷大幅度冲击摆动,相应地减少了多工种交叉作业时的事故发生。
因为吊车减少了带荷行走,减少了事故的发生,减轻了工人的劳动强度,加快了施工进度,提高了工作效率,同时也降低了材料的消耗。
九、工程应用实例
(一)概述
江苏连云港碱厂和河北唐山碱厂,均有纯碱筒仓三台。
其各项参数如下表所示。
筒仓性能参数一览表
序号
名称
性能参数
1
规格
φ×h×δ=10000×20415×(8-30)
2
总高
24450mm
3
材质
16Mn
4
焊接材料
T507
5
设备净重
161,262Kg
6
设计规范
参考ACI313-77《美国筒仓设计与施工
建议》及DIN1055《西德筒仓设计规范》
7
验收规范
GBJ236-82、HGJ210-83
8
焊缝探伤比例
纵缝20%,环缝15%
9
焊缝探伤合格级别
GB3323-82Ⅱ级
10
圈梁及十字梁探伤比例
全部对接焊缝做100%X射线探伤
(二)施工机具的选择
1、抱杆的选择
经验算,中心桅杆选用φ273×10无缝钢管,材质为20#钢,受力段杆长L=15m,
总长为20m。
内环群抱10根,规格为φ219×10,杆长为4.5m。
2、其它施工机械的选择
详见第四章主要机具设备一览表。
(三)经济技术分析
1、几种施工方案的经济技术对比表(详见附录四)
2、连碱筒仓实际效果
(1)工程成本为96.5万元,单吨综合费用为0.20万元/吨。
(2)实际耗用工时13449个,单吨综合耗工为27.8个。
(3)单台最短工期110天。
附录一筒仓施工管理
附录二:
中心桅杆的受力计算及步骤
1、初选桅杆的规格、材质、计算受力段杆长L和桅杆总长L0
查表:
截面积A,惯性距I
截面系数W,惯性半径r,单位杆长重量g
2、计算细长比λ=L/r
3、求稳定系数φp
(1)求稳心率ε=eA/W
式中e为偏心距,根据ε和λ查表求得φp
4、计算正压力
P=P+G/Z+t+∑S
(1)式中P为总计算载荷
P=(Q+q)k1.k2
式中Q为顶板及第一、第二带板总重量,
q为附加载荷
k1为超载系数,一般取1.1~1.5
k2为动载系数,一般取1.1~1.5
(2)t为缆风绳予拉力的垂直分力
t=0.7T(n-2)sina
式中,n为缆风绳数
a为缆风绳与地面夹角
根据n和a,可查表求得T
(3)∑S为拉动导缆的总拉力
∑S=n×S
式中,n为导链的总个数
S为拉动导链的拉力,可根据导链起重量,查表求得。
(4)桅杆自重G=Log
式中,Lo为桅杆总长度
g为单位杆长重量
(5)稳定性验算
δ=P/φA
如果[δ]>δ,则桅杆安全
[δ]可查表求得
附录三:
内环群抱的选择及校核
1、群抱数量、规格、材质初选
查表求得:
A、I、W、r
2、计算细长比λ=L/r
式中L为群抱杆长
3、计算正压力P
(1)总计算载荷Po=(Q+q)k1.k2
式中,Q为仓体最大起重量;
q为胀圈、导链、绳索具等总重量;
k1为超载系数,一般取1.1~1.5
k2为动载系数,一般取1.1~1.5
(2)每根抱杆的计算载荷
P=PO/n
式中,n为群抱总数
(3)计算拖拉杆的垂直分力
T′=Tsina=ptgαtgθ
PZ=P+T′
4、求稳定系数φp
(1)偏心率ε=eA/W
式中e为偏心距
(2)根据ε和λ查得φp
5、稳定性验算
δ=Pz/(φp.A)
如果(δ)>δ,则抱杆安全
附录四:
几种施工方案的经济技术性比较
序号
施工
方法
优点
缺点
工期及施工成本等
1
整体倒装法
1、吊装方便,大型机具用量少
2、组装、焊接质量
易保证
3、较安全,手段用
料较少
1、筒仓下部安装困难
2、工作环境差
3、倒装时稳定性不好
工期:
145天/台
施工成本:
~107万元
手段用钢材:
~6t
2
分片正装法
1、使用机具少
2、可用小桅杆上板
1、劳动强度大,探伤困难
2、安全性差
3、组装焊接质量不易保证
4、手段用料多
工期:
180天/台
施工成本:
~125万元
手段用钢材:
~30t
3
分节正装法
比方案
(2)较能保证焊接及组装质量
1、环缝焊接质量不易保证
2、要用大吊车或大桅杆,机械费高
3、安全性差
工期:
160天/台
施工成本:
~140万元
手段用钢材:
~30t
4
下部正装上部倒装法
1、吊装方便,组装及焊接易保证质量
2、较安全
3、劳动环境好
4、机械费用较低
5、稳定性较好
吊具不易布置
工期:
110天/台
施工成本:
~96.5万元
手段用钢材:
~7t
(实际单台耗工4483工日)
(单吨综合耗工为27.8个)
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