大型低温乙烯罐施工方案.docx
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大型低温乙烯罐施工方案
大型低温乙烯罐施工方案
一、工程概述
本台20000m3低温乙烯罐为LG渤海化学有限公司35万吨/年氯乙烯装置的原料存储单元,建设地点位于天津塘沽临港工业区。
设计单位为日本石井铁工(IIW),监理单位是成达工程公司监理分公司。
工程实际开工日期为2005年10月5日,实际竣工日期为2006年8月25日。
下图为现场已竣工投用的20000m3低温乙烯罐。
二、储罐结构
本台20000m3低温乙烯储罐为双壁立式圆筒形钢制焊接储罐,外罐结构形式为拱顶平底(水平罐底),内罐结构形式为平吊顶平底。
外罐主要材料为国产16MnR,内罐主要材料为日本进口不锈钢SS304。
内外罐壁之间的环形空间填充一定粒度的膨胀珍珠岩粉末,内罐与外罐底之间的保冷结构从下至上依次为:
t=185mm的珍珠岩混凝土、t=635mm的泡沫玻璃砖(分5层敷设,层间为t=1.5mm的油毛毡防潮层)、t=85mm的干砂。
罐底保冷结构的周围是W=1.5m的保冷环梁用以承载内罐罐体的重量,其结构从下至上依次为t=600mm的珍珠岩混凝土+t=300mm的轻质混凝土。
内罐壁外表面为t=100mm的玻璃棉保冷结构,吊顶表面为t=4×100mm的玻璃棉保冷结构,使乙烯保持处于低温储存状态,拱顶采用环向角钢连接的弧形“H”型钢骨架结构。
储罐总图如下图所示:
三、设计参数
名称
内罐
外罐
内径
φ35000
φ36600
罐高度
22700
24600
储存介质
液态乙烯
乙烯气或氮气
设计压力
-0.5——19.6KPaG
设计温度
-1060C
环境温度
材质
A240-304
GB6654:
16MnR,A53B,A283C,A36
最大充水高度(充水试验)
21700
——
严密性试验压力
——
24.5KPaG
四、主要材料
名称
内罐
外罐
主要板材
A240—304(底5mm,壁6.4-13.7mm)
16MnR (底6mm,壁10-13mm)
顶结构
吊顶(5mm)
拱顶16MnR(8mm)
接管
JISSUS304TP
20#
构件
JISSUS304
16Mn
螺栓/螺母
A320—B8或A194—8或JISSUS304
A307B
法兰
JISSUS304,JISSUSF304
16Mn
垫片
缠绕垫或非石棉垫
缠绕垫或非石棉垫
地脚螺栓
————
Q235D
隔热
材料
罐壁
膨胀珍珠岩+玻璃棉毡
罐底
轻质混凝土+珍珠岩混凝土+泡沫玻璃
吊顶
玻璃棉毡
五、施工工艺
综合比较正装法与倒装法的工期、质量、经济性、安全性等因素,确定本台储罐的内、外罐均采用倒装法进行施工。
根据内、外罐的重量以及液压顶升设备和电动葫芦的特点,外罐采用34套液压顶升设备(最大起升重量约475吨)、内罐采用30套电动葫芦(最大起升重量约250吨)分别实现倒装提升。
施工程序见下面的施工工艺流程图。
20000m3低温乙烯储罐施工工艺流程图
六、施工过程中的主要工序控制
本台储罐在施工过程中,除按照日方设计文件严格施工外,还应着重注意以下环节:
1、基础验收
由于罐底保冷层厚度应尽量均匀,与普通储罐相比,对基础承台的水平度要求更加严格。
按照日方设计文件要求,基础承台的水平度应满足以下要求:
对于基础环梁,每10m弧长内任意两点的高差不大于5mm(GB128-90中该数值为6mm),整个圆周长度内任意两点的高差不大于10mm(GB128-90中该数值为13mm)。
测量方法和点数如下表:
测量部位
同心圆直径
D/4
2D/4
3D/4
D/4
等分测点数
8
16
24
32
下图为基础验收合格后,开始外罐边缘板的组装,图中基础表面的阴影部分为高强环氧树脂沙浆找平涂层:
2、拱顶弧形H型钢预制
首先,由于拱顶板的成形完全取决于拱顶H型钢的曲率,而且型钢与顶板之间要求仰焊,所以对拱顶H型钢的曲率要求比较严格,热煨成型后其扭曲变形不应超过构件长度的0.1%,且曲率变形不大于3mm/m。
其次,由于内罐吊顶的吊杆悬挂于拱顶H型钢的下表面,为保证吊杆的垂直度,要求预组装后每根拱顶H型钢总长误差不大于10mm,因此每根H型钢的预组装均应在现场胎具上进行,为保证吊顶与拱顶的同心度,要求对称吊装拱顶H型钢。
H型钢的预组装过程见下图:
3、承压环预制
由于承压环为外罐拱顶和内罐吊顶的关键承重结构,其厚度远大于外罐壁板(本台储罐外罐壁板的设计厚度为10~13mm,而承压环的设计厚度为34mm),其曲率直接影响到拱顶和外罐壁的椭圆度,而且罐壁承压环板与顶圈壁板之间为对接环缝要求承压环的下坡口从34mm过渡到10mm,坡口宽度达到100mm。
下图为使用胎具进行罐壁承压环板的预制:
4、外罐罐底组焊
外罐罐底的水平度将直接影响到罐底保冷层厚度是否均匀,而且由于内罐吊顶板在同拱顶一起提升之前也将在外罐罐底上进行敷设和焊接,外罐罐底的水平度也将影响到内罐吊顶的水平度,因此必须严格按照焊接工艺进行外罐罐底的焊接,并尽可能采用锤击的方法进行焊接应力释放,以确保外罐罐底的局部不平度小于30mm。
下图为拱顶提升前内罐吊顶在外罐罐底上组焊就绪:
5、外罐液压顶升设备的就位
考虑到液压顶升杆的最小高度为1.4m,而外罐罐壁承压环的高度仅为630mm,因此除保证顶升设备沿罐壁圆周均布以外,还应将每个液压顶升杆的位置选择在相临的2个H型钢之间,以避免与拱顶H型钢发生冲突。
下图为起升前已经就位的液压顶升设备:
6、顶圈壁板的水平度控制
为保证储罐的整体垂直度,顶圈壁板的上表面水平度尤为重要,根据日方设计文件的要求,内、外罐顶圈壁板的圆周上表面水平度为:
每张板的任意2点之间水平度不大于6mm。
需要注意的是,对于本台储罐,外罐顶圈壁板的水平度指的是外罐罐壁承压环的上表面水平度。
下图为罐壁承压环找平后开始吊装拱顶H型钢:
7、壁板下料
为严格控制每圈壁板的周长,以确保储罐的垂直度和内直径,每张壁板应按照设计图纸的尺寸下净料(考虑1~3mm的组对间隙),以防止以往预留封口板而产生组对的任意性,从而导致局部垂直度失控,即所谓的“穿裙子”现象。
另外组对和施焊时必须遵守“先纵缝后环缝”的顺序,以便将焊接变形控制在最小状态。
下图为采用液压顶升逐圈进行外罐罐壁的倒装施工。
8、保冷承重环梁和罐底保冷层的施工
外罐主体完工后,罐底保冷承重环梁和罐底保冷层的施工就成为本台低温储罐的施工重点。
保冷施工的重点是调整合适的物料配比—水、骨料、水泥、加气剂的配比,以满足设计文件对2种混凝土(下部为膨胀珍珠岩混凝土,上部为轻质混凝土)下列参数的要求:
塌落度、湿容重、抗压强度、导热系数,其中塌落度和湿容重的数据由现场实测获得,抗压强度和导热系数由具备相关资质的实验室通过对送检样品的实验而获得,是保冷工程施工必须严格控制的参数。
2种混凝土的相关设计参数见下表:
●膨胀珍珠岩混凝土试件
抗压强度
(一周后)
抗压强度
(四周后)
热传导系数(烘干)
烘干密度
坍塌度
湿密度
≥1.6N/mm2
≥2.1N/mm2
0.18W/m°K
≤0.75kg/L
6—16cm
≤0.85kg/L
●轻质混凝土试件
抗压强度
(四周后)
热传导系数
(烘干)
烘干密度
坍塌度
湿密度
≥21N/mm2
0.59W/m°K
≤1.8kg/L
13—18cm
≤1.95kg/L
下图是现场制作的导热试件及现场测量塌落度和湿容重:
9、焊接工艺
●焊材选择
根据设计文件,本台储罐所涉及的母材及焊材对照表如下:
序号
母材种类
焊条牌号
1
A240-304+A240-304
NC-38(日本)
2
SUS304+16MnR
NC-39(日本)
3
16MnR+16MnR
E5015
4
Q235+Q235
E4303
5
Q235+16MnR
E4315
●焊接参数
根据日方设计文件提供的焊接工艺评定,不同焊接位置的焊接参数见下表:
焊条规格
焊接位置
E4303/4315
E5015
NC-38/NC-39
φ3.2
平缝或横缝
85-140A
7.0Cm/min以上
90-130A
7.0Cm/min以上
70-115A
7.0Cm/min以上
纵缝或仰缝
60-120A
6.8Cm/min以上
80-120A
6.8Cm/min以上
65-110A
6.8Cm/min以上
φ4.0
平缝或横缝
130-190A
7.5Cm/min以上
130-180A
7.5Cm/min以上
95-145A
7.5Cm/min以上
纵缝或仰缝
100-160A
7.0Cm/min以上
110-170A
7.0Cm/min以上
85-135A
7.0Cm/min以上
●焊工考试
为保证焊接质量,参与本台储罐焊接施工的所有电焊工均需现场考试。
下图为日方监造代表近藤晴行对焊工进行现场考试:
10、无损检测
根据设计文件,本台低温储罐的内、外罐无损检测部位和比例差异很大,详见下表:
NDT方法
内罐
外罐
NDT部位
NDT比例
NDT部位
NDT比例
PT
边缘板卡具位置
100%
拱顶及罐壁人孔纵缝
100%
底板卡具位置及附件
100%
拱顶接管角焊缝
100%
大角缝表面及临时支撑
100%
壁板卡具位置及附件
100%
罐壁包边角钢卡具位置
100%
吊顶板及加强筋卡具位置
100%
罐壁加固圈焊缝
100%
吊顶人孔纵缝
100%
罐壁人孔、人孔盲板和接管角焊缝根焊及表面
100%
RT
罐壁人孔纵缝
100%
拱顶接管环缝
10%
罐壁接管环缝
10%
边缘板对接焊缝
100%
罐壁环缝和纵缝
100%
11、水压气密试验注意事项
内罐充水及外罐气密试验是对本台储罐的最终检验,除满足设计参数以外,在施工中需要注意以下细节:
●内罐充水前,松开所有地脚螺栓,保持内罐顶呼吸孔敞开,同时打开拱顶人孔。
内罐充水试验合格后,在外罐气密试验前必须拧紧所有地脚螺栓。
●内罐充水试验合格后,应保持最高液位,以减小外罐气密试验的气体空间,并为下一步通过内罐排水实现外罐的负压试验作好准备。
下图左为外罐气密试验过程中选定的U型管液位计接口,图右为外罐地脚螺栓:
12、珍珠岩充填
内罐充水试验及外罐正负压试验合格,且内罐壁玻璃棉敷设、吊顶与外罐壁的帆布档圈施工完毕后,通过均布的20个拱顶珍珠岩填充孔进行环形空间珍珠岩充填。
填充工作委托专业厂家施工,要求的参数如下:
珍珠岩的粒子分布(16目:
95~100%,30目:
45~70%,50目:
15~50%,100目:
5~30%)、松散密度(40~65Kg/m3)、振实密度(48~80Kg/m3),导热系数(0.044+0.0001θ)。
充填设备采用专用的气吹式珍珠岩膨化设备。
振实设备采用8台磁吸式平板震动器沿罐壁圆周均布,自下而上逐圈振实,震动器在每圈壁板上的振捣时间约为10~12小时。
第一次充填至外罐顶圈壁板的高度,完成振实作业后,进行第二次充填,并在外罐顶圈壁板表面再次振实,剩余未填满的高度已人工充填完成。
下图为专用的膨化珍珠岩充填设备以及珍珠岩粉末粒子筛分的现场操作:
七、需要改进的不足之处
本台储罐从施工方法的选择、焊接质量、整体几何尺寸、保冷参数控制等各个方面都是比较成功的,主要不足之处在于:
●本次内罐壁板的倒运方式采用了地面轨道结合人工推送的方式。
由于下部1~3圈壁板厚度及板幅较大,上述办法从安全性和施工进度方面值得担忧,应改进为空中轨道结合电动行走葫芦的方式更为妥当;
●外罐倒装采用的液压顶升设备虽然从单台额定起升能力和稳定性方面均优越于电动葫芦,但存在油系统密封不良的明显缺陷,容易对产品造成污染,对于洁净度要求很高的不锈钢储罐(如本台储罐的内罐)是不适宜的,这也是生产厂商亟待解决的问题。
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