大型储罐倒装法施工液压提升原理及应用

杨建强

(新疆石油建设有限责任公司，新疆 克拉玛依 834000)

大型储罐倒装法施工液压提升原理及应用

杨建强

(新疆石油建设有限责任公司，新疆 克拉玛依 834000)

大型储罐倒装法液压提升理论是大型储罐倒装法施工技术的关键。通过总结，提出了液压提升稳定分析、同步分析、控制分析、系统安全分析四项储罐液压提升理论，并据此设计出储罐倒装法施工的液压提升系统，保证了大型储罐倒装法施工技术的发展。该理论中系统安全分析对储罐的倒装法施工具有一定的指导意义。

储罐；倒装；提升

0 前言

大型储罐倒装法施工相比于传统工艺正装法施工，施工作业面从空中改为地面，安全性好，施工工效高，质量易于控制，是众多施工单位尝试的目标。但对大型储罐倒装法施工的提升、提升过程的抗风载荷等问题又无力解决，因此还没有施工单位组织实施。

2002年，新疆石油建设有限公司开始研究50000m3外浮顶储罐倒装法施工工艺。经过长期的研究，总结提出了液压提升稳定分析、同步分析、控制分析、系统安全分析四项储罐液压提升理论，并据此设计出储罐倒装法施工的液压提升系统；并针对储罐液压提升设计了防滑落保险装置；分析储罐提升过程中的风载荷；对储罐倒装法施工关键工序逐项的分析计算。2005年，新疆石油建设有限公司在中哈管道工程阿拉山口首站50 000 m3双浮盘储罐施工中首次采用倒装法施工；2006年，在独山子石化千万吨炼油百万吨乙烯项目100 000 m3储罐采用倒装法施工，经过查新，该项施工为国内外首例100 000 m3储罐倒装法施工。

新疆石油建设有限公司100 000 m3储罐倒装法施工成功后，有多家储罐施工单位效仿，因对大型储罐倒装法施工的关键技术掌握不到位，致使倒装法施工的优势不能完全发挥出来，有的在提升过程中还发生了事故。事实上，在做大型储罐倒装法施工方案时，要求方案中的每一步都要考虑到位，相对质量安全的概念，称其为技术安全。大型储罐倒装法既不是只将以前的小罐倒装做大了一些这么简单，也并不多危险(在第一次50 000 m3储罐倒装法施工时，遇到了很大的阻力)。在此介绍储罐倒装法施工液压提升原理，以供参考。

1 储罐液压提升理论分析

1.1 提升稳定分析

理论上各个液压缸在罐内均布，提升力相等，但由于罐体部分结构的不对称，在提升时各个液压缸的负载是不同的。提升时，如果某处(某一段)壁板的提升高度低于其他位置的提升高度，罐体的重心就会向此处偏移，此段距离内的液压缸的负载增加，这是不稳定平衡的受力条件。因此，要求储罐提升液压系统最少要有三个流量相同的液压泵站，每个泵站配置相同的液压缸。2005年前，单个泵站的储罐倒装施工液压提升设备比较流行，用这种液压设备提升罐体时，总是不断调整液压缸。这就是一种不稳定平衡系统，因此，这种结构是不合理的。

1.2 提升同步分析

提升过程中，负载增加，提升速度会变慢，负载进一步增加，这就要求液压提升系统有抵抗这种不稳定平衡的能力，也就是要求液压缸在(一定范围内)受力不均匀的情况下，能够保持基本一致的提升速度。直流电机的转矩(负载)和转速(流量)成线性关系，如图1所示；而交流电机的转速(流量)随转矩(负载)的变化较小，如图2所示，也就是有较为恒定的转速(流量)。因此，储罐液压提升设备泵站的电机须选用交流电机。

图1 直流电机转矩与转速关系

图2 交流电机转矩与转速关系

1.3 提升控制分析

在储罐倒装法施工中，要求液压缸在提升和下降时既能集中控制，又能单独控制每个液压缸，要求两种控制的转换方便、简单。

1.4 系统安全分析

系统安全分析理论是储罐倒装法施工液压提升的安全重点。很多人在考虑液压提升时，都认为罐体提升过程是最危险的，实际分析时下降过程才是最危险的。罐体的提升液压缸通过钢丝绳传力给胀圈，钢丝绳只能传递拉力，不能够传递压力。如果提升时，有一、两个液压缸不工作，由于选用的液压缸的提升力有较大余量，系统能够基本正常工作；下降时，如果有一、两个液压缸不工作，其他液压缸都下降，数倍的负载集中在这个不下降的液压缸上，系统就会出现危险。现在，储罐倒装法施工采用的是先提升后围板的施工顺序，罐体整体下降操作时具有较大的危险性。因此，要求液压缸在上升和下降操作时，液压系统必须具有超压溢流的功能，称其为“软性能”。带液压锁的储罐液压提升设备，有时会出现钢丝绳断裂的事故，曾今有一次在下降过程中，连续断了七根钢丝绳，原因就是下降操作时，液压锁打开有先后，荷载分配不均匀，钢丝绳断裂后载荷再次变化而引起连锁反应。松卡式液压设备也是同样的原理，在下降操作时都会出现载荷分配的极端不均衡。所有这些额外的负载是通过系统的安全余量来承担的，一旦超出最大载荷，就会有事故发生。

2 设备结构的选用

选用北京昌平液压设备厂的储罐液压提升设备，其按照新疆石油建设有限公司的要求设计的设备完全达到了上述四项理论要求。

首先，综合考虑罐体的提升质量、选用的胀圈强度、提升间距以及每圈罐壁板的数量，选用了单缸提升质量25 t的液压缸，每四个液压缸配置一个液压泵站，泵站采用交流电机。液压顶升装置油路原理如图3所示。

图3中，在电磁换向阀两侧的油路增加了溢流阀，1号泄压阀调节下降压力和静止载荷压力，2号泄压阀调节上升压力。在上升操作时，如果局部过载，泄压阀2打开，过载的液压油通过泄压阀2回流到油箱；在下降操作或静止时，有系统过载，泄压阀1打开，过载的液压油通过泄压阀1回流到油箱。用这种超压溢流的方法稳定平衡各个液压缸的负载，保证每个液压缸只承担设定的压力(负载)，超出设定的压力(负载)则自动溢流平衡，保证系统安全性。

图3 液压顶升装置油路原理

3 结论

提出了液压提升稳定分析、同步分析、控制分析、系统安全分析四项储罐液压提升理论，并据此设计出储罐倒装法施工的液压提升系统，保证了大型储罐倒装法施工的安全性。特别是该理论中系统安全分析对储罐的倒装法施工具有较大的指导意义。

Principle and application of the upsidedown construction technology for large storage tank with hydraulic driven lifting

YANG Jian-qiang
(Xinjiang Petroleum Engineering Construction Co.，Ltd.，Karamay 834000，China)

This paper introduces the principle of the upsidedown construction technology of hydraulicdriven lifting for large storage tank，which is the key of the upsidedown construction technology for large storage tank，including analysis of lifting stability and synchronization，system cotrolling and safety.Based on the principle，especially analysis of system safety，the hydraulic driven lifting system is designed to ensure the upsidedown construction technology is successfully used to large storage tank with capability over 50 000 m3.

storage tank；jacking method；lifting

TG457.5

B

1001-2303(2011)07-0074-03

2011-03-09；

2011-07-04

杨建强(1974—)，男，甘肃渭通人，高级工程师，硕士，主要从事储罐焊接质量管理工作。