大型浮顶原油罐罐壁保温结构设计与施工

2013-12-23张有渝余泽庆

天然气与石油 2013年1期

张毅张有渝谢兵余泽庆万娟

中国石油集团工程设计有限责任公司西南分公司，四川成都 610041

0 前言

大型钢制原油储罐是石油化工行业的重要储运设备［1］。随着近年来我国炼钢技术的突破，大型原油储罐用高强钢板国产化，与之匹配的高强钢焊材在国内项目中成功应用［2］，这标志着我国已全面掌握了大型原油储罐国产化的成套技术，并在多个项目中得到了成功应用［3-4］。

原油的密度、黏度、凝固点等物理性质决定了原油储运的复杂性，而温度与影响原油流动性的原油黏度、析蜡倾向密切相关，因此大型储罐保温结构对原油储罐长周期操作运行的安全性、节能性和经济性有重要影响［5］。由于大型储罐，特别是储存易燃介质原油的10×104m3浮顶罐，需要配备消防喷淋系统、泡沫灭火系统及各种仪表探头等安全附件，因此通常会在罐壁上设置各种支撑，此外罐体结构固有的抗风圈、加强圈和盘梯等结构支架，以及罐壁上各种规格开口接管，在罐壁上构成了大量不连续性安装障碍，给罐体保温设计和施工带来了很大困难。

储罐的保温方式众多，但多数文献［6］以及各设计院和施工单位的技术规格书大都局限于对1 000～5×104m3的储罐保温介绍。以中国石油四川石化有限责任公司原油储备库工程和原油罐区工程10×104m3大型浮顶原油罐为例，介绍了“保温棉—金属波形板”保温方式的设计和施工要点。

1 保温结构设计

工程建设方十分重视10×104m3双盘式浮顶原油罐的保温效果，对保温结构质量和外观要求很高，并组织开展了调研考察，据此设计方认为10×104m3原油浮顶罐保温结构设计至少应满足以下要求：

a）保温结构安全可靠，在各种恶劣的自然环境中能完好无损，并保证其功能不变。

b）能满足原油储存运行中的保温要求，尽量减少热能损耗，做好节能降耗。

c）使用寿命≥20 a。

d）结构设计美观整洁。

根据上述要求，经过分析筛选，决定内部保温层采用高温玻璃纤维棉板，外部保护层采用彩钢压型板。为保证使用寿命≥20 a，结合考虑材料价格因素，选用了热镀锌基板的彩钢压型板，其正面为聚偏氟乙烯（PVDF）面漆。彩钢板为白色，宽度为1 000 mm，厚度为0.7 mm，为保证彩钢板卷及其加工后的压型板质量，在相关国家标准的基础上编制了本工程用的彩钢压型板技术条件，对彩钢板卷的基板，彩钢板卷表面质量、彩层色差、光泽度、彩钢压型板尺寸偏差等方面内容作出了规定。

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本工程在10×104m3浮顶原油罐保温结构设计上的特点是自罐底至第二层加强圈的彩钢压型板为板幅长达12.67 m 的一张整板，中间无横向接缝，大大提高了保温结构的安全性和罐体保温的整体效果。根据对国内现有10×104m3罐的考察，将整板板幅长达12.67 m 的彩钢压型板用于10×104m3浮顶原油罐罐壁保温结构上尚属国内首创，故在设计和压型加工、安装施工方案上均考虑细致，因而在工程现场安装施工上取得了成功，安装质量和外观效果很好。

保温结构分为内部保温层和外部彩钢压型板保护层，相关文献也曾介绍过该种保温方式的结构组成和施工要点［7］。根据本工程的地理位置、介质条件和工艺流程设计，要求内部保温层采用的高温玻璃纤维棉板的保温厚度为50 mm，单张规格为1 200 mm×600 mm，平均厚度为50 mm，密度约为48 kg/m3，分圈层铺装于预焊在罐壁上的相邻两圈承重角钢之间，并以镀锌钢带横向固定。保温层外铺装彩钢压型板，环向以自攻螺钉固定于各圈承重角钢之上，彩钢压型板搭接棱处以抽芯铆钉固定，铆钉的间距应保证压型板的安装牢固可靠，但又要考虑其美观、整洁。

彩钢压型板的尺寸和波型选择应考虑国内生产的彩钢板卷的规格，现有彩钢压型机的型式、规格，压型板吊装、运输和安装中的刚度要求及使用寿命、美观等因素。本工程确定的彩钢压型板板幅宽度为840mm，波距为210 mm，波高为25mm，板厚0.7mm，最大板幅长12.67m。经过压型加工、吊装运输和安装施工的实践，证明压型板的这些尺寸参数完全满足上述因素的要求，16 台10×104m3原油浮顶罐保温结构安装质量很好，外形美观整洁。

2 保温结构安装

2.1 保温施工总体要求

为保证保温结构的安装施工质量，特别是板幅长度达12.67 m 的压型板的安装施工质量和外形美观，必须在彩钢压型板压型、吊装运输和安装施工等每一环节上有严格细致的技术要求：

a）压型板成型时必须满足其尺寸偏差和外形要求，表面不被污染划伤，板边不出现变形。

b）压型板在吊装、运输和安装过程中必须保证不变形且无其它机械损伤。

c）压型板在罐壁上的安装直接影响到保温结构的美观整洁，因此要求安装时全罐压型板的上下边缘必须整齐划一，铆钉位置应上下均成一直线，左右应在同一高度上。

d）压型板安装属高空作业，应确保施工人员安全。

e）板幅长达12.67 m 的压型板应减少或避免横向接缝，即便是在罐壁盘梯处也应满足此要求。

f）压型板拼接时必须上板压下板，避免雨水污物流入［8-9］。

由于罐体附件多，结构支撑复杂，10×104m3罐保温结构安装施工的主要难点在于板幅长达12.67 m 的压型板的吊装就位，特别是在罐壁盘梯处，在安装过程中会出现很多需要拼板和贴补的地方。为保证12.67 m 长的压型板的吊装就位和开孔、盘梯处的拼接，召开了多次专题会议进行方案研究，并由施工方编制了详细的施工方案组织实施。在保证罐体保温结构牢靠的同时，又保证保温结构整体效果的美观，因此拼板和贴补的总体思路是：

a）尽量使用整板，开槽（开孔）尽可能小。

b）相邻开槽（开孔）部位间距太小则采用整体贴补，减少小规格补贴板的使用，尽量减少拼接横缝的数量。

2.2 罐体开口接管处安装

罐体开口接管通常可以划分为DN 500～DN 600 的大开孔和DN 50～DN 300 的开孔。由于开孔越大，贴补越困难，因此必须优先考虑大开孔的贴补。在保温结构安装之前，需按照罐体接管开口方位图进行排板，优先考虑大开孔的拼板。

单个开口接管相对于固定规格的彩钢压型板来说，可以归纳为如图1 所示的三种相对位置。对于位置Ⅰ而言，压型板的搭接位置位于接管横截面中心线附近；位置Ⅱ的接管整体处于单张压型板宽度范围以内；位置Ⅲ的接管与位置Ⅰ的区别在于接管大部分处于单张压型板板幅以内。

图1 单个开口接管与彩钢压型板的相对安装位置

图2 开口接管处的彩钢压型板拼板方式

图3 加热器接管处的彩钢压型板拼板方式

针对图1 所示三种情况，拼板方式可以采用图2 所示的方式。

对于成排布置的较为特殊的加热器开口，拼板方式可参照图2 中位置Ⅱ的方式，采用整体上下合拢的方式，将拼接缝预留在成排接管中心连线处，见图3。

对于搅拌器开口而言，直径大且结构复杂（设有6个沿接管圆周均布的支耳），保温结构施工难度相当大。因此，原则上在施工开始之前排板时，要重点考虑搅拌器开口处的安装，尽量全面把握保温结构施工过程中的难点。

2.3 罐体附件支撑支架贴补

罐壁附件纵向和环向支撑众多，而支撑均为角钢，因此难免需要在整板上横向开槽并采用补贴板对开槽进行贴补，此类障碍的下料及修补需要遵循以下原则：

a）对于立管垂直线上的支撑，开槽宽度由角钢规格确定，补贴板纵向高度定为开槽宽度加40 mm，补贴板横向宽度根据实际切口长度确定。要求同一立管支撑补贴板尺寸统一。

b）对于盘梯、抗风圈、加强圈等处的三角支撑，由于相邻两个开槽部位间距小于1 m，采用两处合并整体开槽，使用尺寸较大的补贴板整体修补。

c）对补贴板的要求：选材上，不得选用有色差和外观损伤的材料，不得选用搭接于底层的棱边侧板材上；处理上，切割必须保证直线度，且下料后的补贴板必须对切边毛刺进行修磨清理；安装上，补贴板四周必须连续涂抹密封胶，保证补贴板与母材之间涂胶有足够的厚度，成形后以45°倒角光滑均匀过度。涂抹密封胶后的补贴板自下而上观察不得有黑边。

d）各圈层压型板如需长度调整，将切割余量放在上端，保证下端按图纸要求落齐，避免下端安装就位后切割产生二次损伤。

2.4 盘梯处保温安装

由于盘梯处边梁与罐壁间距小、盘梯和立管支撑多等因素，板幅长达12.67 m 的压型板在盘梯特别是盘梯中部位置安装难度相当大。在尽量采用整板铺装（不裁板）和减少拼接横缝的原则下，采用整板纵向对剖的形式，将宽板变窄（原板幅宽840 mm），以解决压型板垂直吊装时受盘梯以及立管支撑阻碍难以安装的问题，避免在盘梯处压型板出现拼接横缝。由于板幅长度达12.67 m，压型板现场手工纵向切割直线度难以保证，因此安装时要求切割棱边搭接于底层，不得外露。

该处理方法的优点是，安装后在原板宽长度内增加一条通过抽芯铆钉固定的纵向搭接缝，较之横向剪裁拼接缝美观整洁；缺点是，相同板幅宽度内，为了满足纵向搭接缝的要求，板材的耗损量增加一倍。