大型常压低温液体贮槽的现场安装与施工

2014-10-11李伟良浙江省天正设计工程有限公司杭州310012

化工设计 2014年1期

李伟良浙江省天正设计工程有限公司杭州310012

低温液体贮槽是用于贮存空分产品液氧液氮及液氩的有效容器。大型空分都需要配置低温液体贮存后备系统，需要大量的低温贮槽以备空分紧急检修时供气，或低温液体及气体的外销等。

低温液体贮槽一般可分为大型常压低温液体贮槽和低温液体真空贮槽。低温液体真空贮槽其容积一般不大于300m3，可在制造厂内整体制作(包括抽真空工序)完成，运输至现场安装就位;大型常压低温液体贮槽由于其体积庞大、超限运输，运输吊装成本大幅度上升，运输吊装困难，有的甚至无法实现，因而需现场组装。

1 结构简介

大型常压低温液体贮槽为立式平底拱盖双圆筒结构，主要由内筒、外筒、混凝土底座、绝热层、盘梯及各种管线、阀门、仪表等组成。内筒用于贮存低温液体，夹层充填绝热材料。外筒为常压容器，夹层无法抽真空，绝热方式为堆积绝热。大型常压低温液体贮槽通常与液体生产装置相匹配。

2 制造安装施工工艺流程

大型常压低温液体贮槽采用厂内制造，现场组焊成型。外筒材料一般为碳钢，内筒材料为不锈钢(主要受压元件)。其厂内制作包括原材料质保书、复验、测厚、标记移植、放样、下料、切割、刨边、卷弧、酸洗、编号、包装置于专用胎具上等工作;现场安装包括半成品复验、基础验收、绝热基础安装、筒体拼装、焊接、内筒体A、B类焊缝100%X射线探伤，底板、顶盖搭接焊缝及筒体与底板、顶盖角焊缝100%着色检查，底板真空试漏，外筒T型焊缝100%X射线探伤、其余焊缝100%着色，再进行强度试验、脱脂干燥、气密性试验、珠光砂充填、油漆、工艺配管、附属设备安装、仪控等;最后设备整体冷试验收。主要工艺流程见图1。

图1 低温贮槽制造安装工艺流程

3 现场安装及施工前准备

3.1 施工准备

(1)组织施工人员熟悉图纸和施工规范要求，明确施工方案确定的施工程序和安装方案，明确贮槽施工各工序的质量标准和安全注意事项。

(2)按工程总平面图和施工组织设计的安排，布置施工场地。

(3)接通施工用电、用水、平整运输通道和吊装占位的场地。

(4)吊车、焊机、台钻、磨光机、弯管机、砂轮切割机、氧气乙炔设备、脚手架等施工工具准备充足。

3.2 基础验收及定位

(1)检查贮槽基础标高、表面水平度及定位尺寸(包括内外筒体锚固带)并清理干净。基础验收资料齐全，应有施工设计单位的基础设计蓝图、混凝土石块实验报告、基础竣工移交单，包括标高误差、中心误差、坐标位置等。水平标高基准点以设计图为准。按蓝图技术要求和有关技术规范进行复查验收，基础检查验收后，资料归入安装施工档案。

(2)根据图纸要求，首先在基础上定出0°、90°、180°、270°轴线及中心点，做出明显的标记并作为基准。以指导以后的底板铺设，并作为扶梯定位和管口方位的依据。

3.3 设备开箱清点验收(半成品复验)

按设备安装顺序对现场设备进行开箱清点，检查质量、核实数量，并做好记录。开箱清点按设备供货单位提供的装箱清单为准。设备及材料清点完毕将检查签证收入档案。

4 设备安装

贮槽的安装顺序一般分为倒装法和正装法两种。

4.1 倒装法

倒装法:外筒底板——外筒最上一圈筒节组焊并与外筒顶盖复合——外筒其余筒体板——内筒最上一圈筒节组焊并与内筒顶盖复合——内筒其余筒体板——底部绝热层——负荷均压板——内筒底板——内筒附件的组装——外筒平台梯子及附件的组装。

4.1.1 外筒底板装配

(1)底板铺设:①根据蓝图排版图进行排版及相应开孔;②检查拼板尺寸、焊接坡口等是否符合要求;③根据拼板拼缝长度，按需切取垫板，并手工清理表面;④ 施焊所用焊条应干燥，焊毕应清理焊缝，清理焊缝边缘的熔渣、飞溅物等。

(2)底板焊接:①焊接底板边缘板对接焊缝及中幅板搭接焊缝;② 对接焊缝处，焊工对称分布，隔缝跳焊;③焊后对焊缝进行打磨;④焊缝检验及真空检漏。

(3)底部压力灌浆:通过在底板上开几个均布的开孔向其灌浆，同时还要校平贮槽底板，符合图纸及有关技术文件要求，用压浆法填稀湿混凝土，干固后用钢板将开孔焊封严密。外槽底板压力灌浆前应焊一节外槽体，外槽底板压力灌浆后尽量避免在其上焊接任何构件。

4.1.2 外筒顶部筒节及外筒顶盖结合部

(1)检查顶盖扇形板、压环、内撑板、加强筋的成形尺寸与图纸是否符合。

(2)在组装平台上将顶盖组焊临时支架焊接固定。

(3)将检验合格的联接圈、加强圈吊待在组焊支架上，并将复合成的中间圆板装架固定在中心管上，使其与联接圈水平面的相对高度与图纸尺寸相符。

(4)对称定位点焊扇形板的装配线及角度定位线。

(5)顶盖扇形板预制装配一次，搭接宽度允许偏差±5mm。

(6)对称定位点焊扇形板与顶盖联接圈，对称搭焊加强筋。

(7)扇形板压口处用专用夹具夹紧，内面搭焊，同时将扇形板内面简短焊缝按图纸要求全部焊好，应按对称顺序逐块进行。

(8)扇形板外面对称定位点固。

(9)对称焊接中心拼版与扇形板间环缝。按图纸要求，在平台上装配联接圈，装配质量符合要求后点焊固定，并按制定的焊接工艺规定施焊。

(10)检查焊缝质量，符合相关标准及图纸规定。

4.1.3 外筒体板组装

(1)在组装平台上按筒节尺寸划线。

(2)用弧形样板检查已经预压成型的筒体板，其间隙不得大于2mm，放在平台上检查弯曲变形不得超过长度的0.1%，且不得大于4mm。

(3)采用槽钢、钢板组合件，胀圈制作时的弧度要与壁板内圈吻合，以胀圈的曲率样板检查，间隙小于1mm，胀圈等分，接头处用契子胀紧，用钢板钢性焊接。

(4)组装时胀圈与壁板用卡子卡牢，连成一体，作为筒体提升组对时撑紧内壁，防止变形。并保证筒体的垂直度和水平度等相关要求。

(5)严格按焊接工艺规范要求施焊，焊接时，焊工均匀分布，同一方向施焊。先焊纵缝外口，对接焊时可采用锁板或其他卡具组对调整。

(6)组焊后用胀圈胀紧内壁。

(7)检查焊缝质量，符合相关标准及图纸规定。

组装时一般在筒壁内侧400mm处立临时桅杆(数量及选型由贮槽直径与重量确定)均匀分布并加支撑固定，提升筒体时应确保各受力点受力均匀，同步提升且一定高度时应停止检查。外筒体板完成后与底板组对角焊缝。

4.1.4 内筒顶部筒节及内筒顶盖结合部

内筒顶部筒节及内筒顶盖结合部的组装与前述的外筒顶部筒节及外筒顶结合部的组装方法类似。

4.1.5 内筒体板组装

内筒体板的组装与前述的外筒体板的组装方法类似。

组装时利用外筒内侧布置的桅杆作为吊装点，在内外筒壁上焊吊耳，用若干手拉葫芦倒装各筒节(方法同外筒)。内筒顶盖、筒体组焊完成后，提升整个内筒体，高度必须满足泡沫玻璃砖与均压板施工要求，并将内筒作临时腾空固定，所有葫芦应检查受力均匀，手拉链条应锁紧。

4.1.6 底部绝热层泡沫玻璃砖的铺设

施工前外筒底板与外筒最下一圈筒节组焊完毕，且变形应符合图纸要求，表面杂物等需清理干净，并需干燥后才能施工绝热层。

(1)施工前泡沫玻璃砖必须进行复验，保证强度和尺寸。

(2)在外筒底板上表面浇注混凝土平面板。

(3)泡沫玻璃砖纵横交错排列，层间结合紧密。保证直径差＜±10mm，泡沫玻璃砖缝间隙≤2mm，水平度＜±5mm，垂直度＜6mm。

(4)用两层或两层以上塑料布交错叠放作防水层，也可采用防水金属保护板作防水层，严防混凝土中的水分进入泡沫玻璃绝热层中。

4.1.7 负荷均压板的安装

(1)混凝土内钢筋可采用优质碳素钢或不锈钢。

(2)安装过程中要采取措施保证底部泡沫玻璃绝热层不受潮。

(3)混凝土浇制中保证平整度＜±6mm。

4.1.8 内筒底板装配

(1)根据蓝图排版图进行排版，将各板铺设好后点焊固定。严格按照规定的焊接工艺施焊，正确的焊接顺序施焊，尽量减少焊后残余变形。

(2)检查底板组焊后局部凹凸变形，应符合要求。

(3)焊缝进行外观检查，符合有关技术文件的规定，然后对对接焊缝和角焊缝进行探伤检查符合相关标准规定。

(4)焊缝真空盒检漏。

内筒底板安装完成后放下内筒体，与底板的角焊缝组焊，再完成底环板与中心底板的搭接缝(底环板的对接缝焊完后应及时检查焊缝质量，符合相关标准及图纸规定)，按要求做好焊缝的真空检漏工作。

4.1.9 内筒附件组装

(1)根据图纸规定下料、打磨、装配、检查和焊接、清理、检查等工序预制好编号备用。

(2)根据图纸规定的尺寸划线，确定内筒的附属件的位置，检查管口的方位、尺寸等符合要求。根据实际尺寸修正各个管道，将法兰、管接头等管子装配成整体，检查合格后将其装配在规定位置，再将其余所有剩余零部件(如人孔、接管)装配并焊接。

4.1.10 外筒平台梯子及附件的组装

(1)自增压器安装。

(2)附属零部件装配。

(3)吊装平台梯子、扶手栏杆等。

(4)按图纸要求组装顶部呼吸阀、放空阀及珠光砂填充口等附件。

(5)氮封系统管阀就位装配。

(6)仪表盘安装、液面计、压力表、仪表阀门、管路安装、铂热电阻接线、分线盒安装。仪表的安装应便于就地观测。配管前及时做好管道的清洗工作。

4.1.11 基础沉降及压力、气密性试验

在整体设备及管路、阀门等安装完毕后，珠光砂填充之前，内筒与大气接触情况下进行基础沉降试验。

(1)基础沉降试验

基础沉降试验步骤:①在设备基础平台及分配板圆周均匀选用8个观测点，并做出标记。测量出充水前各观测点的标高并记录;②将符合要求的洁净水充入内筒。充水过程中内筒气相空间不允许出现正压。充水过程中需通过目测盒尺检测内筒的机械稳定性，同时加强对底部绝热基础层的观察，只允许均匀下沉;③基础沉降试验合格后填写基础沉降试验记录报告。

(2)强度试验

强度试验在基础沉降试验合格后未排水前进行。强度试验前应将所有管路加盲板、垫片密封，试验前将内筒锚固带与内筒壁板焊接好。试验压力按图纸要求。

(3)气密性试验

内筒强度试验合格后进行气密性试验。试验用气用干燥氮气或洁净空气，试验压力按图纸要求，用无脂肥皂对内筒所有连接管道进行检查，同时检查安全阀功能(正负压开启情况)和内筒负压承受能力。

(4)夹层试验

内外筒体之间的夹层也应进行强度和气密性试验。试验在内容器排水前进行，但绝对禁止与检查安全阀负压开启情况和内筒负压承受能力同时进行，试验压力按图纸要求。夹层试验前将外壳下部的锚固带拉紧并与外壳焊接固连。

4.1.12 内筒的清洗、吹扫

内筒钢板在出厂时已进行脱脂处理，在设备基础沉降试验后放水的同时再次对内筒壁上局部污染区域进行清洗，以最终达到空分设备表面清洁度的要求。排水完毕，应立即用干燥氮气或干洁空气对内筒及管道进行吹扫干燥。

4.1.13 夹层珠光砂装填

充填前应向内筒充压，使内筒始终处于正压。夹层中已经安全干燥。珠光砂的装填应在天晴时装填，装填须连续、均匀、快速、紧密，一次装填完毕。

4.1.14 设备油漆

设备的外表面防腐处理严格按油漆工艺进行。

4.1.15 设备外部管道保冷

管道保温按有关技术要求进行。

4.1.16 设备整体冷试

在各项检查工作完成后可进行冷试车。在槽内无压力的情况下，通过充液管道缓慢充入深冷液体;同时检查内筒压力，使之最高不超过内筒允许正压的90%，可通过控制充液量及增大气体排放来控制;同时检查罐体的温度，内筒预冷到规定程度时，充液速度才能加快，在整个充液过程中，必须持续监控绝热层的压力，通过充氮环管向夹层充气。设备整体冷试合格后方可交付使用。

4.2 正装法

正装法:正装法与倒装法其实大同小异，主要是设备从上到下的安装顺序特别是筒体板的组装顺序有所差异。这里只做简要叙述，不再累述。

(1)外筒底板按设计图铺设、组焊。

(2)外筒最下一圈筒节组焊并与底板复合(选择没有接管的一块壁板暂不焊接)。

(3)在外筒底板上表面浇注混凝土平面板。

(4)安装除最上一圈筒节之外的外筒各圈筒节。

(5)利用外筒体架设防雨蓬布，并安装通风设施，拆开最下一圈筒节中预先未焊的一壁作为出入口。

(6)待混凝土平面板干燥后铺砌泡沫玻璃砖绝热基础。

(7)浇注泡沫玻璃砖上的混凝土负荷均压板。

(8)在槽外施工场地分别进行内、外筒拱顶与最上一圈内、外筒节的组焊。

(9)待混凝土负荷均压板干燥后进行内筒底板安装组焊，但保留环形边缘板暂不焊接，以减少变形。

(10)选择晴朗天气拆除防雨蓬布，把在施工场地已经组焊好的并经X射线检查合格内筒节吊入规定位置，与内筒底板点焊固定。

(11)把组焊好的内筒拱顶(连同最上一节筒体)吊入并与内筒筒体点焊固定。

(12)把组焊好的外筒拱顶(连同最上一节筒体)吊入并与外筒筒体焊接复合。

(13)完成内筒未焊部分的焊接复合;安装人孔和所有内部管道。

(14)焊接以前作为出入口的外筒壁板并安装梯子、平台、安全护拦、阀门、仪表管路和其它附件。

(15)基础沉降、水压试验、气压试验。

(16)最终清洗、吹扫。

(17)填充珠光砂。

(18)设备油漆。

(19)调试投运。

4.3 现场组装与焊接

在贮罐焊接之前必须按有关规范要求进行必要的焊接工艺评定，以验证拟定的焊接工艺的正确性。凡参与工程焊接施工的焊工必须具有相应项目的焊工合格证。

4.3.1 组焊顺序

为防止和减少焊接变形及应力，应选择合理的组焊顺序，焊接工艺流程见图2。

图2 现场组装焊接工艺流程

4.3.2 罐底板焊接顺序

罐底板采用手工焊时，宜按下列顺序进行焊接。

(1)中幅采用手工焊时，应将短焊缝焊完再焊长焊缝，长焊缝焊接时，焊工应均匀对称分由中心向外分段退焊。

(2)边缘板的对接焊缝的焊接，焊工宜对称分布隔缝跳焊。焊缝表面应光滑平整。为了减少焊接变形，罐底与底圈壁板的环形角焊缝焊工宜对称分布在罐内和罐外(罐内焊工应在前约500mm处)，沿同一方向分段退焊。也可采取先焊内圈再焊外圈的施焊顺序;但对于内筒(不锈钢)贮罐，为了防止过热，内外圈焊缝不能同时焊接，宜先焊内圈后焊外圈。

(3)最后焊接边缘板与中幅板的连接缝，焊前应将边缘板与中幅板之间的夹具松开或铲除定位焊点，焊工应沿圆周均匀分布，分段跳焊，对底板的焊接过程中，焊工人数不宜过多过于集中。

4.3.3 罐壁的组装焊接

(1)纵焊缝错边量不应超过壁厚的10%，环焊缝错边量不应超过壁厚的25%。

(2)先焊纵焊缝后焊环焊缝，当焊完相邻两圈板的纵焊缝后，再焊其中间的环焊缝，焊工应均匀分布，并沿同一方向施焊。

4.3.4 罐顶顶盖的焊接顺序

(1)先焊内侧的断续焊缝，后焊外侧的连续焊缝。

(2)径向的长焊缝，宜采用隔缝对称施焊方法，并由中心向外分段退焊。

(3)拱顶板与圆环板的焊接时，焊工应对称均匀分布，并应沿同一方向分段退焊。