食品级2×500m3 储水罐（罐中罐）制作、安装方法及过程控制

徐志豪

中国化学工程第十一建设有限公司 河南开封 475002

中国化学工程第十一建设有限公司（以下简称十一化建）承建的沙特SWCC 海水淡化三期输水项目B、C 包储罐EPC 工程共有5 个TOS 辅站，设计了5台2×500m3的储水罐(罐中罐)，分布在沙特阿拉伯麦地那省周边地区。此罐为内外双罐无支撑柱结构的锥顶罐，双罐共用底板和顶板，罐本体坐落在钢结构平台之上，并通过地脚螺栓和钢结构平台连接固定。其设计建造规范采用美标API- 650,主要参数为：钢结构平台高6m，外罐高9.75m、直径12m，内罐高9.4m、直径8.4m，内外罐设计最高液位9.4m，内外罐壁板各5圈，最大壁厚为9mm，最小壁厚为6mm,底板、壁板和顶板材质均为ASTM A36。

考虑到此罐直径小、吨位轻及双罐共用底板和顶板的特殊结构，采取边柱倒链倒装法：基础施工→安装罐底板→倒装内罐壁板→倒装外罐壁板→整体吊装顶板。施工流程见图1。

图1 2×500m3 储水罐（罐中罐）施工流程示意图

1 基础钢结构平台施工及验收

基础钢结构平台含6 个立柱，间隔60°环形排列，其中立柱、顶部环形梁为H 型钢，斜撑为角钢，环形操作平台框架为槽钢，操作平台上满铺钢格栅。主要施工工序为：立柱安装→环形梁安装→斜撑安装→环形操作平台框架安装→环形操作平台钢格栅铺设→护栏安装→螺栓紧固→防腐→交工验收。在钢结构平台安装完成后，要进行交接验收，需检查记录以下数据：罐中心坐标及标高记录，钢结构环梁上表面标高记录，钢结构环梁地脚螺栓孔位置记录，立柱0°/ 60°/ 180°/ 240°/ 300°方位记录等。验收数据填写专用记录表格作为工序交接资料。2×500m3储水罐（罐中罐）主视图及其钢结构平台分别见图2 和图3。

图2 2×500m3 储水罐（罐中罐）主视图

图3 2×500m3 储水（罐中罐）钢结构平台

2 储罐预制

根据施工经验及常识确定储罐钢板排版原则进行储罐预制。储罐底板的下料包括中幅板和异形板，均应按批准的底板排版图和下料图在矩形板上标识，钢板下料关键控制点为钢板标识移植并且尺寸记录齐全，以便实现材料使用的可追溯性。底板下料切割完毕后，打磨切边，去除毛刺和炉渣，发现的任何缺陷都应进行修复，板材尺寸公差应符合ASTM A6 和ASTM A6M- 13 标准。

3 壁板预制及注意事项

壁板预制前应绘制排版图，并应符合下列要求：各圈壁板的纵向焊缝宜向同一方向逐圈错开，相互错开的距离宜为板长的1/ 3，且不得小于500mm；底圈壁板的纵向焊缝与罐底边缘板对接焊缝之间的距离不得小于200mm；壁板开孔接管或开孔接管外补强板外缘与罐纵向焊缝之间的距离不得小于200mm；与罐环向焊缝之间的距离不得小于100mm。壁板下料误差控制参照储罐钢板排版原则执行。

根据顶板排版图和下料图完成所有部件下料，包括顶板、结构梁、仪表孔和排气孔等。

顶板部分由19 块组成，预制前应绘制排版图，并应符合下列要求：顶板任意相邻焊缝的间距不得小于200mm。拱顶的顶板下料后，宜在胎具上拼装成形；胎具制作成与顶板的拱型方向正好相反，然后将顶板放在胎具上；将加强筋焊在顶板上，焊好后脱胎；并用弧形板检查，间隙不得大于10mm。顶板钢结构按照图纸尺寸及误差要求下料预制。

4 储罐安装

4.1 储罐底板安装

(1) 底板铺设前应标记钢结构平台环梁十字中心位置，布置十字交叉中心线作为铺板参照。

(2) 底板中副板BP- 1 铺设后，按照排版顺序从BP- 2 到BP- 5 完成其他异形底板铺设；底板铺设过程中及时找平并点焊，防止出现位置偏差。

(3) 底板焊缝为对焊缝（图4）。底板铺设完成后，从中心向四周按照先短后长的焊接原则施焊，焊接采用分层、分段退焊和跳焊的方式。底板焊缝焊接完毕并经探伤检测和真空试验合格后，方可进行内罐壁板安装。

图4 底板对焊缝

(4) 罐底板焊接完成后，安装底板上的上下水管口和排水管管口。

4.2 储罐壁板安装

4.2.1 内罐顶层壁板安装

（1）沿内罐周长线环形架设约350mm 高度的临时支座，间距约700mm，如图5 所示；

图5 临时支座及边柱布置图

（2）将内罐半径标识在临时台座顶部，将临时台座顶部的限位板沿内标识线焊接，外限位板沿外标识线焊接；

（3）将内罐顶层壁板放置在临时底座的顶部，每块壁板用临时支架固定，以保证垂直度；

（4）焊接内罐顶层壁板纵向焊缝，纵向焊缝组对见图6；

图6 壁板纵向焊缝组对

（5）内罐顶层壁板纵向焊缝焊接完成并验收合格后，组对焊接壁板加强角钢。

4.2.2 边柱倒链提升装置安装

（1）倒链的布置和计算：倒链布置如图5 所示均匀分布，选用10 台倒链，每台最大提升能力均为5t。当第二层壁板向上提升至2m 高度时，倒链会承受最大载荷，实际最大重量（G）为：第二层及以上壁板总重量（G1）+ 第二层以上壁板加强角钢总重量（G2）+ 膨胀结构及限位结构总重量（G3），经计算G≈20t。每个倒链的承受载荷为2t，考虑到安全系数和升降的不均匀性，取不均衡载荷系数为1.25，实际每台倒链最大承受载荷约为2.5t，小于倒链提升能力5t，满足吊装要求。

（2）内罐顶层壁板纵向焊缝焊接时，将边柱倒链提升装置及膨胀结构吊入内罐。

（3）将膨胀结构焊接到内罐顶层壁板的底面，膨胀结构与壁板曲率相同。

（4）将吊耳焊接在膨胀结构上。（5）在底板上安装立柱和支撑。

（6）将倒链安装在吊耳和边柱上，调整边柱倒链提升装置，提升内罐顶层壁板。

4.2.3 下一层内罐壁板安装

（1）内罐顶层壁板纵向焊缝验收合格后,启动倒链提升装置到指定的高度。例如,内罐顶层壁板宽度为1.75m, 则顶层壁板提升高度约1.78～1.80m, 其中30～50mm 是内罐下一层壁板与内罐顶层壁板之间的预留调整高度。

（2）将下一层内罐壁板吊放在底座上，焊接内罐下一层壁板纵向焊缝，检查内罐下一层壁板的曲率和垂直度；合格后启动边柱倒链提升装置，使内罐顶层壁板从顶轨上滑下，直到内罐顶层壁板和内罐下一层壁板之间的环向焊缝组对尺寸合格为止。

（3）纵向焊缝检查合格后，组对内罐顶层壁板和内罐下一层壁板之间的环向焊缝，采用环向焊缝组对。调整定位板，进行点焊，确保间隙正常、水平接头无明显错边。经焊接工程师认可后，方可焊接水平焊缝。

（4）内罐顶层壁板和内罐下一层壁板之间的环向焊缝焊接完成验收合格后，组对焊接壁板加强角钢。

4.2.4 内罐第三层、第二层壁板安装

按照上述步骤所述的组装方法组装焊接内罐第三层和第二层壁板。

4.2.5 内罐第一层壁板安装

（1）对于内罐第一层壁板，启动边柱倒链提升装置，将已完成安装的内罐壁板提升至适当高度(比下一层壁板高30～50mm)，并保持在该高度。

（2）拆除临时支座，在罐底板上组装焊接内罐壁板定位板；经检查合格后,吊装内罐第一层壁板至指定定位位置；组焊内罐第一层壁板纵向焊缝，组焊完成第一层壁板与底板之间的大角缝。

（3）启动边柱倒链提升装置，将上述已安装好的内罐壁板降落至内罐第一层壁板，进行内罐第一、二层之间的环向焊缝的后续组对焊接工作。

4.2.6 外罐壁板安装

按照上述步骤所述的组装方法组装焊接外罐壁板。

4.2.7 地脚螺栓安装

内外罐壁板焊接完成后，安装地脚螺栓，将罐本体和钢结构平台固定并进行螺栓紧固。

4.2.8 内外罐其他附件安装

内外罐壁板安装完成后，按图纸将直爬梯、罐内进出口水管、排水管、壁板人孔、清扫孔和仪表孔等安装到位。

4.3 储罐顶板安装

(1) 罐顶板和罐顶钢结构组对安装和焊接需在地面进行，其中罐顶板安装可以和壁板倒装同步进行。安装焊接完成合格后，进行顶板的整体吊装。

(2) 需要制作一个与罐顶标高相同、曲率相同的的临时钢结构支架（图7），用于铺设罐顶顶板。

图7 罐顶板临时钢结构支架结构图

(3) 根据罐顶的施工图，拼装、焊接，将罐顶布设在装配好的临时钢结构支架上。

(4) 罐顶板完成后，根据批准的施工图纸标识罐顶钢结构位置尺寸，开始罐顶钢结构的组对焊接工作。

(5) 在罐顶板上标出仪表孔、人孔和通气孔的位置，并进行罐顶板与管口之间的安装、焊接。

(6) 待内外罐壁板及罐内附件安装完成后，开始罐顶整体吊装，吊装过程见图8。罐顶整体就位后，开始组对焊接罐顶与包边角钢之间的内外大角缝。外部大角封焊接使用升降车作为焊工移动操作平台，在内部罐壁上焊接钢制脚手架，铺设跳板，使用移动小车进行内部大角封焊接。

图8 2×500m3 储水罐（罐中罐）罐顶整体吊装过程

(7) 安装罐顶板四周防护围栏。

(8) 拆除内部大角封焊接搭设的脚手架及其他临时支撑，储罐本体安装完成。罐本体施工过程中，在监理见证下组织壁板垂直度验收，内外罐底板半径测量以及罐口方位和法兰组对偏差测量等，所有测量工作均有记录并得到监理签字确认。

5 储罐防腐

储罐存储的介质为饮用水，内部防腐施工质量将直接影响水的品质。考虑此罐的特殊结构和现场环境条件，罐钢板罐内表面采取预制场喷砂除锈喷涂底漆，罐钢板罐外部表面采取安装焊接后再喷砂除锈现场喷涂底漆，罐内焊缝底漆防腐使用磨光机打磨、滚筒滚涂，罐内外部中间漆和面漆均使用高压无气喷涂。其中喷砂除锈所需设备有空压机、分气罐、过滤器、砂罐、气带、砂带和喷砂枪头等，使用的喷砂材料为钢砂G40 和钢丸S330 组成的混合钢磨料。根据规范要求，喷砂除锈等级为SA3 时，基材表面锚纹度为80μm。按照误差标准±20%，喷砂后的钢板表面锚纹度在64～96μm即为合格。按照材料腐蚀程度现场确定喷砂遍数，喷砂合格后4h 内应完成底漆喷涂工作。因气候条件超标（湿度、风沙等）未能及时完成底漆喷涂，则钢板需要二次喷砂后方能喷漆。高压无气喷涂防腐所需设备有空压机、分气罐、过滤器、气带、高压无气喷涂机和喷枪等。根据规范ISO 8502- 5 及油漆喷涂作业指导书要求，气候条件达到以下标准时才能展开喷漆工作：相对湿度低于85%，金属表面露点温度大于3℃，钢板喷砂后表面盐分含量小于4μg/ cm2。

根据业主项目规范，储罐内部所有区域需要喷涂总漆膜厚度至少为500μm 的食品级油漆，其中底漆采用Jotun- Penguard Primer Red 油漆，厚度为40μm；中间漆采用Jotun- Tankguard 412 Grey 油漆，厚度为230μm；面漆采用Jotun- Tankguard 412 White 油漆，厚度为230μm。外部结构喷涂总漆膜厚度至少为240μm 的环氧富锌油漆体系，其中底漆采用Jotun- Barrier 77 Grey 油漆，厚度为80μm；中间漆采用Jotun- Penguard Midcoat Light Grey 油漆，厚度为110μm；面漆采用Jotun- Hardtop As Color Group- 1 油漆，厚度为50μm。

6 储罐上水试压沉降及消毒

6.1 上水试压沉降及消毒方案编制报批

为节约水资源，储罐的试压沉降和消毒同时进行，方案经监理批准后方可开始上水。方案包括水源检测报告、上水位置、上水流量、内外罐临时液位计、排水措施、上水临时设施（上水泵，管路，阀门，流量计，罐口封堵用盲板等）、上水前临时沉降观测基准桩和钢结构基础平台环梁沉降观测点设置、罐内消毒措施、上水过程中不同阶段沉降测量要求，以及相应质量保证和安全措施等。

6.2 储罐沉降要求

根据API- 650 规范要求，2×500m3储水罐（罐中罐）上水前，需要在钢结构基础环梁上表面等角度设置6 个沉降观测点，并建临时沉降观测基准桩。临时沉降观测基准桩的位置至少在距离罐基础1.5 倍的罐直径以外，其标高和坐标信息需从项目永久性基准点通过RTK 或全站仪测出。临时沉降观测基准桩坐标标高信息，以及钢结构环梁上沉降观测点标识需经监理审批，审批合格后，方可使用。

6.3 上水前检查工作

所有焊接结束，并经监理签字验收确认，以及底板焊缝真空箱测试完成、焊缝射线探伤完成、储罐防腐合格、上水设施及消毒设施齐全等。上水前，应将顶板全部通气孔打开。

6.4 消毒要求

根据储水设施消毒规范——美国水务协会规范（AWWA- C652）第4.2 条规定，储水设施可以选用一定浓度的次氯酸钙作为消毒剂进行消毒。在储罐上水到设计液位5%时，将提前搅拌均匀的次氯酸钙溶液通过泵和管路打进罐内。为使消毒液能充分扩散，消毒液打进罐内后需静置6h，待随机抽取的水样中有效氯含量达50×10-6以上时开始再次上水。储罐上水达到最高液位后需静置24h，然后申请第三方检测机构现场取样，测量水样氯含量及细菌含量，以检验消毒效果。水样中有效氯含量达2.5×10-6以上，且细菌含量满足世卫组织饮用水标准即为消毒合格。

6.5 上水速率

根据美标API- 650 相关规定，储罐壁板壁厚在22mm 以下的，顶层壁板上水速率为300mm/ h, 顶层以下壁板的上水速率为400mm/ h。

6.6 沉降观测控制

根据API- 650 规范要求及监理意见，此罐沉降观测分为6 个阶段，分别是：上水前标高测量、25%设计液位时标高测量、50%设计液位时标高测量、75%设计液位时标高测量、最高设计液位静置24h 后的标高测量，以及储罐排水完成后的标高测量。罐钢结构基础平台环梁圆周上任意10m 间隔两个点的均匀沉降不能超过13mm, 及整个环梁不均匀沉降值在50mm 以内为合格。上水试验应始终在监视下进行，上水过程中要注意观测基础沉降情况。当基础沉降量超过设计规定时，必须停止充水，并检查罐体有无渗水和显著变形。此罐需内外罐同时开始上水，通过提前安装的临时液位计观测液位，储罐上水时每个沉降观测阶段结束，并经监理确认后方可继续上水。当液位达到最高液位时需静置观察24h，再进行沉降观测点标高测量，直到各个观测点数值趋于稳定不再发生变化，上水沉降结束。当罐内排水完成后，再对各观测点标高测量，并将所有数据填写记录申请报验。

6.7 严密性检测

罐整体上水沉降观测结束后，首先进行外罐严密性观测，外罐所有焊缝目视无任何泄露和变形，方开始进行外罐排水。外罐排水结束后，拆除外罐临时盲板，进入外罐内进行内罐严密性观测。如果内罐所有焊缝目视无任何泄露和变形，则内外罐试压合格。

7 交工验收

2×500m3储水罐（罐中罐）试压沉降消毒完成后，再次使用饮用水把罐内清洗干净，安装储罐铭牌。经业主、监理检查内部清洁度合格后，更换正式盲板、垫片和螺栓，完成封罐，正式交付给业主作为预试车使用。交工后的2×500m3储水罐（罐中罐）见图9。

图9 交工后的2×500m3 储水罐（罐中罐）

8 结语

沙特SWCC 海水淡化三期输水项目B、C 包储罐EPC 工程，是十一化建首次在海外承接的储罐EPC 工程。十一化建储罐安装团队通过合理安排施工工序，优化施工方法和施工措施，加强施工过程质量和安全管理，圆满地完成了储罐EPC 工程，为公司在钢制储罐，特别是在储水罐（罐中罐）施工及现场管理方面积累了宝贵的经验。