大型拱頂儲(chǔ)罐螺栓球球面網(wǎng)殼頂?shù)氖┕ぐ惭b技術(shù)

作者：曹建鷗

中圖分類號(hào)：TE、TU             文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B          

金屬拱頂儲(chǔ)罐也稱自支撐拱頂儲(chǔ)罐，罐頂為球冠形結(jié)構(gòu)，罐體為圓筒形，拱頂中間無支撐，荷載靠其周邊支撐于罐壁上。內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐也是采用拱頂罐在其內(nèi)部增設(shè)浮頂而制成的。拱頂儲(chǔ)罐有帶肋殼拱頂、網(wǎng)殼頂?shù)冉Y(jié)構(gòu)，網(wǎng)殼頂按結(jié)構(gòu)形式分主要有雙向子午線式網(wǎng)殼、三角形網(wǎng)格網(wǎng)殼、經(jīng)緯型網(wǎng)格網(wǎng)殼，按節(jié)點(diǎn)形式分主要有板式節(jié)點(diǎn)網(wǎng)殼、轂式節(jié)點(diǎn)（承插式）網(wǎng)殼、焊接節(jié)點(diǎn)網(wǎng)殼、螺栓球網(wǎng)殼。傳統(tǒng)的拱頂結(jié)構(gòu)儲(chǔ)罐采用板式或者板肋式結(jié)構(gòu)，因此當(dāng)儲(chǔ)油罐直徑大于32 m時(shí)，其受力性能、材料用量方面已經(jīng)不能適應(yīng)發(fā)展的需要，SH 3046 - 1992《石油化工立式圓筒形鋼制焊接儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)規(guī)范》附錄四對此也做了明確的規(guī)定。

由于雙向子午線網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)形式對儲(chǔ)罐罐壁會(huì)產(chǎn)生不利影響，同等用鋼量條件下其強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性及承載力要小于三角形和經(jīng)緯形網(wǎng)格網(wǎng)殼；轂式節(jié)點(diǎn)（承插式）網(wǎng)殼又屬于半鋼性節(jié)點(diǎn)；板式節(jié)點(diǎn)網(wǎng)殼相對于螺栓球網(wǎng)殼而言其含鋼量較大，自重大，對儲(chǔ)罐強(qiáng)度和穩(wěn)定性有不利影響，不夠經(jīng)濟(jì)；焊接節(jié)點(diǎn)網(wǎng)殼對網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的焊接應(yīng)力變形較大，施工難度高，工藝復(fù)雜。因此大型拱頂儲(chǔ)罐宜采用螺栓球節(jié)點(diǎn)的三角形或者經(jīng)緯形網(wǎng)格網(wǎng)殼^[1]。

1 工程概況

廣西防城港市港口區(qū)年產(chǎn)150萬t重交通瀝青工程項(xiàng)目203罐區(qū)2萬m³內(nèi)浮頂罐的制作安裝工程、2萬m³石腦油儲(chǔ)罐罐頂?shù)陌惭b工程，其儲(chǔ)罐的罐頂均采用螺栓球經(jīng)緯形球面雙層鉸接網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，見圖1，在網(wǎng)殼安裝完后再鋪設(shè)蒙皮頂板。儲(chǔ)罐直徑42 m，拱頂高5.65 m，網(wǎng)殼的桿件材質(zhì)均為Q235B碳鋼材料，螺栓球材質(zhì)為45^#鋼，采用高強(qiáng)螺栓連接。球殼展開面積為1 485 m²，整個(gè)網(wǎng)殼質(zhì)量36 t，整體網(wǎng)殼以40個(gè)專用支座作為支撐^[2]。

2 網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)和安裝工藝特點(diǎn)

（1）螺栓球網(wǎng)殼頂由網(wǎng)格狀空間桿件系組成的球面經(jīng)緯形網(wǎng)架拱頂承載頂面荷載。

（2）網(wǎng)殼頂由網(wǎng)狀殼、邊環(huán)梁、蒙皮三大部分組成。網(wǎng)狀殼由鋼管桿件和螺栓球連接件組成，鋼管桿件和螺栓球由工廠預(yù)制；邊環(huán)梁是罐壁頂部的邊沿構(gòu)件，代替包邊角鋼；蒙皮由鋼板制成，覆蓋在網(wǎng)殼表面作為罐頂板，蒙皮與網(wǎng)殼桿件不直接焊接。

（3）網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的桿件主要承受軸力，結(jié)構(gòu)內(nèi)力分布比較平均，應(yīng)力峰值小，可以充分發(fā)揮材料強(qiáng)度的作用。整體網(wǎng)殼由均勻布置的專用支座固定安裝在邊環(huán)梁上，見圖2。

（4）所有網(wǎng)殼組裝均在邊環(huán)梁和第一圈壁板組裝焊接完成后在地面進(jìn)行，不需要搭設(shè)滿堂腳手架或高空組裝平臺(tái)，可大幅度降低施工措施成本，減少工期，降低安全風(fēng)險(xiǎn)，施工方便，易于調(diào)整安裝偏差，能較好地保證施工質(zhì)量^[3]。

3 螺栓球球面網(wǎng)殼施工工藝流程

邊環(huán)梁頂部放線測量→臨時(shí)移動(dòng)地面組裝平臺(tái)的搭設(shè)→支座就位固定→網(wǎng)殼環(huán)形單元格第一榀組裝、偏差測量→網(wǎng)殼環(huán)形單元格每榀依次組裝、偏差測量→網(wǎng)殼組裝完成、總體檢測→蒙皮頂板支撐件安裝固定→蒙皮頂板組裝焊接→蒙皮封板組裝焊接→竣工驗(yàn)收

4 螺栓球球面網(wǎng)殼施工

4.1 放線測量

網(wǎng)殼安裝前測量罐頂邊環(huán)梁圓周直徑和罐壁垂直度偏差，以便根據(jù)邊環(huán)梁誤差的實(shí)際情況來調(diào)整網(wǎng)殼支座節(jié)點(diǎn)的位置。根據(jù)實(shí)際檢測數(shù)據(jù)和網(wǎng)殼的設(shè)計(jì)圖紙，在邊環(huán)梁上確定好網(wǎng)殼支座軸線的分布和位置，保證網(wǎng)殼支座安裝精度在設(shè)計(jì)要求的范圍內(nèi)。

4.2 網(wǎng)殼移動(dòng)組裝平臺(tái)的搭設(shè)

在網(wǎng)殼安裝前，應(yīng)搭建完成移動(dòng)組裝平臺(tái)，移動(dòng)平臺(tái)的搭建應(yīng)符合有關(guān)安全規(guī)定，并滿足安裝要求。腳手架的高度應(yīng)隨網(wǎng)殼矢高的變化而變化，由邊緣至中間逐漸升高，組裝平臺(tái)距網(wǎng)殼節(jié)點(diǎn)垂直高度以0.7 ~ 1.0 m左右為宜。

4.3 網(wǎng)殼專用支座安裝

（1）所有網(wǎng)殼構(gòu)配件均為工廠模塊化生產(chǎn)，構(gòu)配件到貨后，應(yīng)對材料進(jìn)行進(jìn)場前檢查，所有構(gòu)配件規(guī)格、數(shù)量、質(zhì)量等均應(yīng)符合設(shè)計(jì)圖紙，按編號(hào)分類存放，做好半成品保護(hù)。若構(gòu)配件產(chǎn)生變形，應(yīng)進(jìn)行矯正。

（2）根據(jù)在邊環(huán)梁頂部放線好的位置，把專用支座安裝固定在邊環(huán)梁頂部，臨時(shí)點(diǎn)焊。

（3）所有專業(yè)支座安裝放置完成后，再進(jìn)行位置檢驗(yàn)測量，調(diào)整位置偏差，直至符合設(shè)計(jì)要求。

4.4 螺栓球網(wǎng)殼組裝

（1）螺栓球網(wǎng)殼的組裝采用地面散裝法，在搭建好的移動(dòng)組裝平臺(tái)上進(jìn)行。網(wǎng)殼的組裝應(yīng)由下而上、由圓周向中心的進(jìn)行，局部凸出部分不得多出兩圈。網(wǎng)殼在組裝過程中應(yīng)當(dāng)采取調(diào)整臨近節(jié)點(diǎn)高差的方法，使桿件安裝能順利進(jìn)行。

（2）網(wǎng)殼的組裝應(yīng)先安裝靠近專用支座的外圈第一榀環(huán)形網(wǎng)殼，先安裝下弦一榀網(wǎng)格，然后依次為腹桿和上弦桿，邊安裝邊測量定位，如果中間有桿件放入困難時(shí)，可用千斤頂微頂網(wǎng)架下弦球進(jìn)行調(diào)節(jié)后放入。安裝時(shí)應(yīng)墊實(shí)下弦球，確保下弦螺栓球節(jié)點(diǎn)不位移，同時(shí)邊安裝邊用全站儀對各控制節(jié)點(diǎn)進(jìn)行測量定位，見圖3。在進(jìn)行每一個(gè)網(wǎng)殼經(jīng)緯型單元格組裝時(shí)，檢查桿件和螺栓球有無錯(cuò)用，抽檢部分單元網(wǎng)格尺寸，做好記錄，檢查無誤后形成整體網(wǎng)架，并用臨時(shí)支撐固定。

（3）第一榀環(huán)形網(wǎng)殼全部組裝完成后，按規(guī)范對第一榀網(wǎng)殼進(jìn)行自檢，測量幾何尺寸和撓度值并做好記錄，檢驗(yàn)合格后把所有專用支座焊接牢固，第一榀網(wǎng)殼形成整體剛度后，再拆除臨時(shí)支撐，見圖4。

（4）外圈第一榀環(huán)形網(wǎng)殼組裝完成后，再由圓周向中心依次按照上述工藝進(jìn)行每一榀的環(huán)形網(wǎng)殼組裝，直至完成，見圖5。安裝過程中注意觀察和測量網(wǎng)殼造型幾何尺寸，控制對接位置的正確性，減少網(wǎng)殼安裝累積誤差，見圖6。

（5）整體網(wǎng)殼拼裝完成后，組織質(zhì)檢人員對各個(gè)螺栓球連接處的高強(qiáng)螺栓逐個(gè)檢查擰緊程度。采用全站儀進(jìn)行網(wǎng)殼整體撓度測量，撓度值指標(biāo)應(yīng)符合網(wǎng)架規(guī)程要求和設(shè)計(jì)值，待網(wǎng)殼頂工程安裝完畢后報(bào)請有關(guān)部門驗(yàn)收合格后，方可進(jìn)行蒙皮頂板安裝。

5 蒙皮頂板安裝

5.1 支撐件安裝

將上弦螺栓球的帽頭安裝在螺栓球的工藝螺栓孔里，然后把蒙皮頂板支撐板焊接在帽頭，見圖7。在帽頭桿件上找出弧度，以方便蒙皮頂板安裝。若螺栓球之間跨距過大，無法達(dá)到蒙皮頂板所需要的弧度，可在桿件加焊支撐板，以免蒙皮頂板下沉，達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。

5.2 蒙皮頂板安裝

（1）蒙皮周邊與支座邊環(huán)梁之間應(yīng)焊接封板，外表面應(yīng)沿周邊進(jìn)行連續(xù)角焊，見圖8。

（2）為保證蒙皮板成型度，每根網(wǎng)殼蒙皮頂板支撐件對蒙皮板的支承點(diǎn)應(yīng)不少于三點(diǎn)。

（3）蒙皮板搭接寬度宜不小于5倍的板厚。頂板外表面采用連續(xù)角焊縫，焊縫應(yīng)在搭接處的上方。內(nèi)表面不予焊接。蒙皮板焊接應(yīng)采取防變形措施。

（4）蒙皮板搭接原則是：低位置板搭在高位置板上面。蒙皮不允許與網(wǎng)殼桿件進(jìn)行任何型式的焊接。

（5）罐頂開口應(yīng)避開網(wǎng)殼桿件所在的位置。

（6）罐頂蒙皮板宜采用人字形排版。罐頂蒙皮板厚度宜采用4 ~ 6 mm厚的鋼板，見圖9。

（7）罐頂蒙皮的局部凹凸度，用弦長為2 m的樣板測量，間隙不宜大于25 mm。

6 結(jié)束語

安裝完成后，螺旋球網(wǎng)殼頂經(jīng)建設(shè)、監(jiān)理和設(shè)計(jì)共同驗(yàn)收全部合格，達(dá)到設(shè)計(jì)和使用要求。

7 結(jié)束語

螺栓球網(wǎng)殼頂結(jié)構(gòu)因?yàn)槠渥灾剌p，工廠化預(yù)制加工程度高，質(zhì)量可控，利于成批、規(guī)?；a(chǎn)加工，組裝方便，后期幾乎不用維護(hù)，因而在大型油氣拱頂儲(chǔ)罐中得到了廣泛的應(yīng)用。螺栓球網(wǎng)殼頂結(jié)構(gòu)施工工藝因在地面平臺(tái)進(jìn)行組裝，因而施工組裝方便，易于調(diào)整安裝偏差，避免了高空散裝法安全隱患大的缺點(diǎn)，大幅度降低了施工成本，能較好地保證工程施工精度、質(zhì)量^[3]，具有較好的社會(huì)效益、推廣價(jià)值和發(fā)展應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)：

[1] 黃峰.網(wǎng)殼拱頂在大型固定頂儲(chǔ)罐中的應(yīng)用[J].南京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自科版）,2000，22（3）:39-42.

[2] 盧高峰,王琪. 螺栓球網(wǎng)架結(jié)構(gòu)施工技術(shù)[J].價(jià)值工程,2015 (6) :133-134

[3] 甄澤炳.大跨度空間螺栓球鋼網(wǎng)殼穹頂安裝技術(shù)[J].施工技術(shù),2012,41（2）:13-16.