储罐倒装法施工技术的安全分析

储罐倒装法施工技术的安全分析

王晓鹏武远东

王晓鹏武远东

中铝万成山东建设有限公司山东淄博255052

摘要：本文阐述了工程施工中采用储罐倒装技术的理论可靠性和实践应用，介绍了重型储罐以新颖的设计构思，独特的施工方法，其完备的自动化功能和良好的安全可靠性，是施工技术的重大突破；取得了显著的经济效益和社会效益，并将在更广泛的施工领域内获得推广。

关键词：倒装；可靠性；应用；经济效益

立式圆筒形钢制储罐（大型种分槽）、大型薄壳锥底容器（高效沉降槽）是有色冶炼、化工工程、建材工程中重要组成部分，特别是有色冶炼氧化铝生产过程中，无论原料料浆的储存和反应、中间过程的储存和反应，还是成品氧化铝的储存，都需要大量的储罐（储槽）。

随着有色工业的不断发展，作为氧化铝生产中重要组成部分的各类储罐（储槽），在数量上与日俱增，其容量亦趋于重型化、大型化，在建设投资中占有相当的比例。面对重型储罐的建造施工，如何在保证安装质量的前提下，缩短工期，降低工程造价，是摆在每个工程技术人员前面的课题。

本文就山东铝业公司百万吨氧化铝扩建工程之一公司的两台带有机械搅拌的料浆槽的施工为例介绍储罐建造新技术“倒装法”。

1、工程概况

氧化铝厂料浆槽扩建工程中的重型圆筒钢储槽—K槽的壁厚及高度自上而下分别为（1）δ=12mm，H=3.6m；（2）δ=14mm，H=3.968m；（3）δ=16mm，H=3.6m；（4）δ=18mm，H=3.6m；以上槽壁材质为Q235-C；（5）δ=20mm，H=3.6m；（6）δ==22mm，H=3、6m；（7）δ=25mm，H=4m；（8）δ=28mm，H=6m；以上槽壁材质为16MnR，槽底与底层槽壁间内衬δ=12mm倒锥筒体，每台料浆槽直径12米、高32米、容积3300m3、总重280余吨。

施工现场东侧有2#熟料窑烟囱及电收尘，东南方有5#熟料窑烟囱及电收尘，西侧有电缆桥架，北侧有管道支架，东西两侧的最大回转空间小于32米，（见图1）现场无施工拼装场地，常规的拼装吊装方案无法实施。笔者多方查找资料、研究和计算，采用先进的重型储罐“倒装法”施工新技术，成功地解决了这一施工技术难题。

图1施工平面图

2、重型储罐“倒装法”技术的可靠性探讨

2·1“倒装法”施工工艺

常规的正装法施工的程序是：储槽槽底——储槽各层壁板——储槽槽顶，随着储槽槽体高度越来越高，施工脚手架的搭设也步步增高，施工人员必须爬高施工作业。“倒装法”施工是在槽底板铺设、焊接之后，先组装顶层槽体，再组装焊接槽顶钢梁及槽顶板，安装特制的提升工具，然后自上而下倒序依次提升、组装、焊接每层槽体，直至低层槽壁安装。

该技术根据“倒装法”施工提升槽体重达210余吨、直径为12米和施工的安全可靠性的要求，采用笔者研制成的由液压穿心千斤顶、上下承载机构、液压泵站、液压管路、液压锁、胀圈以及专用提升柱等组成的特种提升装置，采用柔性钢绞线承重，液压提升装置集群作业，整体提升到预定高度安装就位，实现大吨位、超大构件、超高空、整体同步提升。

2·2“倒装法”施工技术的可靠性验算

“倒装法”施工提升槽体，施工中槽体起升到最大高度32米，提升过程中的槽体就象悬空的巨大的扣钟，其过程槽体的平衡稳定性、施工技术可靠性的验证对技术实施有着非同寻常的重要性。

2·2.1槽体的重心

每一台槽体都是由许多质点组成的，每一质点都受到竖直向下的重力作用，所有质点的合力就等于储槽的重量，而这个合力的作用点就叫做槽体的重心，重心的位置不仅关系到槽体的平衡，而且关系到槽体的平衡稳定性。

要计算全部槽体的重心，可全部槽体分成几个几何体组成，先求每一部分的

所以，槽体重心距地面距离为14.02米

2.2.2槽体稳定性

槽体的稳定性是指槽体处于最不利的状态，即施工中槽体起升到最大高度32米时，柔性提升设备一侧油顶行程出满200mm，而另一侧没有升出的状态下（槽体偏斜α角）和风力的最不利影响，在这种状态下，倾覆力矩有风力矩和倾斜引起的力矩，稳定力矩仅是槽体自重对倾覆边的力矩。槽体偏斜时200mm.，槽体直径为12000mm，角度为α:

α=tg-1200/12000

=0057′17″

施工中槽体处于最不利的状态是当槽体起升到最大高度恰刮8级大风时，其受力简图如图3：

图4柔性提升倒装法施工配套设施示意图

1—提升中槽体；2—待合装槽体；3—槽底板；4—定工具锚（卡紧装置）；5—油顶；6—液压锁；7—高压胶管；8—动工具锚（松卡装置）；9—钢绞线；10—提升柱；11—传力三角筋；12—胀圈；13—平衡槽钢；14—液压油泵；15—支撑槽钢

2.3特种提升装置

特种提升工具中液压穿心油顶上端相连的上承载机构（定工具锚）和与缸体下部相连的下承载机构（动工具锚）之间进行负荷转换，有了这两种特殊装置就可使油顶既具有自锁性能，又具有松开卡块的性能。自锁性能满足步进式（连续、反复）提升重物的要求；动工具锚能满足重物提升到一定高度后，又可下降再进行下次的提升作业，从而实现提升或下降重物的一种新型的特种提升装置。特种提升装置优点：

（1）其体积小，重量轻，安装拆卸简单，适应面广、通用性强，在空间狭窄、常规大型机械无法进入施工的场合，更具有独特的优越性。

（2）特别适合于特大笨重件的整体吊装就位。

（3）液压系统设有过压保护，反应灵敏，调整与操作简便。

（4）可在各种工况下实现带载升、降与停留，并具有多缸同步运行和单缸调整功能。准确控制焊缝间隙和随时调整提升高度的优点。

（5）工作系统出现故障，如遇突然停电、天气异变、因故中途停工和收工过夜等情况时，特种提升装置系统能自动闭锁，安全可靠（不下坠）。

2.3.1提升柱

（2）提升柱整体稳定性

提升柱受力弯矩在平面内

2.3.2胀圈

通过以上验算知：胀圈和传力三角筋连接角焊缝安全可用。

“倒装法”施工技术实现了大吨位、整体同步提升。成功地解决了重型储罐（大型种分槽）安装施工技术难题。使大型的储槽施工由危险、复杂的高空作业为安全、简单的地面作业，在狭窄、大型机械无法进入的场合，更有独特的优越性。

主要参考资料：

1.中华人民共和国国家标准《建筑结构荷载规范》GBJ9—87，1988，北京。

2.中华人民共和国国家标准《钢结构设计规范》GBJ17—88，1989，北京。

3.中华人民共和国国家标准《高耸结构设计规范》GBJ135—90，1990，北京。

4.《材料力学》天津大学材料力学教研室编，1980年，人们教育出版社。

5.《钢结构》同济大学宗听聪编1991年，中国建筑工业出版社。