一建机电教材解读：1H413042金属储罐（柜）制作安装技术
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1H413042金属储罐(柜)制作安装技术
金属储罐(柜)是储存液态物料或气体的容器，在机电安装工程中占有很大份额。金属储罐指立式圆筒形钢制焊接储罐，是在常压或微内压条件下储存液态物料的设备;气柜为圆筒形钢制焊接储气罐，是储存、缓冲、稳压、混合化工气体及城市煤气的容器。本条的主要知识点是：金属储罐(柜)的分类及其结构特点;金属储罐安装方法和程序要求;金属储罐的焊接工艺及顺序;充水试验。
一、金属储罐(柜)的分类及其结构特点
(一)金属储罐的分类及其结构特点
1.金属储罐的分类
根据储罐顶部结构，可分为固定顶储罐、浮顶储罐和内浮顶储罐。
固定顶储罐指罐顶周边与罐壁顶端固定连接的储罐，主要包括：拱顶罐、锥顶罐、悬链式罐(又称为无力矩储罐)等，后两种现已很少再建。
2.拱顶罐的结构特点
拱顶罐也称自支承拱顶油罐，罐顶为球冠形结构，罐体为圆筒形，拱顶中间无支撑，荷载靠其周边支承于罐壁上。有带肋壳拱顶，网壳顶等结构。
(1)带肋壳拱顶罐
拱顶球面的曲率半径一般为罐直径的0.8～1.2倍，拱顶由4～6mm的薄钢板(切割后拼接成瓜皮板)和加强筋组成。罐顶板多采用搭接。优点是施工容易、造价低。
(2)网壳顶拱顶罐
由网格状空间杆件系组成的球面网架拱壳承载顶面荷载。网壳顶由网状壳、边环梁、蒙皮三大部分组成：网状壳由型钢和连接件组成。钢制网壳重量较大，大型储罐一般采用铝合金材料网壳。杆件为工厂化预制，现场组装。边环梁是罐壁顶部的沿边构件，代替包边角钢。蒙皮覆盖在网壳表面的罐顶板，蒙皮与网壳杆件之间不焊接。特大型拱顶罐尤其是特大型内浮顶罐已较多采用网壳顶结构。
3.浮顶储罐的结构特点
罐顶盖浮在敞口的圆筒形罐壁内的液面上并随液面升降，在浮顶与罐内壁之间的环形空间设有随着浮顶浮动的密封装置。其优点是可减少或防止罐内液体蒸发损失，也称外浮顶储罐。大型储罐大多采用浮顶罐。国内目前最常用的浮顶罐容量是5万m3与10万m3。已建的最大容量为15万m3。浮顶储罐分为单盘式与双盘式浮顶罐两种类型。
(1)单盘式浮顶罐浮顶周边为环形密封舱(浮船)，浮船内设置径向隔板将其分隔成若干独立的舱室。浮船中间为单层盘板，与船舱通过环形角钢相接，单层板底部用数道环形型钢圈加固。
(2)双盘式浮顶罐浮顶由上、下盘板和船舱边缘板组成整个浮顶，内部由上、下盘板间的环形和径向隔板将其分隔成若干独立的舱室(隔舱)。浮顶具有较好的稳定性，能承受较大载荷，绝热性能较好，但费钢材。
4.内浮顶储罐的结构特点
内浮顶储罐是由拱顶罐内部增设浮顶而成。这种罐主要用来储存航空汽油、航空煤油等，有日趋推广的趋势。内浮顶为在罐内漂浮在液面上的浮动顶盖，有以下类型：
(1)钢制内浮顶：包括单盘式浮顶、双盘式浮顶、敞口隔舱式内浮顶等。
(2)铝制装配式内浮顶：由多块铝合金元件拼装而成，用浮筒作浮力元件。
(3)非金属整体式内浮顶：表面采用能导电的高强塑料，包裹中空塑料块。整顶在罐内胎架上成型，造价昂贵，国内很少采用。
(二)气柜分类及其结构特点
分为湿式气柜和干式气柜。其中湿式气柜是设置水槽，用水密封的气柜，包括直升式气柜(导轨为带外导架的直导轨)和螺旋气柜(导轨为螺旋形)。钢制焊接湿式气柜结构包括水槽、塔节、钟罩、导轨和导轮、配重块等。
1.水槽：即湿式气柜盛水的圆筒形敞口容器。
2.塔节：气柜的储气部分，相当于拱顶油罐的罐顶加罐壁，由于柜体需要能够随柜内的气体的容量(压力)变化而进行升降，则分为若干可升降的节(段)，简称塔。其中最顶端塔节称为钟罩或一塔。其他为中节，为无顶无底的圆筒形结构。从上到下依次称为中节工(简称二塔)、中节Ⅱ(简称三塔)等。
3.导轨：引导气柜活动塔节升降的轨道或结构，有直导轨和螺旋导轨。
一、金属储罐安装方法和程序要求
(一)金属储罐安装方法分类
1.正装法：罐壁板自下而上依次组装焊接，最后组焊完成顶层壁板、抗风圈及顶端包边角钢等。较适用于大型浮顶罐。包括：水浮正装法，架设正装法(包括外搭脚手架正装法、内挂脚手架正装法)等。
2.倒装法：在罐底板铺设焊接后，先组装焊接顶层壁板及包边角钢、组装焊接罐顶。然后自上而下依次组装焊接每层壁板，直至底层壁板。包括：中心柱组装法、边柱倒装法(有液压顶升、葫芦提升等)、充气顶升法和水浮顶升法等。
(二)金属储罐的常用组装方法的基本程序和要求
1.外搭脚手架正装法
(1)脚手架随罐壁板升高而逐层搭设;
(2)当纵向焊缝采用气电立焊、环向焊缝采用自动焊时，脚手架不得影响焊接操作;
(3)采用在壁板内侧挂设移动小车进行内侧施工;
(4)采用吊车吊装壁板。这种架设正装法(包括以下内挂脚手架正装法)适合于大型和特大型储罐，便于自动焊作业。
2.内挂脚手架正装法
(1)每组对一圈壁板，就在壁板内侧沿圆周挂上一圈三脚架，在三脚架上铺设跳板，组成环形脚手架，作业人员即可在跳板上组对安装上一层壁板;
(2)在已安装的最上一层内侧沿圆周按规定间距在同一水平标高处挂上一圈三脚架，铺满跳板，跳板搭头处捆绑牢固，安装护栏;
(3)搭设楼梯间或斜梯连接各圈脚手架，形成上、下通道;
(4)一台储罐施工宜用2层至3层脚手架，1个或2个楼梯间，脚手架从下至上交替使用;
(5)在罐壁外侧挂设移动小车进行罐壁外侧施工;
(6)采用吊车吊装壁板。
3.水浮正装法
一般用于浮顶罐的施工。其程序和要求：
(1)罐底板、底圈壁板、第二圈罐壁板施工完毕，底圈壁板与底板的大角缝组焊完毕检验合格后，利用这部分罐体作为水槽。在罐体内组焊浮船，浮船施工完毕并检验合格，利用浮船作为内操作平台;
(2)设置罐壁移动小车或弧形吊栏，进行罐壁外侧作业;
(3)采用吊车吊装或在浮船上设置吊杆吊装壁板;
(4)设置浮船导向装置;
(5)向罐内充水，使浮船浮升到需要高度，逐圈组装第三圈及以上各圈壁板5
(6)壁板组装前、组装过程中、组装后按设计规定进行沉降观测。
4.边柱倒装法
利用均布在罐壁内侧带有提(顶)升机构的边柱提升与罐壁板下部临时胀紧固定的胀圈，使上节壁板随胀圈一起上升到预定高度，组焊第二圈罐壁板。然后松开胀圈，降至第二圈罐壁板下部胀紧、固定后再次起升。如此往复，直至组焊完。
(1)边柱液压提升倒装法程序与要求
1)在罐壁板内侧沿周向均匀设置提升架，提升架上设置液压千斤顶。提升架高度应比最大提升高度大l000mm左右，背向壁板一侧设置防倾覆斜拉杆。千斤顶的总额定起重量应大于提升罐体的最大重量及附加重量(由此确定千斤顶的数量和提升架的间距)。
2)设置人员进出罐内的通道。
3)胀圈用千斤顶或加紧丝与罐壁胀紧。
4)起吊过程应平稳，各起吊点应同步上升。
(2)边柱葫芦提升倒装法程序与要求
可采用手拉葫芦(倒链)或电动葫芦提升动力。程序与要求：在罐壁板内侧沿周向均匀设置提升柱，提升柱顶部设置手拉葫芦或电动葫芦。提升柱的数量、结构、规格根据提升需要的最大重量计算确定，背向壁板一侧设置防倾覆斜拉撑。其余与液压提升倒装2)至4)项相同。
内挂脚手架正装法和边柱液压提升倒装法列入2010版“建筑业10项新技术”，名称分别为“大型储罐内置悬挂平台正装法施工技术”和“液压提升(顶升)倒装大型储罐技术”。
(三)低压湿式气柜组装方法和程序
低压湿式气柜柜体的组装方法和程序与金属储罐类似，其钟罩、中节和水槽组装也分正装法和倒装法施工。正装法施工程序为由组装水槽壁开始逐节向里安装，最后组装钟罩。倒装法施工程序为由钟罩开始逐节向外安装，最后组装水槽壁。
三、金属储罐的焊接工艺及顺序
(一)罐底焊接顺序与工艺措施
1.原则：采用收缩变形最小的焊接工艺及焊接顺序。
2.罐底焊接程序
中幅板焊缝一罐底边缘板对接焊缝靠边缘的300mm部位一罐底与罐壁板连接的角焊缝(在底圈壁板纵焊缝焊完后施焊)一边缘板剩余对接焊缝一边缘板与中幅板之间的收缩缝。
3.焊接顺序与控制焊接变形的主要工艺措施
(1)中幅板：搭接焊接接头可采用焊条电弧焊。先焊短焊缝，后焊长焊缝。初层焊道应采用分段退焊或跳焊法。
(2)弓形边缘板：对接焊缝的初层焊，宜采用焊工均匀分布、对称施焊的方法;罐底边缘板与中幅板之间的收缩缝第一层焊接，采用分段退焊法或跳焊法。
(3)罐底与罐壁连接的角焊缝：由数对焊工对称均匀分布，从罐内、外沿同一方向进行分段焊接。初层焊道采用分段退焊或跳焊法。
(二)罐壁焊接
1.罐壁采用焊条电弧焊的焊接顺序和工艺要求
先焊纵向焊缝，后焊环向焊缝：当焊完相邻两圈壁板的纵向焊缝后，再焊其间的环向焊缝。焊工应均匀分布，并沿同一方向施焊。
2.自动焊接工艺要求
(1)纵焊缝采用气电立焊时，应自下向上焊接。
(2)对接环焊缝采用埋弧自动焊时，焊机应均匀分布，并沿同一方向施焊。
四、充水试验
(一)充水试验的相关规定
1.充水试验前，所有附件及其他与罐体焊接的构件全部完工并检验合格。
2.一般情况下，充水试验采用洁净淡水。对于不锈钢罐，试验用水中氯离子含量不得超过25ppm。试验水温均不低于5℃。
3.充水试验中应进行基础沉降观测。在罐壁下部圆周每隔10m左右，设一个观测点，点数宜为4的倍数，且不得少于4点。在充水试验中，如基础发生设计文件不允许的沉降，应停止充水，待处理后方可继续进行试验。
4.充水和放水过程中，应打开透光孔，且不得使基础浸水。
(二)充水试验项目、方法及合格标准
1.罐底严密性试验：充水进行试验，观察基础周边。合格标准：无渗漏。
2.罐壁强度及严密性试验：充水至最高设计液面试验，保持48h。合格标准：罐壁无渗漏、无异常变形。
3.固定顶强度及严密性试验：罐内充水到最高设计液位下lm，将所有开孔封闭，缓慢充水升压，升到试验压力时，暂停充水，在罐顶涂以肥皂水检查。试验后立即将罐顶孔开启与大气相通，恢复到常压。合格标准：罐顶无异常变形，焊接接头无渗漏。
4.固定顶的稳定性试验：充水到设计最高液位，将所有开孔封闭，用放水方法进行试验，缓慢降压，达到试验负压值时，停止放水，观察罐顶。试验后立即将罐顶孔开启，与大气相通，恢复到常压。合格标准：罐顶无异常变形。
5.浮顶、内浮顶罐升降试验：充水、放水时检查浮顶升降、导向机构、密封装置及自动通气阀支柱，检查浮顶、内浮顶与液面接触部分。合格标准：浮顶升降平稳、无倾斜，扶梯转动灵活;密封装置、导向机构及自动通气阀无卡涩现象;浮顶与液面接触部分无渗漏;浮顶/内浮顶与罐体上的其他附件无干扰。
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