大型拱頂儲罐螺栓球球面網殼頂的施工安裝技術

作者：曹建鷗

中圖分類號：TE、TU             文獻標識碼：B          

金屬拱頂儲罐也稱自支撐拱頂儲罐，罐頂為球冠形結構，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。內浮頂儲罐也是采用拱頂罐在其內部增設浮頂而制成的。拱頂儲罐有帶肋殼拱頂、網殼頂等結構，網殼頂按結構形式分主要有雙向子午線式網殼、三角形網格網殼、經緯型網格網殼，按節點形式分主要有板式節點網殼、轂式節點（承插式）網殼、焊接節點網殼、螺栓球網殼。傳統的拱頂結構儲罐采用板式或者板肋式結構，因此當儲油罐直徑大于32 m時，其受力性能、材料用量方面已經不能適應發展的需要，SH 3046 - 1992《石油化工立式圓筒形鋼制焊接儲罐設計規范》附錄四對此也做了明確的規定。

由于雙向子午線網殼結構形式對儲罐罐壁會產生不利影響，同等用鋼量條件下其強度、剛度、穩定性及承載力要小于三角形和經緯形網格網殼；轂式節點（承插式）網殼又屬于半鋼性節點；板式節點網殼相對于螺栓球網殼而言其含鋼量較大，自重大，對儲罐強度和穩定性有不利影響，不夠經濟；焊接節點網殼對網殼結構的焊接應力變形較大，施工難度高，工藝復雜。因此大型拱頂儲罐宜采用螺栓球節點的三角形或者經緯形網格網殼^[1]。

1 工程概況

廣西防城港市港口區年產150萬t重交通瀝青工程項目203罐區2萬m³內浮頂罐的制作安裝工程、2萬m³石腦油儲罐罐頂的安裝工程，其儲罐的罐頂均采用螺栓球經緯形球面雙層鉸接網殼結構，見圖1，在網殼安裝完后再鋪設蒙皮頂板。儲罐直徑42 m，拱頂高5.65 m，網殼的桿件材質均為Q235B碳鋼材料，螺栓球材質為45^#鋼，采用高強螺栓連接。球殼展開面積為1 485 m²，整個網殼質量36 t，整體網殼以40個專用支座作為支撐^[2]。

2 網殼結構和安裝工藝特點

（1）螺栓球網殼頂由網格狀空間桿件系組成的球面經緯形網架拱頂承載頂面荷載。

（2）網殼頂由網狀殼、邊環梁、蒙皮三大部分組成。網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制；邊環梁是罐壁頂部的邊沿構件，代替包邊角鋼；蒙皮由鋼板制成，覆蓋在網殼表面作為罐頂板，蒙皮與網殼桿件不直接焊接。

（3）網殼結構的桿件主要承受軸力，結構內力分布比較平均，應力峰值小，可以充分發揮材料強度的作用。整體網殼由均勻布置的專用支座固定安裝在邊環梁上，見圖2。

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

3 螺栓球球面網殼施工工藝流程

邊環梁頂部放線測量→臨時移動地面組裝平臺的搭設→支座就位固定→網殼環形單元格第一榀組裝、偏差測量→網殼環形單元格每榀依次組裝、偏差測量→網殼組裝完成、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→竣工驗收

4 螺栓球球面網殼施工

4.1 放線測量

網殼安裝前測量罐頂邊環梁圓周直徑和罐壁垂直度偏差，以便根據邊環梁誤差的實際情況來調整網殼支座節點的位置。根據實際檢測數據和網殼的設計圖紙，在邊環梁上確定好網殼支座軸線的分布和位置，保證網殼支座安裝精度在設計要求的范圍內。

4.2 網殼移動組裝平臺的搭設

在網殼安裝前，應搭建完成移動組裝平臺，移動平臺的搭建應符合有關安全規定，并滿足安裝要求。腳手架的高度應隨網殼矢高的變化而變化，由邊緣至中間逐漸升高，組裝平臺距網殼節點垂直高度以0.7 ~ 1.0 m左右為宜。

4.3 網殼專用支座安裝

（1）所有網殼構配件均為工廠模塊化生產，構配件到貨后，應對材料進行進場前檢查，所有構配件規格、數量、質量等均應符合設計圖紙，按編號分類存放，做好半成品保護。若構配件產生變形，應進行矯正。

（2）根據在邊環梁頂部放線好的位置，把專用支座安裝固定在邊環梁頂部，臨時點焊。

（3）所有專業支座安裝放置完成后，再進行位置檢驗測量，調整位置偏差，直至符合設計要求。

4.4 螺栓球網殼組裝

（1）螺栓球網殼的組裝采用地面散裝法，在搭建好的移動組裝平臺上進行。網殼的組裝應由下而上、由圓周向中心的進行，局部凸出部分不得多出兩圈。網殼在組裝過程中應當采取調整臨近節點高差的方法，使桿件安裝能順利進行。

（2）網殼的組裝應先安裝靠近專用支座的外圈第一榀環形網殼，先安裝下弦一榀網格，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，可用千斤頂微頂網架下弦球進行調節后放入。安裝時應墊實下弦球，確保下弦螺栓球節點不位移，同時邊安裝邊用全站儀對各控制節點進行測量定位，見圖3。在進行每一個網殼經緯型單元格組裝時，檢查桿件和螺栓球有無錯用，抽檢部分單元網格尺寸，做好記錄，檢查無誤后形成整體網架，并用臨時支撐固定。

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

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

（5）整體網殼拼裝完成后，組織質檢人員對各個螺栓球連接處的高強螺栓逐個檢查擰緊程度。采用全站儀進行網殼整體撓度測量，撓度值指標應符合網架規程要求和設計值，待網殼頂工程安裝完畢后報請有關部門驗收合格后，方可進行蒙皮頂板安裝。

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，達不到設計要求。

5.2 蒙皮頂板安裝

（1）蒙皮周邊與支座邊環梁之間應焊接封板，外表面應沿周邊進行連續角焊，見圖8。

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

（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角焊縫，焊縫應在搭接處的上方。內表面不予焊接。蒙皮板焊接應采取防變形措施。

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

（5）罐頂開口應避開網殼桿件所在的位置。

（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 結束語

安裝完成后，螺旋球網殼頂經建設、監理和設計共同驗收全部合格，達到設計和使用要求。

7 結束語

螺栓球網殼頂結構因為其自重輕，工廠化預制加工程度高，質量可控，利于成批、規模化生產加工，組裝方便，后期幾乎不用維護，因而在大型油氣拱頂儲罐中得到了廣泛的應用。螺栓球網殼頂結構施工工藝因在地面平臺進行組裝，因而施工組裝方便，易于調整安裝偏差，避免了高空散裝法安全隱患大的缺點，大幅度降低了施工成本，能較好地保證工程施工精度、質量^[3]，具有較好的社會效益、推廣價值和發展應用前景。

參考文獻：

[1] 黃峰.網殼拱頂在大型固定頂儲罐中的應用[J].南京工業大學學報（自科版）,2000，22（3）:39-42.

[2] 盧高峰,王琪. 螺栓球網架結構施工技術[J].價值工程,2015 (6) :133-134

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