专利名称：大型低温储罐拱顶气压顶升施工工艺及其平衡导向装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种低温储罐拱顶的顶升施工工艺，尤其涉及一种超大型的低温储罐拱顶的吹气顶升施工工艺及其平衡导向装置。
背景技术：
低温储罐是液化气体的大型存储设备，用于存储液化天然气(LNG)、液化石油气 (LPG如液化乙烯、液氨和液化丙烯等)。随着现代社会的发展，对能源的需求越来越大， 2-5万立方米液化气储罐已不能满足需求。现在，储罐的容量越来越大，甚至出现了 30万立方米的低温储罐。本发明所述的低温储罐拱顶的气压顶升施工工艺仅涉及外罐和金属拱顶。现有技术中，大型低温储罐的外罐和拱顶，有两种建造方法。一种是顺序施工法， 又称正装法，即先制造外罐，然后在外罐顶端拼装拱顶，或在地面拼装后，再进行吊装。由于大型储罐的直径越来越大，其拱顶的重量也随之增大，储罐壁的高度也同样随之增大。拼装拱顶时，在外罐上高空作业，其难度越来越高，且施工周期长，建造成本高。如在制造外罐的同时，在地面上拼装拱顶，两者平行施工，虽然能够缩短施工时间，但在吊装超大型储罐拱顶时，对起重设备的载重要求越来越高，甚至无法吊装。另一种称为逆序法，又称倒装法，即首先在地面制造外罐的第一圈基础，然后在第一圈基础上拼装拱顶，接着在建造下一圈外罐后，再利用机械的方法提升拱顶，依次不断循序环，直至完成整个外罐。倒装法仅适用于容积30000m3以下的外罐壁为钢制的低温储罐的施工，对于容积30000m3以上或外罐壁为预应力钢筋混凝土的低温储罐，不能采用倒装法施工。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种大型低温储罐拱顶的气压顶升施工工艺，采用外罐施工和拱顶拼装同步的方法，并辅以气压顶升拱顶之施工工艺，即解决施工周期长问题，又能解决储罐拱顶的安装问题。本发明的目的之二是提供一种大型低温储气罐的气压顶升施工工艺的拱顶平衡装置，以保证拱顶安全地顶升。本发明的目的是通过采用如下技术方案实现的，一种低温储罐的拱顶气压施工工艺，包括如下步骤
(1)外罐建造和拱顶拼装钢结构拱顶拼装与外罐施工同步进行，或先进行外罐制造， 或先进行拱顶拼装；所述外罐安照正装法施工，并在外罐顶端设置一环形拱顶固定板；拱顶拼装首先在外罐内部基础上安装拱顶组装的临时支撑，临时支撑应与拱顶结构相符，且能够完全承受拱顶的重量和保持拱顶板的外形尺寸，然后在临时支撑上组装和焊接拱顶， 拱顶一般情况下根据设计尺寸事先预制成若干结构块。(2)拱顶焊接完成后拆除拱顶临时支撑，在内部安装内罐悬浮吊顶，悬浮吊顶通过拉杆与拱顶结构连接。
(3)安装平衡导向装置和密封装置在外罐顶端的环形拱顶固定板和拱顶上安装平衡导向装置；在拱顶与外罐内壁之间隙安装密封装置；并将外罐壁的施工通道和开设在拱顶的孔密封；
(4)安装压力监测系统压力监测系统一个设在风机操控人员旁边，另一个设在外罐顶部临时平台上；
(5)安装动力系统动力系统至少由一台风机组成；
(6)吹顶用风机向罐内密封空间鼓入空气，使储罐内外形成一定的气压差，该气压差产生的浮力大于拱顶及附着在拱顶上物体的重力，从而对拱顶产生向上的推力，直至到达拱顶安装位置。(7)焊接拱顶首先，在拱顶与储气罐上端的抗压板上进行进行临时固定，再进行焊接，使两者永久固定；
(8)拆除吹顶装置。一种大型低温储罐的气压顶升施工工艺的拱顶平衡导向装置，所述平衡导向装置由两组构成一对，至少2对；每组平衡导向装置由A型架、平衡钢缆和双导向滑轮组构成； 其特征在于所述外罐上端设有一圈抗压环，在外罐顶端设有一环形拱顶固定板，所述环形拱顶固定板的板面与水平面的倾斜角度为α ；每对导向装置对称设置，即两个A型架分别对称地固定在外罐顶端的环形拱顶固定板上，在拱顶的对应位置开设一对贯穿孔，且在该孔的拱顶内侧面，各安装一个双导向滑轮组；所述外罐内壁的下端和其外壁对应位置各设有固定吊耳；一平衡钢缆一端绕过A型架横杆，与外罐外侧壁的吊耳固定连接 ’另一端经罐顶上的贯穿孔，绕过拱顶内对应的双导向滑轮组，与固定安装在外罐内壁下侧的吊耳固定连接；另一根平衡钢缆则反向对称连接。所述外罐内侧面的上端设置抗压环。所述A型架其两侧使用槽钢或工字，其横杆为钢管，经焊接固接而成。每对导向装置在外罐和拱顶上沿圆周均勻分布。另一种大型低温储罐的气压顶升施工工艺的拱顶平衡导向装置，所述平衡导向装置每组还可由一 T型架、一滑车、一根平衡钢缆、一中心滑轮座、一底部固定座和若干支撑轴组成；T型架均勻地固定在外罐顶端的环形拱顶固定板上，滑车固定安装在拱顶的边缘处，且在T型架的正下方；支撑轴由支撑架和轴构成，固定安装在拱顶的上表面；中心滑轮座固定安装在拱顶的中心处；平衡钢缆一端绕过T型架，与外罐外壁的吊耳固定连接；另一端绕过滑车、支撑轴和中心滑轮座的滑轮，经贯穿孔，与储罐底部的固定块座连接。T型架可使用槽钢或工字钢焊接而成；
所述环形拱顶固定板的倾斜角度α与拱顶坡度一致。所述拱顶与储气罐壁之间的密封由两层材料构成，下层为柔性密封材料，上层为薄金属皮。本发明所涉及的一种低温储罐的施工工艺，是利用正装法来建造罐体，在建造罐体的同时，在罐体内拼装拱顶，然后再利用气压顶升的原理，解决了大型低温储罐现场建造的难题，既有利于缩短工期，又降低了高空作业的风险。通过采用施加同等预紧力的平衡装置，确保了拱顶在上升过程中的平衡和稳定，同时平衡装置对拱顶起导向和定位作用，保证拱顶在上升过程中不发生旋转。
图1为本发明的平衡导向装置实施例之二的顶升示意图； 图2为本发明的平衡导向装置实施例之一的结构示意图3为本发明平衡导向装置实施例之一的钢绳连接示意图； 图4为本发明平衡导向装置实施例之二的示意图； 图5为本发明平蘅导向装置实施例之二的局部示意图； 图6为本发明平蘅导向装置实施例之二的局部示意图7本发明的平衡导向装置实施例之二的中心滑轮座座数目为4的中心滑轮座座组机构示意图。
具体实施例方式以下结合附图对本发明的实施方式加以详细说明。实施例一
第一步，外罐建造和拱顶拼装
钢结构拱顶1拼装可与外罐2的制造同步进行，当然也可以先建造外罐，或先拼装拱顶。所述外罐按照正装法施工，当外罐建造到设计高度时，在外罐内侧面的上端设置抗压环 21和环形拱顶固定板6。如果外罐壁为钢制结构，则无抗压环21。所述拱顶1的环形拱顶固定板6具有向外侧倾斜的坡度角α，所述坡度角α与拱顶的坡度相配合。根据拱顶结构，在外罐内部基础上安装拱顶组装的临时支撑，临时支撑应与拱顶2结构相符，且能够完全承受拱顶的重量和保持拱顶板的外形尺寸，然后在临时支撑上组装和焊接拱顶，拱顶一般情况下根据设计尺寸事先预制成若干结构块。第二步，拆除辅助设备
拱顶焊接完成后拆除拱顶临时支撑，在内部安装内罐悬浮吊顶，悬浮吊顶通过拉杆与拱顶结构连接。第三步，安装平衡导向装置和密封装置
平衡导向装置的主要作用是，保证拱顶1在上升过程中保持平衡，防止拱顶在上升过程中发生旋转，且使整个拱顶保持水平，对拱顶的上升起导向作用。见图1，所述平衡导向装置至少由2组导向装置构成，通常为偶数组。所述导向装置每对由两个A型架3，两根平衡钢缆4和两个双导向滑轮组5构成。2个A型架3分别对称地固定在外罐顶端的环形拱顶固定板6上，在拱顶的相应位置开设一对贯穿孔7，且在该孔的拱顶内侧，各安装一个双导向滑轮组5，所述外罐2的内壁下端和外壁的中部对应位置各设有固定吊耳9、10。所述 A型架使用槽钢或工字钢、钢管焊接而成，A型架上的横杆为钢管，槽钢或工字钢。一平衡钢缆一端绕过A型架3上的钢管，与外罐外侧壁的吊耳9或预埋在外罐上延的吊耳9固定连接；另一端经罐顶上的贯穿孔7，绕过拱顶1内对应的两个双导向滑轮组5，与固定安装在外罐内壁对应位置下侧的吊耳10固定连接；另一平衡钢缆则反向对称连接。上述环形拱顶固定板6与平衡钢缆两个接触部位，各临时嵌入一段导滑管，用于减少平衡钢缆与其的摩擦力。当气压吹顶结束后，应当去除。所述导向装置在外罐的圆周方向上均勻分布。A型架安装时应保持竖直状态，平衡钢缆应从一点开始沿着一个方向顺序安装，单根平衡钢缆中间不得有接头。拱顶1上的贯穿孔7应保证拱顶在上升过程中平衡钢缆不与之发生摩擦而影响吹顶的顺利进行。双导向滑轮组应根据贯穿孔的位置进行安装，同时保证平衡钢缆位于贯穿孔中间，防止钢缆与拱顶摩擦。在整个平衡系统中，平衡钢缆在吹顶前需要一个预紧力，且每根钢缆的预紧力应保持基本一致，以保证拱顶在上升过程中的平衡和稳定。在拱顶1与外罐2内壁之间隙安装密封装置，并将外罐壁的施工通道和开设在拱顶的孔密封，避免气压泄漏。安装密封系统密封系统是在吹顶过程中，在罐内保持一个密闭的空腔，使得罐内部保持一定的压力，从而产生浮力使拱顶上升。良好的密封系统能够保证吹顶的质量、提高工作效率和减少能耗。密封位置主要包括拱顶与储气罐壁之间的密封、罐壁施工通道的密封及其他需要密封的位置。所述拱顶与储气罐壁之间的密封由两层材料构成，下层为柔性密封材料，上层为薄金属皮。两块密封板之间采用搭接形式，用于柔性密封材料拼接处亦采用搭接形式，并用胶带粘牢。外罐施工通道密封采用钢板作为临时门板达到密封的要求， 临时门板与罐壁间缝隙采用胶带或焊接形式进行密封。临时门板与外罐壁采用搭接形式。 其他需要密封的位置可根据实际情况进行，必须保证密封的有效性。上述的安装平衡装置和安装密封系统，这两者之间的施工顺序无要求，可同时施工或先后施工。第四步，安装压力监测系统
在吹升拱顶时为了保证拱顶的平衡，拱顶的上升速度有严格的限制，就必须严格控制风压和风量。则就需要一个能够有效的监控内部压力的系统，可采用连通管作为压力监测系统。压力测试系统在整个吹顶系统中设两个，一个设在风机操控人员旁边，让风机操控人员更好的控制风量、风压。一个设在顶部平台上，以便上面的监控人员随时监控整个顶升过程。第五步，安装动力系统
动力系统是为吹顶提供动力，由若干风机组成。风机的选择原则应能保证吹顶过程中最大风量和风压的要求，为保证保证吹顶顺利进行，通常满足吹顶要求的情况下增加广2 台风机作为备用。上述的安装压力监测系统和安装动力系统，这两者之间的施工顺序无要求，可同时施工或先后施工。第六步，气压顶升
吹顶前应检查密封系统、平衡系统及压力测试系统及吹顶施工准备工作。在拱顶上升的初始阶段拱顶可能会有轻微的震动，会对平衡系统和密封系统产生影响，并有可能使部分工装夹具产生松动，罐内需有人员在里面检查密封系统和平衡系统， 以确保其功能正常。如果当压力已经达到所需压力后而拱顶还未上升，则应停止吹顶工作， 待进一步检查确认后再进行吹顶工作。如果在顶升过程中拱顶失去平衡，在平台上的工作人员必须在工作小组组长的指挥下利用花篮螺丝20通过拉紧或放松钢缆的方式来调整拱顶。第七步，焊接拱顶当拱顶与抗压环紧密接触后，控制风机的风量，保持拱顶处于悬停状态，并迅速用卡具将拱顶与抗压环固定，并将拱顶焊接在抗压环上。卡具在拱顶上应均勻分布，至少为3个， 在吹顶前将卡具焊接在拱顶板上。在拱顶与抗压环焊接牢固后关闭风机。第八步最后就是拆除吹顶装置。实施例二
本实施例与实施一的区别之处，在于第二步，所述平衡装置中所采用的导向装置不同， 见图2和图3。在本实施例中，导向装置主要由T型架11、滑车12、支撑轴13、中心滑轮座座14及平衡钢缆15组成；T型架固定在外罐顶端的环形拱顶固定板6上，T型架可使用槽钢、钢管或工字钢焊接而成；滑车12固定安装在拱顶的边缘处，且在拱顶的正下方；支撑轴 13由钢管、钢板、轴制作而成，固定安装在拱顶的上表面；中心滑轮座14与固定安装在拱顶的中心处中心滑轮座组15固定连接，拱顶中心处开设有一贯穿孔17，其直径小于中心滑轮座组的内径；平衡钢缆15 —端绕过T型架，与外罐外侧壁的吊耳18固定连接；另一端绕过滑车、支撑轴中心滑轮座组上的中心滑轮座经罐顶中心的贯穿孔，与固定安装在储罐所在地面中心处的底部固定块19固定连接。导向装置数量为3个或3个以上，且导向装置在储罐的圆周方向上均勻分布。支撑轴在拱顶径向上的数量至少为1个。T型架上部横向部件的方向是沿罐的径向，并通过罐的中心轴线。T型架与A型架相比，绕在其上的钢丝绳不与抗压环接触，而且钢丝绳是垂直向下，这对钢丝绳的导向作用是比较有利的，同时也避免钢丝绳的意外损坏。中心滑轮座组16的单个滑轮的走绳方向都是指向同一个中心，每个滑轮都能自由的旋转；中心滑轮座组16是由每个中心滑轮座14 构成的组合件，这种平衡装置与实施一中平衡装置把钢丝绳交错在罐的中心相比也有一定的好处，即避免的了钢丝绳相互之间的摩擦力和钢丝绳自身重力对预紧力的影响。底部固定块固定安装在中心滑轮座的正下方，与罐底中心的预埋螺栓相连接，是平衡钢丝绳下部的固定点。支撑轴由钢管、钢板、轴制作而成，其作用是支撑钢丝绳不与拱顶接触，并引导钢丝绳运转。滚轮底座与拱顶可靠的焊接固定；滚轮安装方向须指向罐的中心，并与对应的中心滑轮座成同一直线；导向滑车是改变钢丝绳走向的部件，在升顶过程中改变钢丝绳走向和引导钢丝绳运转。导向滑车安装在拱顶的外边缘，并在T型架的正下方，并应与对应的支撑轴成同一直线。在整个平衡系统中，平衡钢缆在吹顶前需要一个预紧力，且每根钢缆的预紧力应保持基本一致，以保证拱顶在上升过程中的平衡和稳定。
权利要求
1.一种低温储罐的拱顶气吹顶升施工工艺，包括如下步骤(1)外罐建造和拱顶拼装钢结构拱顶拼装与外罐施工同步进行，或先进行外罐制造， 或先进行拱顶拼装；所述外罐安照正装法施工，并在外罐顶端设置一环形拱顶固定板；拱顶拼装首先在外罐内部基础上安装拱顶组装的临时支撑，临时支撑应与拱顶结构相符，且能够完全承受拱顶的重量和保持拱顶板的外形尺寸，然后在临时支撑上组装和焊接拱顶， 拱顶一般情况下根据设计尺寸事先预制成若干结构块；(2)拱顶焊接完成后拆除拱顶临时支撑，在内部安装内罐悬浮吊顶，悬浮吊顶通过拉杆与拱顶结构连接；(3)安装平衡导向装置和密封装置在外罐顶端的环形拱顶固定板和拱顶上安装平衡导向装置；在拱顶与外罐内壁之间隙安装密封装置；并将外罐壁的施工通道和开设在拱顶的孔密封；(4)安装压力监测系统压力监测系统一个设在风机操控人员旁边，另一个设在外罐顶部临时平台上；(5)安装动力系统动力系统至少由一台风机组成；(6)吹顶用风机向罐内密封空间鼓入空气，使储罐内外形成一定的气压差，该气压差产生的浮力大于拱顶及附着在拱顶上物体的重力，从而对拱顶产生向上的推力，直至到达拱顶安装位置；(7)焊接拱顶首先，在拱顶与储气罐上端的抗压板上进行进行临时固定，再进行焊接， 使两者永久固定；(8)拆除吹顶装置。
2.一种大型低温储罐的吹气顶升施工工艺的拱顶平衡导向装置，所述平衡导向装置由两组构成一对，至少2对；每组平衡导向装置由A型架、平衡钢缆和双导向滑轮组构成；其特征在于所述外罐上端设有一圈抗压环，在外罐顶端设有一环形拱顶固定板，所述环形拱顶固定板的板面与水平面的倾斜角度为α ；每对导向装置对称设置，即两个A型架分别对称地固定在外罐顶端的环形拱顶固定板上，在拱顶的对应位置开设一对贯穿孔，且在该孔的拱顶内侧面，各安装一个双导向滑轮组；所述外罐内壁的下端和其外壁对应位置各设有固定吊耳；一平衡钢缆一端绕过A型架横杆，与外罐外侧壁的吊耳固定连接；另一端经罐顶上的贯穿孔，绕过拱顶内对应的双导向滑轮组，与固定安装在外罐内壁下侧的吊耳固定连接；另一根平衡钢缆则反向对称连接。
3.如权利要求2所述的一种大型低温储罐的吹气顶升施工工艺的拱顶平衡导向装置， 其特征在于所述外罐内侧面的上端设置抗压环。
4.如权利要求2所述的一种大型低温储罐的吹气顶升施工工艺的拱顶平衡导向装置，其特征在于所述A型架其两侧使用槽钢或工字，其横杆为钢管，经焊接固接而成。
5.如权利要求4所述的一种大型低温储罐的吹气顶升施工工艺的拱顶平衡导向装置， 其特征在于每对导向装置在外罐和拱顶上沿圆周均勻分布。
6.如权利要求2所述的一种大型低温储气罐的吹气顶升施工工艺的拱顶平衡导向装置，其特征在于所述的环形拱顶固定板(6)两端横向嵌入钢管的一部分。
7.一种大型低温储罐的吹气顶升施工工艺的拱顶平衡导向装置，其特征在于所述平衡导向装置每组还可由一 T型架、一滑车、一根平衡钢缆、一中心滑轮座、一底部固定座和若干支撑轴组成；T型架均勻地固定在外罐顶端的环形拱顶固定板上，滑车固定安装在拱顶的边缘处，且在T型架的正下方；支撑轴由支撑架和轴构成，固定安装在拱顶的上表面；中心滑轮座固定安装在拱顶的中心处；平衡钢缆一端绕过T型架，与外罐外壁的吊耳固定连接；另一端绕过滑车、支撑轴和中心滑轮座的滑轮，经贯穿孔，与储罐底部的固定块座连接。
8.如权利要求3所述的一种大型低温储气罐的吹气顶升施工工艺的拱顶平衡导向装置，其特征在于T型架可使用槽钢或工字钢焊接而成。
9.如权利要求2或7所述的一种大型低温储气罐的吹气顶升施工工艺的拱顶平衡导向装置，其特征在于所述环形拱顶固定板的倾斜角度α与拱顶坡度一致。
10.如权利要求2或7所述的一种大型低温储气罐的吹气顶升施工工艺的拱顶平衡导向装置，其特征在于所述拱顶与储气罐壁之间的密封由两层材料构成，下层为柔性密封材料，上层为薄金属皮。
全文摘要
本发明公开了一种大型低温储罐拱顶的气吹顶升施工工艺及其平衡导向装置，该施工工艺包括如下步骤(1)拱顶制作；(2)在外罐内壁上端预设的抗压环处，安装平衡装置的辅助设备；在拱顶与外罐内壁之间隙安装密封装置；并将外罐壁的施工通道和开设在拱顶的孔密封；(3)安装压力监测系统；(4)安装动力系统；(5)吹顶(6)焊接拱顶；(7)拆除吹顶装置。其解决了大型储罐拱顶施工周期长及储罐拱顶拼装难度大的问题。平衡导向装置主要由A型架或T型架、钢丝绳、滑轮等组成，其解决了拱顶上升过程中的倾斜，旋转问题，保证了拱顶的安全升起。
文档编号E04H7/04GK102296857SQ201110127568
公开日2011年12月28日 申请日期2011年5月17日 优先权日2011年5月17日
发明者周兴, 李伟国, 熊道安, 莫晓军, 陈华侨 申请人:中国核工业第五建设有限公司