一种超大直径无加劲肋薄壁半球顶密封罩的组装方法与流程

本发明属于设备安装技术领域，尤其是涉及一种超大直径无加劲肋薄壁半球顶密封罩的组装方法。

背景技术：

立式设备的顶多采用各种形式的封头(其中大多采用椭圆形封头)，有整体加工的，也有分瓣组焊而成的，但是无论形式如何，尺寸均较小。而对于储罐来说，固定顶多为锥形顶、桔瓣式拱顶和网壳式拱顶，其中网壳式拱顶可适用于大型储罐，但需网格式结构作为支撑且上部蒙皮采用搭接焊缝。现有的固定顶形式，起拱底，顶部空间狭小，不能同时满足“大直径”、“无加劲肋”和“薄壁”特点。

技术实现要素：

针对上述技术问题，本发明的目的在于提供一种超大直径无加劲肋薄壁半球顶密封罩，是一种新型的固定顶型式，它采用半球形设计，对接焊缝连接，具有大直径、薄壁、无加劲肋的特点，半球形顶的设计使得密封罩内部空间最大化，并且具备很好的力学性能及密封性能，满足了某些生产工艺的特殊要求。本发明还提供了上述超大直径无加劲肋薄壁半球顶密封罩的组装方法，机械化、自动化程度高，具有标准化建造模块和绿色建造技术特征，以提高工效，保证施工安全，保证安装质量。

本发明采用的技术方案是：

一种超大直径无加劲肋薄壁半球顶密封罩，包括半球顶和筒体，所述半球顶包括赤道带、温带和上极，所述赤道带由若干球壳板一组焊成，所述温带由若干球壳板二组焊成，所述上极由多块顶板组焊成，所述筒体由多圈壁板组焊成，所述筒体的上端与所述赤道带的下口通过焊接固定连接，所述赤道带的上口与所述温带的下口通过焊接固定连接，所述温带的上口与所述上极的端口通过焊接固定连接。

本发明所述的超大直径无加劲肋薄壁半球顶密封罩，其中，还包括抗风圈、嵌入板和底板，所述筒体外侧沿其高度方向间隔设有若干抗风圈，所述筒体的壁板上镶嵌有嵌入板，所述筒体的下端固定设置在所述底板上。

本发明上述超大直径无加劲肋薄壁半球顶密封罩的组装方法，包括以下步骤：

(一)地面组装半球顶，包括以下步骤：

(a)环形基础及钢结构支撑的安装

确定所述半球顶的地面组装位置，施工所述环形基础及所述钢结构支撑，所述钢结构支撑包括支撑环梁和若干支撑立柱，所述环形基础由水泥浇注而成；在所述支撑环梁上，沿着圆周方向等间隔固定设置一组限位板；

(b)所述半球顶内部脚手架及支撑环板安装

在所述半球顶外圆周布置5圈平行设置的支撑环板，根据所述半球顶的空间位置以及5圈所述支撑环板的分布，搭设内部脚手架，若干所述支撑环板固定在脚手架的水平杆上；所述赤道带和所述温带的位置处分别设置3圈所述支撑环板和2圈所述支撑环板；

(c)所述赤道带的安装和焊接

安装所述赤道带：首先在所述支撑环梁和对应的所述支撑环板上标记出每块所述球壳板一的安装位置，安装时，用若干龙门卡调整所述球壳板一的安装间隙及错边量，用所述支撑环梁上的内侧所述限位板来保证安装内径；

焊接所述赤道带：焊接时首先完成焊缝外侧，然后去除背面卡具并清根，最后完成焊缝内侧焊接；在焊接过程中，严格遵守对称、分层施焊的原则；

(d)所述温带的安装和焊接

安装所述温带：所述赤道带安装焊接完后，安装所述温带，所述温带安装于所述赤道带之上，通过所述赤道带上口和上部的所述支撑环板进行支撑和定位，安装方法同所述赤道带，然后焊接所述温带；

(e)所述上极的安装和焊接

安装上极：所述上极采用错缝拼装的方式排列，采用支架法安装所述上极；

焊接所述上极：所述上极分两部分焊接完成，一部分为所述上极自身的拼接焊缝，另一部分为所述上极与所述温带的组装焊缝；

(二)密封罩的筒体的安装：采用脚手架正装法施工密封罩的所述筒体；

(三)密封罩的抗风圈的安装：采用三排式脚手架法安装所述抗风圈；

(四)密封罩的大尺寸的嵌入板的安装和焊接

大尺寸的所述嵌入板采用对接焊缝与所述筒体连接，安装顺序如下：首先在所述筒体的壁板上画出切割线并确认无误，沿着所述切割线一周布置防变形板，所述嵌入板的焊接采用跳焊法对称施焊；

(五)所述半球顶与所述筒体安装

起重班组负责将所述半球顶吊至距离所述筒体上口后，交予组装班组进行施工；找出所述半球顶的最低点，调整所述半球顶方位与所述筒体方位相吻合并固定，方位确定需要参照最近的基准点并在所述半球顶最低点附近完成；所述半球顶方位固定之后，以固定点为起点往两侧进行组对。

本发明所述的超大直径无加劲肋薄壁半球顶密封罩的组装方法，其中，步骤(c)中，焊接所述赤道带过程中：所述赤道带上设置了4张在宽度方向上留有余量的球壳板一，对称布置在所述半球顶的4个方位作为收缩缝一，所述收缩缝一将所述赤道带分割成了4个相对独立的部分，每个独立的部分包括若干立缝一，首先完成4个所述独立的部分的焊接，焊接时4条所述收缩缝一仅用龙门卡临时锁紧即可，各独立的部分焊接完成后，进行最后4条所述收缩缝一的切割、组装和焊接工作；步骤(d)中，所述温带焊接工艺方法与所述赤道带的不同点在于最后的4条收缩缝二应与所述赤道带和所述温带之间的环缝一一起点焊完成。

本发明所述的超大直径无加劲肋薄壁半球顶密封罩的组装方法，其中，步骤(e)中，采用支架法安装所述上极，安装顺序如下：

在所述半球顶内部脚手架上满铺跳板平台，平台设置在所述温带上口附近；在每块所述球壳板二的下方平台上布置数量合理的若干支撑点，首先安装位于中间的2块所述顶板，以中间2块所述顶板为基准往两侧对称进行其余所述顶板安装，直至安装完成。

本发明所述的超大直径无加劲肋薄壁半球顶密封罩的组装方法，其中，步骤(e)中，所述顶板内侧沿四周等间隔固定设有若干眼睛板，在所述顶板外侧的适当位置设有若干吊耳。

本发明所述的超大直径无加劲肋薄壁半球顶密封罩的组装方法，其中，步骤(e)中，所述上极焊接施工顺序如下：

①所述第一部分上极自身拼接焊缝一次点焊成型，焊接板宽方向的若干短焊缝，先焊接中间2块顶板的短焊缝，然后往两侧依次进行；焊接若干长焊缝，先焊接中间2块顶板两边的两条长焊缝，然后往两侧依次进行，由焊缝中心向两侧对称分段跳焊；

②所述第一部分上极自身拼接焊缝焊接完成后，点焊所述第二部分上极与所述温带的组装环缝二。

本发明所述的超大直径无加劲肋薄壁半球顶密封罩的组装方法，其中，步骤(二)中，采用脚手架正装法安装所述筒体顺序如下：

(ⅰ)首先完成密封罩的底板的安装，在底板的边缘板上安装第一圈壁板；

(ⅱ)所述第一圈壁板焊接完成后，在其内外两侧搭设脚手架；

(ⅲ)在所述第一圈壁板上方安装第二圈壁板，点焊所述第二圈壁板立缝以及所述第一圈壁板和所述第二圈壁板之间的第一圈环焊缝；

(ⅳ)所述第二圈壁板安装完成后，焊接所述第二圈壁板立缝的外侧，然后焊接所述第一圈环焊缝外侧；背部清根并打磨，焊接立缝和第一圈环焊缝内侧；

(ⅴ)所述第二圈壁板焊接完成后，继续在所述筒体内外两侧搭设脚手架，按照同所述第二圈壁板相同的方法安装焊接后续壁板直至完成；

本发明所述的超大直径无加劲肋薄壁半球顶密封罩的组装方法，其中，步骤(三)中，所述三排式脚手架法为若干所述抗风圈的安装和筒体的相应位置的所述壁板的安装交替逐层进行，首先完成相应位置的所述壁板的安装焊接工作，然后调整脚手架满足第一个所述抗风圈安装条件，安装焊接该所述抗风圈，待该所述抗风圈安装焊接完成后，在其上搭设脚手架用于后续壁板的安装，按此方法交替完成其余的所述壁板和所述抗风圈的安装焊接工作。

本发明所述的超大直径无加劲肋薄壁半球顶密封罩的组装方法，其中，步骤(四)中，所述防变形板包括井字形框架和固定设置在所述井字形框架外边缘的若干加强板，所述井字形框架距离所述切割线不大于200mm；步骤(五)中，组对时，每隔600-800mm布置一组锁板，每组锁板包括上锁板和下锁板，所述上锁板点焊在半球顶上，所述下锁板点焊在筒体上。

本发明有益效果：

本发明所述的超大直径无加劲肋薄壁半球顶密封罩，结构简单、成本低、安全可靠。

本发明所述的超大直径无加劲肋薄壁半球顶密封罩的组装方法，操作简单，降低了施工成本，提高了施工效率，保证了施工安全及施工质量。

附图说明

图1为本发明的超大直径无加劲肋薄壁半球顶密封罩的半球顶结构示意图；

图2为本发明的环形基础及钢结构支撑的俯视图；

图3为沿图2中A-A线剖视图；

图4为本发明的支撑环板布置图；

图5为本发明的支撑环板的立体图；

图6为本发明的赤道带安装结构示意图

图7为本发明的赤道带焊缝布置图；

图8为本发明的赤道带焊缝俯视图；

图9为本发明的温带安装结构示意图；

图10为本发明的温带焊缝布置图；

图11为本发明的上极安装示意图；

图12为本发明的上极焊缝布置图；

图13为本发明的抗风圈安装示意图；

图14为本发明的防变形板安装示意图；

图15为本发明的半球顶与筒体安装示意图。

下面将结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明。

具体实施方式

异氰酸酯生产的核心装置位于钢制密封罩内，由于生产过程中会产生剧毒中间产物，为避免有毒、有害物质泄漏，装置外设置钢制密封罩与外界隔绝，形成保护。为实现密封罩内空间利用最大化以及保证顶盖的结构强度及稳定性，本实施例采用半球型顶。

如图1-15所示，一种超大直径无加劲肋薄壁半球顶密封罩，包括半球顶3、筒体5、抗风圈6、嵌入板和底板，半球顶3包括赤道带31、温带32和上极33，赤道带31由若干球壳板一311组焊成，温带32由若干球壳板二321组焊成，上极33由多块顶板331组焊成，筒体5由多圈壁板组焊成，筒体5外侧沿其高度方向间隔设有若干抗风圈，筒体5的壁板上镶嵌有嵌入板，筒体5的下端固定设置在所述底板上，筒体5的上端与赤道带31的下口通过焊接固定连接，赤道带31的上口与温带32的下口通过焊接固定连接，温带32的上口与上极33的端口通过焊接固定连接。

本实施例一种超大直径无加劲肋薄壁半球顶密封罩的组装方法，包括以下步骤：

(一)地面组装半球顶3

(a)环形基础1及钢结构支撑2的安装

结合施工现场平面布置和吊车性能情况，确定半球顶3的地面组装位置，施工环形基础1及钢结构支撑2，钢结构支撑2包括支撑环梁21和若干支撑立柱22，环形基础1由水泥浇注而成。为了均衡环形基础1的受力，应适当多的布置支撑立柱22，避免因环形基础1发生不均匀沉降带来质量和安全方面的危险。钢结构支撑2的净空应不低于1.2米，保证施工人员和机具能够自由的进出，内外空气可流通顺畅，为后续施工创造了良好的施工环境，避免密闭空间作业带来的施工安全风险，如图2和图3所示；在支撑环梁21上，沿着圆周方向每隔约500mm点焊一组限位板23，用作半球顶3底口的尺寸控制和固定；

(b)半球顶3内部脚手架及支撑环板安装

根据需要在半球顶3外圆周布置5圈平行设置的支撑环板4，利用支撑环板4支撑半球顶3重量和对半球顶3定位和定形；根据半球顶3的空间位置以及支撑环板4的分布，搭设内部脚手架；脚手架将起到作业平台和承受由支撑环板4传来的半球顶3重量载荷的双重作用。赤道带31和温带32的位置处分别设置了3圈支撑环板4和2圈支撑环板4，5圈支撑环板4是通过点焊的方式固定在脚手架的水平杆上，5圈支撑环板4的布置如图4和图5所示；

(c)赤道带31的安装和焊接

安装赤道带31：首先在支撑环梁21和对应的支撑环板4上标记出每块球壳板一311的安装位置，为避免不均匀受力对环形基础1和脚手架的影响，安装应对称进行。安装时，用若干龙门卡5调整球壳板一311的安装间隙及错边量，用支撑环梁21上的内侧限位板23来保证安装内径，球壳板一311应尽量多的贴上支撑环板4，必要时可利用倒链进行调整，出于安全角度考虑，应尽早使赤道带31封闭成稳定整体，若因条件限制不能及时成环的，需采取适当的加固措施(如采用固定点焊、倒链或吊索固定)，避免引起事故，如图6所示；

焊接赤道带31：赤道带31焊缝数量多且集中，焊接产生的收缩变形大。焊接采用CO₂气体保护焊的焊接工艺，由合格焊工完成。焊接时首先完成焊缝外侧焊接，然后去除背面卡具并清根，最后完成焊缝内侧焊接。在焊接过程中，应严格遵守对称、分层施焊的原则，最大限度的减少焊接变形和应力集中。赤道带31底口往上500mm预留不焊，用作后续安装调整；

焊接赤道带31过程中：赤道带31上设置了4张在宽度方向上留有余量的球壳板一311，对称布置在半球顶3的4个方位作为收缩缝一312，补偿焊接收缩。收缩缝一312将赤道带31分割成了4个相对独立的部分，每个独立的部分包括若干立缝一313，首先完成4个所述独立的部分的焊接，焊接时4条收缩缝一312不得点焊，仅用龙门卡5临时锁紧即可，让其能够自由的收缩，避免应力集中及收缩焊接变形。各独立的部分焊接完成后，进行最后4条收缩缝一312的切割、组装和焊接工作，如图7和图8所示；

(d)温带32的安装和焊接

安装温带32：赤道带31安装焊接完后，修整其上口的错台和凸起等，保证上口水平度。温带32安装于赤道带31之上，通过赤道带31上口和上部的2圈支撑环板4进行支撑和定位，安装方法同赤道带31，如9图所示；

搭设外部脚手架，焊接温带32：温带32上同样设有4张在宽度方向上留有余量的球壳板二321，补偿焊接收缩，焊接工艺方法与赤道带31基本相同。不同点在于最后的4条收缩缝二322应与赤道带31和温带32之间的环缝一34一起点焊完成。考虑环缝一34上口和下口周长的差别，点焊时，在环缝一34上取与4条收缩缝二322不重叠的固定点，该固定点应于4条收缩缝二322保持一定距离，从该固定点向环缝一34两侧进行点焊，当遇到收缩缝二322时，完成相应收缩缝二322的点焊，再继续点焊环缝一34，温带32的点焊工作最终需结束在任意一条收缩缝二322上。温带32点焊完成后，首先焊接4条收缩缝二322和环缝一34的外侧部分，焊缝内侧清根后，完成4条收缩缝二322和环缝一34的内侧部分，如图10所示。

(e)上极33的安装和焊接

安装上极33：顶板331内侧沿四周每隔约600mm焊接眼睛板(图中未示出)，用于后续的组装工作，同时在顶板331外侧的适当位置焊接吊耳；上极33有别于赤道带31和温带32的放射状排列方式，是采用错缝拼装的方式排列，上极33所占高度空间小且在未成整体前每块板的安装挠度大，环形支撑的方式已经无法满足要求。因此采用支架法安装上极33，安装顺序如下：

在半球顶3内部脚手架上满铺跳板平台，平台应设置在温带32上口附近；在每块球壳板二321的下方平台上布置数量合理的若干支撑点333，空间位置要精确，满足支撑和定位的双重要求。首先安装位于中间的2块顶板331，以中间2块顶板331为基准往两侧对称进行其余顶板331安装，直至安装完成，如图11所示。

搭设外部脚手架，焊接上极33：上极33分两部分焊接完成，一部分为上极33自身的拼接焊缝，另一部分为上极33与温带32的组装焊缝，如图12所示。焊接施工顺序如下：

①第一部分上极33自身拼接焊缝一次点焊成型：焊接板宽方向的若干短焊缝332，先焊接中间2块顶板331的短焊缝332，然后往两侧依次进行，即图中1#焊缝；

焊接若干长焊缝333，先焊接中间2块顶板331两边的两条长焊缝333，然后往两侧依次进行，由于每道长焊缝333长度较长，需安排两名焊工由焊缝中心向两侧对称分段跳焊，即先焊图12中2#缝，再焊3#缝，最后焊4#缝；

②第一部分上极33自身拼接焊缝焊接完成后，点焊第二部分上极33与温带32的组装环缝二35；环缝二35焊接时，焊工需对称均匀分布且按照同一方向施焊。

(二)密封罩的筒体5的安装

异氰酸酯钢制密封罩内结构复杂，各密封罩之间布置紧密，施工空间狭小。钢制密封罩外部有大量的大尺寸开孔及多道抗风圈，其自身结构复杂，正装法能够更加灵活的进行工序穿插，受附件材料的缺件影响较小且质量可控性强，所以采用脚手架正装法施工密封罩的筒体5，安装顺序如下：

(ⅰ)首先完成密封罩的底板的安装，在底板的边缘板上安装第一圈壁板；

(ⅱ)第一圈壁板焊接完成后，在其内外两侧搭设脚手架；

(ⅲ)在第一圈壁板上方安装第二圈壁板，点焊第二圈壁板立缝以及第一圈壁板和第二圈壁板之间的第一圈环焊缝；

(ⅳ)所述第二圈壁板安装完成后，焊接第二圈壁板立缝的外侧，然后焊接所述第一圈环焊缝外侧；背部清根并打磨，焊接立缝和第一圈环焊缝内侧；

(ⅴ)所述第二圈壁板焊接完成后，继续在筒体5内外两侧搭设脚手架，按照同第二圈壁板相同的方法安装焊接后续所述壁板直至完成；

(三)密封罩的抗风圈6的安装

一般而言，设备和储罐的抗风圈多采用型钢弯曲制作而成，截面尺寸较小，安装方法多采用滑车法、脚手架法，安装工程量小；然而，密封罩的抗风圈6截面宽度达到1米，并且最多有9层之多，安装工程量大。

由于密封罩的抗风圈6构造的特殊性，常规的滑车法和脚手架法已无法满足安装要求，因此采用了三排式脚手架法安装抗风圈6，这种方法保证了抗风圈6安装所需的安装空间，解决了高大脚手架的安全性问题，同时也为大尺寸嵌入板的安装创造了条件。

所述三排式脚手架法为若干抗风圈6的安装和相应位置的壁板的安装交替逐层进行，首先完成相应位置的壁板的安装焊接工作，然后调整脚手架满足相应位置的第一个抗风圈6安装条件，安装焊接该抗风圈6，待该抗风圈6安装焊接完成后，在其上搭设脚手架用于后续壁板的安装，按此方法交替完成其余壁板和抗风圈6的安装焊接工作，如图13所示；

(四)密封罩的大尺寸的嵌入板的安装和焊接

大尺寸的嵌入板(图中未示出)用于和外界联通，人、物料以及设备由此进出，最大尺寸在长宽方向超过5米，镶嵌于筒体5上，采用对接焊缝与筒体5连接。嵌入板的安装需要替换原本已焊接的筒体5的部分壁板，将会释放出巨大的应力，如果控制不当导致筒体5扭曲，将会造成嵌入板无法安装。

安装顺序如下：首先根据到货的尺寸在壁板上画出切割线7并确认无误，沿着切割线7一周布置防变形板8，防变形板8距离切割线7不大于200mm并有相应的刚度，如14图所示，防变形板8包括井字形框架81和固定设置在所述井字形框架81外边缘的若干加强板82，为控制焊接变形，所述嵌入板的焊接应采用跳焊法对称施焊，焊接时采用多层多道焊，控制焊接速度，避免焊接线能量的输出过大，待焊接完成，焊缝完全冷凉后，方可去除加强板。

(五)半球顶3与筒体5安装

根据施工计划安排，半球顶3的地面组焊工作先于筒体5组焊完成。半球顶3组焊完成后，测量其最终的下口周长并分出4个轴心点作为与筒体5的对口基准线，即为0°、90°、180°和270°。半球顶3上的特殊部件方位应再次复核确认。

以半球顶3底口尺寸为基准，控制和调整筒体5的安装尺寸与之匹配，重点是筒体5的周长控制。筒体5组焊完成后，测量其最终的上口周长并分出4个轴心点作为与半球顶3的对口基准线，即为0°、90°、180°和270°。

起重班组负责将半球顶3吊至距离筒体3上口100mm处后，交予组装班组进行施工。找出半球顶3的最低点，调整半球顶3方位与筒体5方位相吻合并固定，方位确定需要参照最近的基准点并在半球顶3最低点附近完成。

半球顶3方位固定之后，以固定点为起点往两侧进行组对。组对时，每隔600-800mm布置一组锁板，每组锁板包括上锁板和下锁板，所述上锁板点焊在半球顶3上，所述下锁板点焊在筒体3上，通过所述上锁板和所述下锁板共同作用使组对口上下板材齐平，不产生错口。

锁口工作的最佳间隙范围为20-100mm。吊装时，由于半球顶3底口不水平，使得组装间隙不均匀，当两侧组口处间隙均大于100mm时，需要吊车落钩，使半球顶下降至一侧间隙为20mm处停止，然后继续进行锁扣工作。

锁口完成后，吊车落钩，使钢丝绳处于松散状态，将半球顶3重量全部转移至筒体5上。检查焊缝间隙情况，若局部间隙过大，需要使用龙门卡收口，在间隙较大区段按1m为步距布置龙门卡，逐步、均匀的收缩间隙使满足焊接要求。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。