張光輝（山東勝利建設(shè)監(jiān)理股份有限公司， 山東 東營(yíng) 257099）

1 工程概況

西北油田分公司順北油氣田一區(qū)奧陶系油氣藏產(chǎn)能建設(shè)項(xiàng)目—五號(hào)聯(lián)合站建設(shè)工程（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“該工程”）正在建設(shè)過(guò)程中。該工程位于新疆阿克蘇地區(qū)沙雅縣，地處塔克拉瑪干沙漠北部。本文主要探討該工程中3具20 000 m3內(nèi)浮頂式儲(chǔ)罐、3具5 000 m3儲(chǔ)罐關(guān)鍵工序和優(yōu)化工序的措施及安全管理要點(diǎn)。

2 儲(chǔ)罐基礎(chǔ)后澆帶施工優(yōu)化

按照設(shè)計(jì)圖紙，3具20 000 m3儲(chǔ)罐和3具5 000 m3儲(chǔ)罐在鋼筋混凝土環(huán)墻沿弧長(zhǎng)預(yù)留3處寬度為900 mm的后澆帶，后澆帶均勻設(shè)置。按照SH/T 3528—2014《石油化工鋼制儲(chǔ)罐地基與基礎(chǔ)施工及驗(yàn)收規(guī)范》的要求，后澆帶的施工必須在環(huán)墻施工完28 d后采用比C40高一強(qiáng)度等級(jí)的微膨脹混凝土（膨脹劑摻量按試驗(yàn)配比確定）澆灌并搗實(shí)，按照正常的施工程序和步驟，儲(chǔ)罐基礎(chǔ)環(huán)墻澆筑后還需要47 d（環(huán)墻養(yǎng)護(hù)28 d＋后澆帶養(yǎng)護(hù)7 d＋儲(chǔ)罐回填、土工膜鋪設(shè)壓實(shí)10 d＋瀝青砂鋪設(shè)2 d）方可交給安裝進(jìn)行施工。為了保證施工質(zhì)量和進(jìn)度，縮短施工周期，同時(shí)結(jié)合該項(xiàng)目的實(shí)際情況，與設(shè)計(jì)溝通后進(jìn)行了工序的優(yōu)化。

（1）環(huán)墻澆筑養(yǎng)護(hù)合格后（養(yǎng)護(hù)7 d），提前預(yù)制后澆帶擋板。擋板具體尺寸為每塊長(zhǎng)1.2 m、寬0.5 m、厚0.15 m，內(nèi)置φ10 mm鋼筋橫向@150 mm、豎向@250 mm均布。擋板分3～4塊疊放，用來(lái)隔離開(kāi)挖、夯實(shí)、回填的戈壁土，擋板之間采用密封條或密封墊來(lái)密封。擋板高度與斜坡平齊，用密封條粘貼擋板與鋼板之間的縫隙。具體做法如圖1所示。

圖1 后澆帶俯視圖和主視圖

（2）擋板的作用是回填罐內(nèi)壁時(shí)用于阻擋回填土進(jìn)入后澆帶。待環(huán)梁基礎(chǔ)養(yǎng)護(hù)28 d后強(qiáng)度達(dá)到要求，對(duì)后澆帶進(jìn)行澆筑，同時(shí)設(shè)計(jì)在后澆帶方案會(huì)簽中明確，由于后澆帶在回填過(guò)程中未進(jìn)行澆筑罐基礎(chǔ)，未形成一個(gè)整體，為保證受力均勻要求在回填過(guò)程中內(nèi)外壁同時(shí)回填，對(duì)稱(chēng)進(jìn)行夯實(shí)。

（3）為保證瀝青砂在后澆帶澆筑前鋪設(shè)，在后澆帶鋪設(shè)瀝青砂的環(huán)墻鋼筋上方設(shè)置厚度為10 mm的鋼板，規(guī)格為1 100 mm（長(zhǎng)）×260 mm（寬）的鋼板，鋼板下方采用直徑48 mm的鋼管作為支撐，并用鋼筋把鋼管固定在環(huán)墻鋼筋上。

（4）后澆帶上面的鋼板作用主要體現(xiàn)為：后澆帶澆筑時(shí)起到上方混凝土模板的作用；鋪設(shè)瀝青砂時(shí)可以作為瀝青砂擋板使用，防止瀝青砂掉落；罐底鋪設(shè)時(shí)可以承擔(dān)一部分罐體壓瀝青砂的力。

（5）該方法解決因后澆帶澆筑周期長(zhǎng)而導(dǎo)致的儲(chǔ)罐罐底板以及罐壁板無(wú)法安裝等問(wèn)題，大大縮短了罐基礎(chǔ)交安的施工周期，工期由原來(lái)的環(huán)墻基礎(chǔ)澆筑完成后47 d，縮短為19 d（環(huán)墻養(yǎng)護(hù)7 d＋儲(chǔ)罐回填、土工膜鋪設(shè)壓實(shí)10 d＋瀝青砂鋪設(shè)2 d），縮短基礎(chǔ)交安工期28 d。綜上所述采用以上方法，罐內(nèi)回填完以后，可以直接鋪設(shè)瀝青砂，等到規(guī)范要求的環(huán)墻28 d以后經(jīng)壓實(shí)系數(shù)達(dá)到要求后，完成對(duì)后澆帶的澆筑工作。后澆帶額優(yōu)化處理為儲(chǔ)罐的安裝提供了工期保障，也為整個(gè)項(xiàng)目的交工打下了良好的基礎(chǔ)。

3 儲(chǔ)罐安裝方法的選用

該工程中3具20 000 m3內(nèi)浮頂拱頂罐，尺寸均為φ38 000 mm×19 820 mm，罐本體材質(zhì)為Q235B、Q345R，罐本體重量為287 t，內(nèi)部采用單浮盤(pán)、頂部材料網(wǎng)架加蒙皮的形式。目前儲(chǔ)罐安裝采用倒裝法和正裝法兩種施工工藝。通過(guò)結(jié)合實(shí)際情況及對(duì)比分析兩種施工工藝，選用合適的施工工藝。

3.1 施工工藝

正裝法與倒裝法施工的不同點(diǎn)在于儲(chǔ)罐壁板的安裝上下順序。正裝法的罐壁安裝采用由下向上，其施工工藝主要是罐底制作完成后，從最底層的罐壁開(kāi)始向上安裝、焊接罐壁，最后焊接罐頂。倒裝法采用由上向下安裝，罐底板制作完成后，從最頂層的壁板利用液壓提升裝置依次逐層提升，并隨著壁板的提升安裝各層附件（罐頂網(wǎng)架、蒙皮、抗風(fēng)圈、包邊角鋼、保溫支持圈、消防系統(tǒng)等）。倒裝法提升架安裝示意如圖2所示。

圖2 倒裝法提升架安裝示意

3.2 安全問(wèn)題

正裝法一般采用內(nèi)部水浮法（如圖3所示）、外部搭設(shè)腳手架，該工程處于沙漠地帶，現(xiàn)場(chǎng)用水采用地下用水，而地下水為苦咸水，無(wú)法使用；同時(shí)水浮法和外部腳手架的高空施工作業(yè)較多，且該工程儲(chǔ)罐施工周期內(nèi)風(fēng)沙較大，安全性沒(méi)有保障。正裝法是自下而上進(jìn)行罐壁板安裝的，隨著高度提升，高空作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)也逐漸增大，尤其是在風(fēng)載荷的作用下，頂部壁板吊裝等不易就位，施工風(fēng)險(xiǎn)高、難度大；高處作業(yè)的腳手架等安全措施要求也逐步增加。倒裝法的罐壁板安裝是在地面上進(jìn)行，作業(yè)平臺(tái)一次搭設(shè)完成后長(zhǎng)期使用，作業(yè)位置低，大大減少了高空作業(yè)產(chǎn)生的墜落傷人等風(fēng)險(xiǎn)。

圖3 水浮法正裝壁板示意

倒裝法液壓提升柱數(shù)量的選用，按照公式

式中：W額為液壓提升柱額定起重量，式1中取16 t；

Wmax為最大起升重量；

n為液壓提升柱的個(gè)數(shù)；

η為液壓提升柱安全系數(shù)，取0.6～0.8，式1中取0.7；

K為附加系數(shù)，取1.1～1.3，式2中取1.1；

WG為提升罐體最大重量，20 000 m3罐本體重量為278 t；

W附為附加重量，罐勞動(dòng)保護(hù)用品6 t。

采用液壓提升柱對(duì)20 000 m3儲(chǔ)罐進(jìn)行倒裝法施工，根據(jù)式1和式2計(jì)算得出液壓提升柱不得少于28個(gè)。

3.3 施工質(zhì)量控制

正裝水浮法工藝外部腳手架作業(yè)過(guò)程中高空作業(yè)較多，對(duì)于工程安全管理和質(zhì)量控制都十分不利，同時(shí)難以有效對(duì)罐壁垂直度進(jìn)行精準(zhǔn)控制，整體成型較差。另外，本裝置地處沙漠地帶，施工周期內(nèi)風(fēng)沙較多，防風(fēng)措施實(shí)施難度較大，導(dǎo)致風(fēng)沙天氣下焊接質(zhì)量難以控制，且在正裝法工藝施工時(shí)，待組裝壁板的上邊緣不能進(jìn)行有效固定，縱縫部位的垂直度及焊縫棱角度容易產(chǎn)生超標(biāo)缺陷。倒裝法施工優(yōu)點(diǎn)主要有：作業(yè)位置低，焊接人員操作方便，焊接速度快，施工效率高，受外界環(huán)境的影響相對(duì)減少；有利施工質(zhì)量控制，每圈壁板使用完成后，技術(shù)人員和質(zhì)量管理人員只要在地面作業(yè)平臺(tái)上沿著罐體檢查一圈，就可以發(fā)現(xiàn)焊接中存在的焊縫外觀質(zhì)量缺陷，及時(shí)讓施工單位處理，有效保證施工質(zhì)量；在壁板焊接時(shí)，壁板上下邊都能固定，使得在焊接中減少了變形，罐體成型好，質(zhì)量整體得以控制。

3.4 施工工期

水浮法采用從罐底開(kāi)始安裝，安裝過(guò)程中工序無(wú)法交叉進(jìn)行，并且由于沒(méi)有外部水源支撐，靠附近水井進(jìn)行補(bǔ)水，補(bǔ)水效率較低，同時(shí)搭設(shè)外部腳手架時(shí)間較長(zhǎng)。倒裝法施工采用液壓傳動(dòng)，其為一種成熟的儲(chǔ)罐安裝工藝。液壓提升設(shè)備通過(guò)頂部托座或底部托爪在固定行程范圍內(nèi)頂升重物。施工時(shí)，在頂圈壁板上安裝脹圈，并在脹圈上安裝筋板，然后使筋板和液壓頂升柱通過(guò)拖座形成一體。由于采用了液壓系統(tǒng)進(jìn)行控制，提升機(jī)可準(zhǔn)確地在小范圍內(nèi)控制提升高度，合理調(diào)整焊縫間隙，從而提高焊接質(zhì)量和焊接速度，節(jié)省焊接材料，并且大大加快各圈壁板組裝時(shí)的整體提升速度。

3.5 施工成本

正裝水浮法供水的快慢對(duì)施工的影響非常大，工程投入很高，同時(shí)外部腳手架的搭設(shè)、使用周期較長(zhǎng)，投入較大。倒裝法施工投入主要為液壓提升設(shè)備和2 m高腳手架操作平臺(tái)，而液壓提升設(shè)備使用周期較短，投入相對(duì)于正裝法較低。

綜上，通過(guò)對(duì)比正裝法和倒裝法施工工藝、施工安全、施工質(zhì)量、施工周期、施工成本等方面，結(jié)合該工程建設(shè)的地理位置、環(huán)境、資源，得出該工程儲(chǔ)罐安裝采用倒裝法施工工藝符合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，同時(shí)其他大型儲(chǔ)罐建設(shè)項(xiàng)目也可以借鑒倒裝法的優(yōu)勢(shì)，選擇合適的施工工藝。

4 沙漠地區(qū)儲(chǔ)罐水壓試驗(yàn)

在地面上的石油儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)中，大中型鋼制儲(chǔ)罐是儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)中的重要組成部分。水壓試驗(yàn)是儲(chǔ)罐建設(shè)過(guò)程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，該工程6具儲(chǔ)罐中的3具20 000 m3原油罐為內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐，儲(chǔ)罐內(nèi)防腐采用分段防腐，底部向上2 m、頂部向下2 m采用無(wú)溶劑重防腐涂料，中間不進(jìn)行防腐工作。儲(chǔ)罐試水周期為1個(gè)月左右。通常儲(chǔ)罐試水采用淡水進(jìn)行試壓，對(duì)罐壁腐蝕性較小，因此在用淡水試壓過(guò)程中不再對(duì)水進(jìn)行處理。然而，該工程地處沙漠邊緣，現(xiàn)場(chǎng)無(wú)配套淡水設(shè)施，水資源緊張，淡水試壓成本太高，試壓后淡水無(wú)法回收，造成水資源浪費(fèi)。綜合考慮各種因素，采用現(xiàn)場(chǎng)打井的方式利用沙漠的苦咸水進(jìn)行試壓，但是在用地下苦咸水之前必須考慮試壓過(guò)程中鹽水對(duì)罐壁的腐蝕問(wèn)題。

4.1 腐蝕原理

苦咸水對(duì)鋼板的腐蝕主要是電化學(xué)腐蝕，即在腐蝕過(guò)程中有微電流產(chǎn)生。儲(chǔ)罐在運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的腐蝕實(shí)際上是在一個(gè)或幾個(gè)電化學(xué)腐蝕機(jī)理共同作用下產(chǎn)生的。常溫下，大多數(shù)鋼鐵的腐蝕作用發(fā)生在有水的環(huán)境中，即產(chǎn)生了電化學(xué)反應(yīng)?？嘞趟谴龠M(jìn)這一反應(yīng)的溶液，在各方面條件具備發(fā)生腐蝕的同時(shí)，產(chǎn)生了氧化反應(yīng)和得到這些電子的還原反應(yīng)。氧化反應(yīng)過(guò)程是不可逆的，會(huì)造成金屬的損失和腐蝕。單一性質(zhì)的氧化、還原反應(yīng)被稱(chēng)為半電池反應(yīng)，可能會(huì)發(fā)生在金屬體的同一區(qū)域，也可能是發(fā)生在不同區(qū)域。按照電化學(xué)原理分析，腐蝕電池陰極不發(fā)生腐蝕，產(chǎn)生腐蝕的是陽(yáng)極。根據(jù)上述理論，按照金屬活性將被保護(hù)金屬變成該電池的陰極就可以防止金屬體的腐蝕，即陰極保護(hù)。有兩種方法可以實(shí)現(xiàn)該需求，即采用犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)以及增加強(qiáng)制電流的陰極保護(hù)。在該工程中選用的犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)工藝是將電位相對(duì)更負(fù)的金屬（鋁合金）與被保護(hù)金屬（Q235B/Q345R）連接，使其處于同一電解質(zhì)溶液中，把犧牲陽(yáng)極材料上的電子轉(zhuǎn)移到被保護(hù)金屬上去，將整個(gè)罐體處于較負(fù)的相同電位下。該方式不需額外增加電源，便于操作實(shí)施，很少產(chǎn)生腐蝕干擾。

4.2 犧牲陽(yáng)極塊計(jì)算

20 000 m3儲(chǔ)罐具體參數(shù)為：直徑38.0 m，試壓水位17.8 m，設(shè)計(jì)壽命10年。以?xún)?chǔ)罐為對(duì)象，具體計(jì)算如下。

（1）被保護(hù)體所需總保護(hù)電流

式中：I總為總保護(hù)電流（A）；

S為被保護(hù)面積（m2）；

JS為保護(hù)電流密度（A/m2）。

通過(guò)式3計(jì)算可得，20 000 m3儲(chǔ)罐所需總保護(hù)電流I總＝S×JS＝（3.14×38×17.8）×0.04＝84.96 A。

（2）犧牲陽(yáng)極的總質(zhì)量

式中：W為犧牲陽(yáng)極總質(zhì)量（kg）；

A為犧牲陽(yáng)極的理論電容量（A×h/kg）

η為犧牲陽(yáng)極的電流效率（%）；

Y為犧牲陽(yáng)極的使用壽命（年）；

I總為總保護(hù)電流（A）。

將20 000 m3儲(chǔ)罐參數(shù)代入式4計(jì)算，可得

（3）犧牲陽(yáng)極總數(shù)量

式中：N為犧牲陽(yáng)極支數(shù)；

W為犧牲陽(yáng)極總質(zhì)量（kg）；

Wa為單支犧牲陽(yáng)極質(zhì)量（kg）；

K為設(shè)計(jì)系數(shù)，一般取1～3。

通過(guò)上述計(jì)算得到，陽(yáng)極塊需要125.08塊，通過(guò)取整，為126塊。設(shè)計(jì)給出的犧牲安裝數(shù)量為110塊，因此需要新增16塊犧牲陽(yáng)極塊。

4.3 犧牲陽(yáng)極塊安裝

在原有的基礎(chǔ)上增加16塊犧牲陽(yáng)極，其中浮盤(pán)下部焊接4塊，罐底焊接12塊，水壓試驗(yàn)后不再進(jìn)行拆除。

5 儲(chǔ)罐施工安全管理要點(diǎn)

大型儲(chǔ)罐施工期間重大風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)主要存在于起重吊裝、高處作業(yè)、受限空間等直接作業(yè)環(huán)節(jié)。

5.1 起重吊裝作業(yè)

儲(chǔ)罐整體為鋼板及相關(guān)輔材焊接而成，1具20 000 m3儲(chǔ)罐的本體重量超過(guò)500 t，整個(gè)施工過(guò)程期間均涉及起重吊裝作業(yè)。首先須從設(shè)備完好性及操作、指揮人員的合規(guī)性等方面進(jìn)行嚴(yán)格把關(guān)；按照中石化直接作業(yè)環(huán)節(jié)相關(guān)安全管理規(guī)定辦理好作業(yè)許可證后方可進(jìn)行吊裝作業(yè)；吊裝期間，監(jiān)護(hù)人員務(wù)必履職到位，監(jiān)督吊車(chē)站位、吊點(diǎn)選擇、吊索具捆扎、輔助就位等各項(xiàng)措施的落實(shí)情況，并嚴(yán)格執(zhí)行起重吊裝作業(yè)“十不吊”的要求，確保吊裝平穩(wěn)、有序。

5.2 高處作業(yè)

該工程儲(chǔ)罐采用倒裝法施工，最大限度地減少在儲(chǔ)罐安裝期間的高處作業(yè)施工，有效從根本上降低了高處墜落等風(fēng)險(xiǎn)。在罐頂板安裝等高處作業(yè)期間認(rèn)真貫徹高處作業(yè)安全管理規(guī)定要求，重點(diǎn)管控高處作業(yè)平臺(tái)穩(wěn)固性檢查、高處作業(yè)人員的健康體檢、安全帶及安全繩等保障措施的正確使用等方面，實(shí)現(xiàn)了風(fēng)險(xiǎn)管控的措施到位。

5.3 受限空間作業(yè)

采用倒裝法施工期間，頂圈壁板及罐頂板施工完成后形成了一個(gè)相對(duì)封閉的空間，在罐內(nèi)進(jìn)行后續(xù)焊接、防腐等施工時(shí)，產(chǎn)生的有毒有害煙塵、氣體對(duì)內(nèi)部作業(yè)人員的身體健康和生命安全構(gòu)成威脅，因此須按照受限空間作業(yè)進(jìn)行管理。作業(yè)期間嚴(yán)格落實(shí)“三不進(jìn)入”要求。作業(yè)前30 min及作業(yè)期間每隔2 h須對(duì)受限空間內(nèi)氣體進(jìn)行檢測(cè)，保證受限空間內(nèi)部任何部位的可燃?xì)怏w濃度和氧含量合格；罐體施工作業(yè)使用的配電箱及氣瓶等機(jī)具設(shè)備禁止帶入儲(chǔ)罐內(nèi)部；罐內(nèi)施工照明應(yīng)使用安全電壓；作業(yè)停工期間應(yīng)在入口處設(shè)置防止人員誤入措施及警示標(biāo)識(shí)牌，確保管控到位。

6 結(jié) 語(yǔ)

隨著國(guó)家能源建設(shè)的快速發(fā)展和戰(zhàn)略?xún)?chǔ)備物資的要求，部分大型儲(chǔ)罐建設(shè)集中在港口、沙漠采油點(diǎn)附近。本文以西北油田分公司順北油氣田一區(qū)奧陶系油氣藏產(chǎn)能建設(shè)項(xiàng)目—五號(hào)聯(lián)合站建設(shè)工程的儲(chǔ)罐施工為例，對(duì)儲(chǔ)罐施工關(guān)鍵工藝進(jìn)行闡述。通過(guò)儲(chǔ)罐基礎(chǔ)后澆帶施工優(yōu)化，采用倒裝法施工，在沙漠地區(qū)利用陽(yáng)極保護(hù)塊來(lái)阻擋地下苦咸水對(duì)儲(chǔ)罐試壓過(guò)程中的腐蝕，最終安全、高效地完成該工程儲(chǔ)罐施工。