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曼型气柜干式充气顶升正装施工工法
1 前言
随着我国燃气行业的快速发展,干式储气柜已经广泛用于城市煤气、冶炼煤气、煤层气、天然气等诸多领域，其中曼型(稀油密封型)干式气柜，以其自身运行压力平稳、排放含酚污水少等优势，而逐步取代各类湿式气柜，成为燃气行业主要的储气设施。
根据多年的气柜施工经验，不断改进施工工艺，大胆创新，将传统的用水（用油）密封充气顶升施工工法，成功改进为干式充气顶升正装施工工法。该工法由于成本低、进度快、技术性强、操作安全可靠，因此有明显的技术先进性和显著的经济效益和社会效益。
2 工法特点
2.0.1 采用干式充气顶升施工，活塞不再注水，大大降低了活塞顶升荷载，同时减少了施工用水量和用电量，不产生废水、废油，能够很好地满足环保要求。同时减少了顶升准备时间、注水时间，节约施工了成本和提高了施工进度。
2.0.2 能够克服水顶升时，侧板内表面全部浸泡在水中，使得钢板表面锈蚀、变粗、密封滑板和侧板间隙变大、密封性能下降的缺点，还可避免水顶升过程中，当活塞倾斜时，水向低处流动，造成倾斜加大、各立柱荷载负荷不均、挠度变形加大、立柱垂直度偏差变大等不利于气柜施工的因素。提高了气柜顶升施工的安全性，延长了密封系统部件的使用寿命。
2.0.3 对气柜施工精度提出了更高的要求，特别是对密封装置与气柜内壁的安装精度要求高，否则无法达到气顶升的条件和保证施工的安全。因此有明显的技术先进性。
2.0.4 由于密封机构内不再盛水，可以直接检查顶升过程中的弹簧变形及活塞运行情况，检查滑板与侧板接合情况，使得整个顶升过程处于完全可控状态。
2.0.5 在柜顶配套使用自行设计的柜顶吊装小车，因此不再使用大型塔吊及其他吊装机具，节约了施工成本和提高了施工进度。
3 适用范围
适用于城市煤气、炼铁高炉煤气、焦炉煤气等领域使用的稀油密封型（曼型）干式煤气柜施工，规模从2万m3～20万m3均可适用。
4 工艺原理
在气柜施工过程中，按正常施工工艺完成柜底板、活塞板、柜顶、密封装置、第一节短立柱及第一带侧板等结构件的安装工作后，使得气柜形成一个密闭的储气空间，达到顶升条件。此后利用活塞和顶架临时固定后安装的脚手架，借助柜顶吊装小车继续将第一节长立柱和事先确定要安装的侧板带数安装完成，然后利用鼓风机从气柜侧板上鼓风机接口处吹入压缩空气，依靠气柜密封装置与侧板形成的良好的密闭空间，产生空气浮力，使气柜活塞及柜顶缓慢升起，从而逐步完成气柜从下到上各层立柱与侧板等部件的安装任务。
5 施工工艺流程及操作要点
5.1 施工工艺流程
5.2 操作要点
5.2.1气柜气顶升准备
气顶升准备从气柜基准点确定开始，到活塞气密性试验合格为止。其施工工艺流程见图5.2.1-1，具备气顶升条件时气柜结构见示意图5.2.1-2，各阶段施工要点如下：
图5.2.1-1 气柜气顶升准备施工工艺流程图
图5.2.1-2 具备气顶升条件时气柜结构示意图
1 气柜基准点的确定。以柜底中心为基点，利用经纬仪确定气柜各标志块位置，测量标志块之间和确定其中心到立柱滑轨面中心的距离。注意在测量标志板的中心点和各弦长时应使用拉力器定点，并进行温度补偿计算，从而确定几何尺寸。
2 柜底板铺设。按施工图要求先安装煤气进出气管及下水管，再安装底板。注意作好隐蔽记录，并按排版图, 从柜中央向两侧铺开安装。焊缝经外观检查合格后进行抽真空法检测，底板不平度检查，局部最大凹凸值应控制在-40～+60mm。
3 第一节短立柱安装。先安装柱脚，再安装立柱及底板油沟、第一带侧板（气柜最底侧板）、活塞承托、底部油沟加热管，在第一带侧板安装鼓风机、油管及加热管接口等附件。安装时应注意调节柱脚时要有均匀的拉力和必要的温度补偿。立柱的垂直度≤h/5000mm、基柱顶标高偏差小于±1mm,相邻柱顶柱高偏差小于±1mm,间距偏差小于±1mm，轴线、切向偏差小于＋１mm。
4 活塞组装。用汽车吊将中心环吊入柜中心，并调整其精度。将制作完毕的活塞桁架第一片吊入柜内，用特制的工装来安装桁架，并调整其垂直度，半径长度。调整后，用活塞承托和机具支承，与活塞中心环用螺栓连接后进行焊接，然后再吊入第二片桁架进行安装、调整并按图要求将两片活塞桁架连接起来，再逐片安装活塞桁架直至桁架全部安装并调整完毕。之后在活塞桁架上铺设活塞板、活塞油槽及活塞附属设施。活塞组装后各部应符合要求:活塞中心环标高允差+20mm,中心环中心允差5mm，活塞桁架跨度允差≤5mm,中心线与立柱中心线允差≤5mm，上、下导辊座中心线与滑轨面中心线应重合，允差3mm，上、下导辊座中心线允差3mm。并注意活塞油槽按照在对称区域上进行安装。
5 柜顶组装。在组装活塞桁架期间，可穿插安装顶架中心环承台。中心环吊装时，控制顶架的中心环标高偏差<30mm,中心偏移<5mm，半径偏差<5mm，顶架径向偏差±5mm。柜顶桁架制作好后应进行预组装。在活塞桁架上方安装临时支撑，用吊车从对称位置顺次进行吊装，在活塞桁架的支承平面上进行调整、固定，并将各桁架与柜中心环焊接连成一体。之后安装换气装置、内部吊笼和顶架走道，救助装置等其他附属设施。注意顶板用吊车从柜顶外围向中央进行吊装安装。
6 第一节长立柱安装。在活塞和顶架组装完成后，拆除在活塞桁架上方安装的临时支撑使顶架下降，利用鸟形钩、螺旋扣将顶架和活塞牢固固定，顶架荷重通过鸟形钩由活塞承受。利用立柱连接工装将其与第一节短立柱连接，调整立柱达到各项精度要求，并考虑侧板焊接后的收缩变形，进行施焊。注意立柱接头处内异缘面，侧面和侧板搭接面应磨平,滑轨面接头应齐平、光滑，立柱滑轨面径向、切向不平度小于1mm/2m，全高总倾斜量应小于h/5000mm 。之后在柜顶组装柜顶吊装小车，用于今后对称组装侧板、立柱等。
7 活塞导轮安装。首先安装上部导轮，下部导轮待密封装置安装完后再装。并保证上下导轨座中心线与导轮面中心线重合，最大误差≤3mm。为了防止焊接收缩，在气柜安装过程中，上导轮全部采用固定轮，弹簧式的也暂改为固定式的。导轮与立柱应靠紧到用手的力量不能转动程度为止，调整其垂直度，使导轮中心与立柱中心线重合。
8 密封装置安装。按图要求安装密封装置，安装角部滑块时，严格控制滑板块组对尺寸。滑板应与壁板贴紧，局部最大间隙小于0.5mm,滑板端头与滑轨板接合处间隙为4±1mm。达到要求后再安装圆木、帆布、吊耳等密封部件。施工中，要注意保护帆布，以免焊渣烧坏帆布。密封装置见示意图5.2.1-3。
图5.2.1-3 密封装置示意图
9 安装鼓风机。在第一带侧板鼓风机连接口处安装鼓风机。为确保安全应另备一台同型号鼓风机和满足功率要求的柴油发电机。
10 活塞气密性试验。在以上各阶段安装完成后，利用柜顶吊装小车对称安装第二至第九带侧板（侧板带数的多少应根据活塞和顶架临时固定后的高度事先确定）,经过必要的调整符合要求后,按照焊接工艺施焊。之后进入气顶升前气密性试验，在起动鼓风机后，使活塞保持上浮状态，将肥皂水涂刷在焊缝上，进行气密性检查。测量密封滑板与侧板间隙，观测泄漏情况，调整到符合要求。
5.2.2 气柜气顶升。顶升原理：利用鼓风机进行空气加压，实现 V进气﹥V漏气，产生压强差△P，当△P×S=G×9.8时，活塞理论上可以处于悬浮相对静止状态，当△P×S＞G×9.8时，活塞将向上升起，通过控制风机流量，从而控制上升速度，使得活塞达到预定的位置。
式中 V－为密闭储气柜内容积；
△－P为气柜内压强变化值；
S－为活塞底面积；
G－为活塞及柜顶等所有结构、设备的质量。
气顶升施工要点如下：
1 在气顶升前应对以下事项检查、落实，须完全符合要求。
1) 组装的侧板没有漏焊。
2) 顶架吊车在对称位置固定。
3) 脚手架和侧板没有碰撞地方。
4) 导轮和立柱间没有异物。
5) 密封装置内没有其它部件、废弃物。
6) 立柱内面塞销磨光良好。
7) 鸟形钩挂板安装正确。
8) 鼓风机以外的电源应切除，通到柜顶上部的电缆应有伸缩余量。
9) 联络通讯设备正常。
10)活塞、外部脚手架上升通道畅通。
11)U型压力计完好（顶升时指派专人负责观察压力波动情况）。
12)活塞上、地面的各指挥人员按要求就位，各岗位操作人员到位。
13)检查密封帆布的配重安装情况符合要求。
14)倾斜测量装置安装正确，顶时升，检测人员按要求到位。
2 起动鼓风机后，使活塞上升离地50mm左右，稍作停留观察气柜整体平衡情况、密封状况及上升通道情况，确认无异常后方继续顶升达到第九带侧板，使鸟型钩嘴超过立柱上已安装好的挂板，并使钩嘴自动复位挂住挂板。之后关闭鼓风机，将气柜中的空气排出，顶架及活塞荷重通过鸟型钩由立柱支承。
3 顶升过程应派专人负责监视活塞油沟内液面高度和观察并记录高强度螺栓的扭曲情况。
5.2.3立柱与侧板安装
在上次气顶升结束后，就利用顶架为平台，进行侧板安装和立柱安装及附属设备安装。一般安装一层侧板后按上述气顶升要求进行一次气顶升，直到安装到气柜的设计高度为止气顶升工作结束。此期间为保证气顶升的安全，在每一根立柱上固定两块用于与鸟型钩嘴连接的挂板, 两挂板间距为一带侧板高度。当顶升时, 鸟形钩嘴与下层挂板脱开, 直到鸟形钩嘴超过上层挂板时, 使钩嘴复位, 挂住挂板。如中途遇停电等故障, 活塞下降, 迅速将钩嘴复位, 挂住下层挂板。
5.2.4 上部侧板及附属装置安装
1 上部（气柜最顶部）侧板、檐板组装，并且和顶架及立柱结合。应注意事项：
1) 外部脚手架解体撤去。
2) 侧板最后几带及上部附属装置，用特制脚手架安装。
3) 摘下活塞顶架间鸟形钩和顶架连接螺栓，用千斤顶把顶架顶升到指定位置。
4) 用柜顶吊装小车吊上檐板，将檐板、立柱、顶架用螺栓连接成一体后进行焊接。
2 附属装置安装
在顶架、檐板和立柱连接时，以下附属设备亦同时安装。
1) 紧急放散管安装。
2) 天窗加工、安装玻璃。
3) 外部电梯井调整。
4) 柜容指示器。
5) 油上升管。
6) 预备油箱检查台。
7) 活塞导轮调整。
8) 拆除施工用临时电源。
9) 上部参与工程及脚手架解体。
10)涂装工程，电器仪表工程开始安装。
5.2.5气柜试运行要点
1 从鼓风机的配管处把空气放空，使活塞降下，此时从活塞上对侧板内面除锈及清除杂质全面扫除干净。
2 活塞降下前，将临时电源电缆更换为设计生产用的。同时对活塞导轮的尺寸、密封装置进行检查调整。
3 活塞着地后对密封装置进行全面检查，检查是否有构件损坏，弹簧套筒内是否有杂质在内等，有以上情况视严重程度进行修复、更换，并根据顶升情况，进行一些必要的调整。
4 活塞导轮调整、安装。将气顶升安装所用的导轮调整，清洗，重新安装弹簧导辊、弹簧，固定导轮，进行必要的调整。为使活塞不倾斜、不转动，导轮与柱接触面的压力应当保持均匀一致。
5 在密封装置和导轮检查完毕后，进行活塞上、下升降试验，对气柜各项技术指标进行检查记录，情况良好后，活塞着地。对底部油沟和活塞油沟进行清扫，将密封油注入油沟。
总体工程完工后，用鼓风机将风吹入储气室内，按设计要求进行全过程运行。
5.3施工现场管理人员及劳动力计划
见表5.3
表5.3 现场劳力情况
管理岗位
人数
技术工种
人数
项目经理
冷作工
20
项目副经理
焊工
20
技术负责人
管工
钢构施工员
电工
焊接施工员
仪表工
电仪施工员
起重工
12
防腐施工员
喷砂工
质检员
油漆工
10
安全员
辅工
20
材料员
合计
119
6 材料与设备
6.0.1因气柜主体工程系结构工程，涉及材料均应符合国家标准要求。密封装置、调平装置等专用附属设备，均应由专业的配套厂家生产和制造。
6.0.2为了提高生产效率，本施工工法采用的机具设备均属于国内外较为先进、技术稳定性好、性价比较为合理的机具设备，具体见表6.2
表6.2 使用机具设备表
序号
名 称
型 号 规 格
单位
数量
光学经纬仪
DS6-1
水平仪
DS3-D
电 焊 机
直流14KW
35
对 讲 机
10kM
空 压 机
GM/HO.7MPa
清 水 泵
RLN250-12
真 空 泵
离心风机
2400m3 全压1140Pa
高压水泵
扬程100m 流量130m3/h
10
氧 气 瓶
50
11
乙 炔 瓶
20
12
电动葫芦
3t
13
千 斤 顶
5t
14
千 斤 顶
25t
15
千 斤 顶
30t
16
千 斤 顶
50t
17
手拉葫芦
5t
18
手拉葫芦
2t
19
摇 臂 钻
Ф21mm
20
台式砂轮机
21
压 线 钳
22
液压导线钳
23
手 提 钻
24
手 提 钻
13mm
25
钢 丝 绳
17.5mm
600
26
钢 丝 绳
12.5mm
300
27
焊条烘箱
28
电焊条保温筒
40
29
自动切割机
30
角向砂轮机
125mm
20
31
漏电保护器
220V 10A
30
32
微型工具车
0.75t
33
液压汽车起重机
45t
34
汽 车 吊
8t
35
汽 车 吊
15t
36
柜顶专用吊车
5t
37
载重汽车
5.5t
38
立柱加工专用铣床
自制L=13m
39
气柜侧板专用折边机
600t
40
四柱油压机
300t
41
液压折压机
100t
42
液压剪板机
2500×20
43
机械剪板机
2500×6
44
卷板机
2000×19
45
冲床
80t
46
冲床
60t
47
空气等离子切割机
100A
48
空气等离子切割机
40A
49
空压机
6m3/min
50
砂罐
51
高压喷枪
52
角向磨光机
φ180
15
53
角向磨光机
φ150
20
54
测厚仪
55
消防灭火器
7 质量控制
7.1 工程质量控制标准
本工法质量控制主要按以下规范执行:
7.1.1《多边形稀油密封储气柜工程施工质量验收规范》CECS186:2005
7.1.2《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205－2001
7.1.3《城镇燃气输配工程施工及验收规范》CJJ33-2005
7.1.4《现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范》GB50236－98
7.2 主要质量控制措施
7.2.1 确定气柜底板安装为质量控制的关键过程，立柱与侧板焊接为质量控制的特殊过程，并编写相应的作业指导书。
7.2.2 气顶升施工应设置以下为质量控制停止点，即：基础复核验收、气柜底板凹凸不平度检验、柜底板抽真空试验、密封安装验收、气柜顶升检查、调试与试运转。
7.2.3 编制检验与测量控制方案，包括挂板用螺栓材质计算、鸟形钩荷载计算、鼓风机出风口压力和流量测量与控制、柜体外压力计波动测量、活塞倾斜度测量值、活塞升降速度测量和立柱垂直度测量。
7.2.4 按质量管理体系要求开展质量控制活动。
8 安全措施
8.0.1对参加现场施工人员进行安全技术教育，对新进场工人必须进行三级安全教育。认真贯彻“安全第一，预防为主”的方针，根据国家有关规定、条例，结合施工单位实际情况和工程的具体特点，组成专职安全员和班组兼职安全员以及工地安全用电负责人参加的安全生产管理网络。严格按照职业健康安全管理体系要求，明确各级人员的职责，抓好工程的安全生产。
8.0.2气柜开工前应由技术人员向全体施工人员进行安全技术交底，施工过程中，现场施工技术人员，按阶段向班组下达任务单时应对本阶段施工技术要求和安全措施向施工班组人员交底，使参加人员了解储气柜的构造和要求，并对参加施工人员讲解储气柜各阶段的施工工艺，特别是气柜顶升过程应注意的安全事项，使施工人员做到心中有数，保证施工质量安全。
8.0.3制定高空作业与吊装安全措施和安全应急救援预案。
8.0.4制定气顶升安全施工方案。包括制定施工现场用电安全要求、电气焊的安全要求。
8.0.5现埸专用工装机具使用安全要求
1 柜顶桁架安装承受台，在使用前必须检查是否牢靠，防止承重变形。
2 顶升鸟形勾挂板专用螺栓，必须经确认为高强螺栓，并且有合格证后方可使用。
3 高强螺栓在使用前应做好特殊标记以免其它普通螺栓混杂。
4 高强螺栓使用一次，必须进行逐一检查，是否有压痕，或裂纹，如有缺陷，不得使用。
5 鸟形勾在使用前，必须进行清洗与检查。
6 柜顶吊装小车，在安装前，必须对卷扬系统、变幅系统、行走系统进行检查。
7 柜顶吊装小车的缆风扒杆，必须安装安全可靠，缆风钢丝绳在使用前应查看是否有断丝，断股缺陷，不符合钢丝绳的安全使用规定必须进行更换。
8 柜顶吊装小车在使用前，应进行试吊、检查行走、制动、缆风等部位，确保使用安全。
8.0.6 防止气顶升过程故障柜顶突然下坠的措施
1 在立柱上设置两块挂板，鸟形钩与上挂板未挂牢之前，下挂板不得松开。
2 分别在两个部位配置两支U型压力计，实时监控气顶升过程柜内的压力变化。
3 增加安装一台鼓风机作为备用，并由另一回路供电或配一套柴油发电机组。
8.0.7防火要求
1 仓库、施工工棚及行政办公室附近要设置消防器材，要有专人负责防火工作。
2 施工前应办理动火许可证，并应得到有关部门的审批后方可动火。
3 妥善保护、保管现场的消防设施，万一发现设施损坏或丢失，应及时修补或补充。
4 组织职工进行防火训练，增强职工的防火意识和对消防器材操作的熟练程度。
9 环保措施
9.0.l严格按照公司环境管理体系ISO14001：1996与职业健康安全管理体系GB/T28001-2001要求进行施工作业。
9.0.2在工程施工过程中，成立专门的环境保护管理领导小组，严格遵守国家和地方政府的有关环境保护的法律、法规和规章，加强对施工燃油、工程材料、设备、废水、生产生活垃圾、弃渣的控制和治理，遵守有防火及废弃物处理的规章制度，做好交通环境疏导，充分满足便民要求，认真接受城市交通管理，随时接受相关单位的监督检查。
9.0.3气柜施工大部分属于非标制作，特别是在预制过程中，应加强对噪音的控制，合理安排施工工艺，尽量减少打击敲打，以免造成噪音污染。
9.0.4气柜喷砂防腐，要求全部安排在专门的机械加工厂内进行，并设置密闭的喷砂室，喷砂室配置良好的通风、除尘设备。同时，尽量采用石英砂或铁矿渣，以减少喷砂产生的粉尘量。
9.0.5对防腐所使用的剩余油漆，应进行集中收集，集中处理，严禁倒入排水沟。
9.6 设立专用排浆沟、集浆坑，对废浆、污水进行集中，认真做好无害化处理，从根本上防止施工废浆乱流。
9.0.7弃渣及其它工程废弃物按工程建设指定的地点和方案进行合理堆放和处治。
9.8 对施工场地道路进行硬化，并在晴天经常对施工通行道路进行洒水，防止尘土飞扬，污染周围环境。
9.0.9加强职工的思想教育，在施工现场贴、挂安全标语，工程进度、工程质量目标的宣传标语和组织机构及施工总平面图，在施工场地营造一种“优质、安全、高速、低耗和文明”的气氛。
10 效益分析
10.0.1 本工法将1500吨左右的钢结构及工艺设备，充分利用设备本身的构造，完成了设备的安装任务。煤气柜本身属于精度要求较高的动设备，无水无油干式气顶升工法将对气柜的制造要求提高到了一个更高的水准，不仅能够保证设备更加正常地运转，而且，减少了大量的人力、物力、财力，提高了施工进度，为气柜企业节约了成本，创造了良好的经济效益。
10.0.2 本工法为气顶升，比水顶升法节约用水约为气柜容积的量，也减少了污染物的排放，而且技术含量高，环境效果好，有显著的社会效益。