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浮升法拆除干式稀油密封储气罐过程控制
1   干式稀油密封储气罐主要结构
 
干式稀油密封储气罐(以下简称储气罐)是一种用于储存燃气的设备,主要由底板、侧板、立柱、顶板、檐口板、罐顶桁架、活塞、活塞底座、底部油沟、人孔及回廊、外部油泵站等构成。通过稀油在活塞与罐内壁之间形成稀油密封,活塞在罐内气体压力作用下在底板与罐顶桁架之间升降,从而达到储气与供气的目的。
 
2   储气罐状况
 
贵州燃气集团股份有限公司的10×104 m3干式稀油密封储气罐于20082月投运,运行介质为焦炉煤气。随着管道天然气入黔,该储气罐于2014年退出运行,进行罐内氮气置换后闲置。2016年对储气罐进行再利用评估,综合考虑能耗、更换补充密封油和密封机构、检修及运行管理等因素,储气罐运行费用约120×104 /a。在管道天然气气源充足的情况下,继续使用该储气罐已经不再具有经济性。因此,于20161月决定拆除该储气罐。
 
储气罐的公称容积为10×104 m3,设计压力为(4 000±5 00Pa,总高度为80 m,侧板高度为73 m,侧板壁厚为5 mm,罐体钢结构质量约1 500 t。储气罐内有混凝土配重块约300t,密封稀油约150 t。罐内沉积大量焦炉煤气杂质,罐内气体主要是氮气与空气混合物及部分稀油、焦炉煤气杂质挥发物。因此,储气罐拆除方案需要满足以下技术要求。
 
①储气罐长期运行焦炉煤气,罐内结构表面沉积大量稀油、含酚水、沥青、苯、萘等污染物或易燃易爆物,焊接、切割作业时易引发局部密闭空间爆燃。因此,在进行焊接、切割作业前,必须对罐内沉积物进行清理,保证焊接、切割作业安全。
 
②储气罐钢结构质量约1 500 t,切割工作量巨大,切割分离时会引起罐体应力变化。特别是罐顶系统,结构复杂、质量大、重心高,切割产生的应力变化可能造成罐体失稳,严重时造成罐体坍塌。因此,拆除方案应能够避免顶板、罐顶桁架在高处切割分离,尽量保证罐体切割时应力对称均匀变化,保持罐体稳定。
 
③储气罐总高度为80 m,大部分作业为高空作业。因此,拆除方案应有可靠的高空切割、吊装技术保障和安全措施,保证高空作业安全。
 
3   浮升法拆除储气罐主要步骤及过程控制
3.1  浮升法简介
 
浮升法拆除储气罐是指在完成准备工作后,利用活塞的浮升性能,借助外部油泵站和风机,用水密封代替稀油密封,用空气充当运行介质,将活塞升至罐顶桁架,通过连接工装将两者焊接形成一体。然后,将顶板与檐口板切割分离,将罐顶桁架与立柱切割分离,使活塞、罐顶桁架、顶板形成的整体(以下简称活塞-罐顶系统)与储气罐其他结构不再相连,形成可以上下移动的、独立整体。然后 ,利用水密封,使活塞-罐顶系统缓慢下落到活塞底座。最后,在侧板搭建活动切割操作平台,结合塔吊,自上而下拆除储气罐。
 
浮升法拆除储气罐的工艺过程主要分为以下7个步骤:准备工作及罐体清理、活塞浮升实验、活塞-罐顶系统连接、活塞-罐顶系统与罐体分离、活塞-罐顶系统下落至活塞底座、切割拆除储气罐。
 
3.2  准备工作及罐体清理
3.2.1 准备及清理步骤
 
首先将油泵站和底部油沟储存的密封油、油水混合物经底部排污管道排放到废水收集池。然后通风吹扫。合格后,操作人员进入罐内清理残留沉积物。最后调试风机和油泵,并向底部油沟注水。
 
在罐体清理的同时,应设计、制作活塞-罐顶系统连接工装,计算活塞-罐顶系统质量,撤离相应质量的配重块,防止活塞-罐顶系统下落时储气罐超压运行。
 
3.2.2 过程控制
 
①操作人员进入罐内之前应先对罐内进行氮气置换。同时监测罐内CO体积分数,当CO体积分数低于25×10-6时,认为置换合格。然后打开人孔,启动风机向罐内小风量送风。每0.5 h检测1次罐内O2体积分数。当O2体积分数在20.5%以上时,操作人员穿戴劳动保护用品、佩戴空气呼吸器,设专人监护,进入罐内清理。清理过程中,风机必须不间断小风量送风。清理出来的污染物统一暂时存放在现场临时危化品储存箱,最终按相关规定统一处理。
 
②罐体清理完毕后,通过外部油泵往底部油沟注水至800mm液位。应注意,在注水前应提前调试外部油泵和风机,保证循环供水系统和压力控制系统稳定可靠。
 
③经计算,顶板、罐顶桁架及连接工装总质量约160t。为避免超压运行,在浮升实验前应均匀撤离活塞配重块160 t。按罐体尺寸及加固强度校核计算,确定焊接连接点均匀分布在24根立柱与活塞对应的位置,连接工装支撑高度为2.35m,采用无缝钢管制作。
 
3.3  活塞浮升实验 
3.3.1 实验步骤
 
活塞浮升实验是储气罐拆除工作的技术保障。首先启动风机、油泵,使活塞先在罐底短行程内浮升。浮升过程中通过调整配重块的位置来调平活塞。最终顺利完成3次全行程浮升视为浮升实验成功,可以进入正式浮升。
 
3.3.2 过程控制
 
①开始浮升前,操作人员从人孔进入罐内,将配重块运输小车、连接工装、气割焊机、消防器材、封堵棉絮、对讲机等工具放置于活塞上。关闭人孔和放散管,启动风机向罐内注入空气,开始浮升。
 
②在活塞上升过程中,应严密监视活塞平衡情况,一旦活塞倾斜接近200 mm,立即关闭风机,调整配重块位置,直至活塞倾斜保持在80 mm内,再进行浮升。同时,罐内操作人员观察活塞与罐内壁密封处是否有大量气体外漏。若发现泄漏点,应及时采用棉絮封堵。
 
③整个过程由专人负责观察罐内压力,保证罐内压力不超过3 500 Pa。并与罐内操作人员沟通,保证活塞在临近罐顶桁架时浮升速度不超过4 cm/min
 
3.4  活塞-罐顶系统连接
3.4.1 连接步骤
 
 
活塞与罐顶桁架连接是活塞-罐顶系统安全回落到活塞底座的基本条件。首先,将活塞浮升至指定位置,保持活塞稳定。然后,在指定位置将连接工装两端分别焊接在活塞和罐顶桁架上。最后,活塞、罐顶桁架、顶板通过可靠的刚性连接形成活塞-罐顶系统。
 
为了确保活塞-罐顶系统安全连接、脱离罐体并平稳下落到活塞底座,需要在刚性连接形成后,完成防冒顶、防下坠、防旋转、防收缩等安全防护装置的焊接制作。
 
3.4.2 连接过程控制
 
①活塞浮升到罐顶桁架处,水平度控制在80 mm范围内。在活塞上部桁架横梁下部对应的每根立柱上焊接两组工装挡块,防止活塞-罐顶系统脱离罐体后突然下坠。再在选取的24个点对称焊接连接工装,并进行焊接质量检测。
 
②为了避免脱离罐体后浮升出立柱,发生冒顶事故,在每根立柱顶端焊接挡板。为了防止活塞-罐顶系统脱离罐体后发生旋转,均匀对称选取6根立柱,在活塞上位于立柱的两侧各加一个挡块。为了防止活塞-罐顶系统下落过程中侧板收缩变形,在每个刚性连接工装上安装一个导轮。
 
3.5  活塞-罐顶系统与罐体分离
3.5.1 脱离步骤
 
罐顶桁架与顶板本身是一个整体,活塞与罐顶桁架通过工装焊接形成整体。首先将顶板与檐口板切割脱离,然后将罐顶桁架与立柱切割脱离,最终,活塞-罐顶系统成为与储气罐没有任何刚性连接的独立整体,依靠罐内空气压力和活塞与侧板的密封作用悬浮在罐内。
 
3.5.2 脱离过程控制
 
①检查确认活塞-罐顶系统防冒顶、防下坠、防旋转、防收缩等保护装置焊接完毕。沿圆周对称切割顶板,切割缝选在檐口板向侧板内30cm处。然后对称切割立柱与罐顶桁架连接点,确认以上连接点彻底脱开,没有任何连接。
 
②密切关注罐内压力和活塞-罐顶系统运动趋势。如果发生整体上升现象,应立即打开放散管,减小风机进风量,防止对防冒顶装置产生过大应力。如果落在防下坠的工装挡块上,应及时通过风机向罐内加压,将活塞-罐顶系统向上吹起100 mm。并通过调整配重块的位置,保持活塞倾斜不超过80mm

 

 
③连接及脱离的全过程中,外部应有专人观察罐内压力及水泵运行情况,内部应有专人对活塞密封进行巡视,确保没有密封泄漏,并通过调节风机、放散阀和人孔,保持罐内压力在3 000 Pa
 
3.6  活塞-罐顶系统下落至活塞底座 
3.6.1 下落步骤
 
首先,罐内操作人员切割立柱上防下坠工装挡块。检查确认已经彻底切除后,打开放散口和人孔,通过风机进气量调节储气罐内压力。罐内外操作人员配合作业,使活塞-罐顶系统缓慢平稳地下落至活塞底座。
 
3.6.2 下落过程控制
 
①保证活塞平稳后,对称切割立柱上活塞下端的工装挡块。关闭风机,并缓慢打开放散口泄压。下落的过程中,对活塞倾斜度进行调平,当下降约0.50.8 m后,测定活塞倾斜度,调整配重块的位置,保持活塞的倾斜度在80 mm内。
 
②若在下落过程中出现不断调整配重块位置,活塞倾斜仍然不能改善,倾斜度接近200 mm时,应立刻关闭放散阀,启动风机,维持罐内压力,停止活塞下落操作。将活塞的倾斜度调整至80 mm内,然后关闭风机,开启放散阀,继续下落。

 

 
③当活塞-罐顶系统下落至距罐底部10 m时,通过关闭放散口、人孔减小活塞下落速度,保证活塞下落速度不超过4 cm/min,以尽可能小的下落速度保持活塞-罐顶系统平稳回落。
 
④活塞-罐顶系统平稳下落到活塞底座后,罐内工作人员从人孔离开储气罐。
 
3.7  切割拆除储气罐 
3.7.1 切割拆除步骤
 
首先在外部立柱上安装挂梯和操作平台,先拆除附件,然后依次拆除侧板、罐顶板、罐顶桁架、活塞、底板。整个过程自上而下,在操作平台上大块切割储气罐钢结构,然后吊装至地面分解。
 
3.7.2 切割拆除过程控制
 
①储气罐切割采用气焊切割,先拆除外部油泵、回廊等附件,然后切割侧板。侧板切割遵循“先横缝再竖缝”的原则,横缝两端预留不割区,在立缝割完后再进行预留横缝切割。侧板拆除后再对应拆除每段立柱,所有侧板和立柱都必须对称拆除。拆除过程中,对称的位置选择8根立柱,在每段立柱拆除前后分别各测一次立柱的垂直度,密切监控储气罐结构状况。
 
②顶板及罐顶桁架拆除前,对顶板中心环进行支撑加固。从中心开始向四周进行分解式拆除顶板。对称拆解罐顶桁架,整块吊出罐体,在地面解体。顶板拆解完毕后,将刚性连接工装、活塞桁架等结构拆除。
 
③拆除活塞前,再次确认活塞底板表面及罐底板上煤焦油已清理干净,避免高温切割时释放有毒气体。
 
储气罐拆除工程涉及电工作业、动火作业、高空作业、受限空间作业、熔化焊接与热切割等多种特种作业,作业量大,持续时间长,须对作业、废物堆放场地进行划分,严禁在吊装作业下方进行任何作业。同时,长时间重复作业极易由于麻痹大意引发生产事故,应详细制定各项作业管理规定。强化施工过程监督管理可以有效防止因麻痹大意引发的生产事故。
 
4   结语
 
浮升法拆除干式稀油密封储气罐,能够适当降低吊装难度,有效避免罐体应力变化引起失稳、坍塌等严重后果,结合有效的过程控制,具有较高可行性和安全、可靠性。实践证明,结合有效的过程控制,采用浮升法可以成功拆除储气罐。