LNG儲罐氣頂升施工原理及其應用分析

張繼榮

（一鼎項目管理有限公司）

0 引言

LNG為清潔、高效的能源，我國LNG產業(yè)發(fā)展迅速，LNG接收站項目不斷增多。在LNG儲罐施工中，穹頂氣頂升施工為項目建設的關鍵點，施工工藝復雜，安全風險較大，因此，亟需對LNG儲罐氣頂升施工原理以及具體的施工要點進行詳細探究。

1 氣壓頂升施工原理

LNG儲罐鋼制穹頂、鋁吊頂、吊桿、罐頂接管及單軌吊車梁等在罐底上組裝、焊接、檢驗完畢后，在穹頂最外周安裝密封裝置，以使穹頂與PC墻（或外罐壁板）及混凝土承臺（或外罐底板）形成密閉空間，采用鼓風設備向儲罐內相對密閉的空間強制送入大風量低壓力的空氣，當密閉空間的壓力上升到一定程度，即在空氣總浮升力大于穹頂及附件的總重量和密封裝置與PC墻（外罐壁板）之間的摩擦力后，儲罐穹頂和吊頂燈一起沿PC墻浮升至儲罐頂部的抗壓環(huán)，在穹頂升至抗壓環(huán)部位后，作業(yè)人員利用卡具使穹頂與抗壓環(huán)貼緊而與抗壓環(huán)焊接固定好后，氣頂升作業(yè)才算完成。氣壓頂升是全包容儲罐施工過程中危險性較大的分部工程，技術要求高，頂升前必須進行專項方案論證，氣頂升施工原理如圖1所示。

圖1 氣頂升施工原理

2 工程概況

楊凌液化天然氣（LNG）應急儲備調峰項目擴能工程有5萬方LNG全包容儲罐儲罐，結構主要由180根樁基、架空式承臺（直徑59.5m）、外罐預應力（環(huán)向112道、豎向80道）、內罐（X7Ni9）及罐頂平臺組成。其中環(huán)梁標高34.6m，罐頂標高41.1m。是西北地區(qū)首個最大容積全包容儲罐。此次的氣壓頂升工作是儲罐施工的關鍵性節(jié)點，標志著儲罐主體全面封頂。

3 LNG儲罐氣頂升工作系統(tǒng)

3.1 平衡系統(tǒng)

（1）鋼絲繩：鋼絲繩共有20束，每18°均勻分布張拉。頂部連接混凝土外罐10A環(huán)梁的吊耳，通過“T”型支架到達穹頂導向滑輪組，再穿過中心滑輪組，到達底部的固定裝置。

（2）導向滑輪組：導向滑輪組共20組，每18°分布為一組，如圖2所示。穹頂中心滑輪組的安裝為質量控制重點。

圖2 導向滑輪組

（3）“T”型支架：“T”型支架工 20 個，每 18°分布焊接在抗壓環(huán)上。使用角鋼做斜支撐?！癟”型支架長度有兩種尺寸：1880mm及2720mm。2720mm支架共4套，每套安裝一個拉力計，其他16套1880支架不安裝拉力計?！癟”型支架與導向輪、中心滑輪的安裝應處于同一條中心線。

（4）配重：配重分為三個等級：Ⅰ級、Ⅱ級、Ⅲ級。Ⅰ級配重以噸為單位，可采用施工現(xiàn)場的成捆鋼筋。對穹頂?shù)闹亓糠植歼M行計算，在頂升前放置。Ⅱ級配重以250kg左右為單位。Ⅲ級配重以50kg左右為單位。Ⅱ級、Ⅲ級配重作為應急配重，在穹頂上升到20～50cm后，進行精確配重調平。

（5）拉力計：拉力計共4個，安裝在2720mm的“T”型支架上。穹頂在上升過程中若發(fā)生傾斜，則拉力計數(shù)值就會發(fā)生變化。立即增加或減少應急配重，可以對穹頂?shù)钠胶鉅顟B(tài)進行實時監(jiān)控。

3.2 測量系統(tǒng)

（1）鋼卷尺：將4把鋼卷尺安裝在4組測量人員所在的抗壓環(huán)位置。鋼卷尺通過“U”型卡與穹頂連接。頂升時，每隔5min測量一次。由總指揮對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計、分析，對穹頂上升時的平衡狀態(tài)監(jiān)控。

（2）“U”型壓差計：共有2套“U”型壓差計，一套安裝在大門洞位置讀數(shù)面板放置風機附近。另一套安裝在小門洞面板放置指揮臺?！癠”型管用透明塑料管制作，管內有紅色水柱，固定在刻度板上。其工作原理：當風機工作時，罐內氣壓與外界大氣壓形成壓力差，“U”型管內的水柱發(fā)生水平高低差變化，通過刻度板讀數(shù)記錄下管內液面的水平高差。利用物理公式：P=ρgh計算罐內風壓數(shù)值?！癠”型壓差計的作用：通過計算的罐內風壓值，對風機送風量進行調節(jié)。

（3）刻度線：混凝土罐墻內側分別在：0°、90°、180°、270°，涂有紅色刻度線。每隔0.5，長250mm、寬50mm噴涂，用于觀察穹頂上升進度。

3.3 風機動力系統(tǒng)

（1）風機：兩臺5～56型蝸殼式鼓風機，單臺功率110kW，送風量達到77399m3/h。一臺作為常用，一臺為備用。

（2）動力：由2臺300kW（單機）交流發(fā)電機和施工現(xiàn)場低壓配電柜提供電力。一臺為備用風機提供電力，另一臺與市電份兩路為風機提供電力，風機動力系統(tǒng)如圖3所示。

圖3 風機動力系統(tǒng)

（3）軟啟動柜：由于2臺風機使用的大功率電機，大功率電機的啟動瞬時電流大。所以電機啟動方式采用軟啟動。軟啟動的優(yōu)點：啟動電流相對平穩(wěn)，對周邊用電設備及電網(wǎng)沖擊減小。

3.4 密封系統(tǒng)

（1）門洞密封：門洞密封使用Q235鋼板焊接，門洞外采用8#槽鋼加強，大/小門洞密封形式如圖4所示。

圖4 大/小門洞密封

（2）管道密封：管道密封采用臨時盲板密封。

（3）穹頂邊緣密封：密封材料采用：薄鐵皮、防火布、膠帶、壓條。安裝前在穹頂板位置焊接通孔方鐵，安裝順序是：薄鐵皮、防火布，通過通孔方鐵固定在穹頂下部外邊緣上，再用壓條固定，材料之間用膠帶粘接。

3.5 配重裝置

在罐頂以及吊頂位置，通過附加配重，能夠對罐頂重量進行調整，當風壓相同時，能夠保證壓強均等。罐頂荷載分布不均勻，摩擦力不等，容易導致罐頂傾斜。通過在罐頂進行配重調節(jié)，能夠保證罐頂處于水平狀態(tài)。在配重裝置安裝中，要求對配重布置圖進行仔細繪制，選擇適宜的配重材料，對所有配重材料進行稱重和變化處理，并根據(jù)配重布局圖進行布置。另外，對于配重材料，應注意盡量就地取材，避免移位。

3.6 罐頂固定裝置

在LNG儲罐氣頂升施工中，在罐頂固定裝置施工中，應注意以下幾點：①對于罐頂以及承壓環(huán)，采用焊接固定方式；②對于固定點，首先進行平衡機構附著的罐頂徑向梁固定，然后再分別進行徑向梁以及罐頂板固定；③在頂升過程中，對于罐頂表面，必須安裝固定掛件，便于頂升；④根據(jù)施工現(xiàn)場實際情況安排焊接施工人員，并準備好充足的焊接施工材料設備。

3.7 通信系統(tǒng)

升頂作業(yè)期間通信工具使用對講機，各個專業(yè)都有對應頻道，不得隨意更換頻道。通信系統(tǒng)設置如表1所示。

表1 通信系統(tǒng)

4 LNG儲罐氣頂升施工步驟

4.1 準備工作

在LNG儲罐氣頂升施工前，首先需進行LNG儲罐氣頂升施工工藝設計、工裝制作和驗收等，在施工準備中，應注意以下幾點：①編制完善的LNG儲罐氣頂升施工計劃方案，并組織專業(yè)技術人員對施工方案進行審核。②選擇專業(yè)技術人員，明確各個崗位分工明確，對施工人員做好技術交底。③對LNG儲罐外壁幾何尺寸進行檢查，如果發(fā)現(xiàn)缺陷，則應做好修補措施并驗收。④對頂升系統(tǒng)的完整性、各個配件等進行檢查。⑤在LNG儲罐氣頂升施工中，盡量選擇晴朗無風的天氣，并在白天完成LNG儲罐氣頂升施工。

4.2 預頂升

通常情況下，LNG儲罐氣頂升高度為1m，預頂升施工工藝與正式頂升施工工藝相同，通過預頂升施工，能夠為整個系統(tǒng)的安全性以及有效性進行檢驗分析。另外，通過預頂升施工，還可對LNG儲罐氣頂升施工中的各項參數(shù)進行復核，具體包括頂升風壓、平衡風壓、進風速率等，根據(jù)所得結果對系統(tǒng)中的不足進行優(yōu)化調整。

4.3 罐頂氣頂升主要步驟

①對通訊系統(tǒng)完整性進行檢查，同時對各類器械、備件進行檢查，啟動風機，使其處于空載運轉狀態(tài)，判斷其運轉情況是否正常。在對所有機械設備的運行情況進行檢查，并確認合格后，即可進行頂升施工。②開啟進風閥，持續(xù)向罐內鼓風，當頂升高度在1m以內時，對于頂升速率，應控制在100mm/min左右，當頂升高度達到1m時，需對風壓進行調整，使得罐頂懸浮，并對平衡壓力、供風系統(tǒng)、鋼絲繩張力等進行檢查。③將風壓控制在200～300mm/min之間，然后持續(xù)頂升。④當頂升達到罐頂，并且與承壓環(huán)之間的間距在1m以內時，要求將風壓控制在100mm/min以內，然后繼續(xù)頂升，直至達到罐頂。⑤當罐頂就位后，即可鎖定固定裝置掛件與承壓環(huán)。⑥調整鼓風機風壓，罐內泄壓，同時關閉鼓風機。

5 結語

綜上所述，本文主要結合實例，對LNG罐頂氣頂升施工原理以及施工技術要點進行了詳細探究。LNG罐頂氣頂升施工難度比較大，并且風險比較高，在LNG罐頂頂升施工中，要求根據(jù)施工現(xiàn)場實際情況制定完善的施工計劃方案，積極應用先進的施工技術和設備，積累施工經驗，促進LNG罐頂頂升施工水平的提高。