關(guān)于通風(fēng)降溫系統(tǒng)在LNG 儲(chǔ)罐中的應(yīng)用

許東來(lái)

（中國(guó)建筑第二工程局有限公司核電建設(shè)分公司，廣東 深圳 518034）

0 前言

我國(guó)能源問(wèn)題越來(lái)越突出，為滿足低碳經(jīng)濟(jì)及可持續(xù)發(fā)展的需求。根據(jù)“十二五”規(guī)劃綱要明確提出的建立以節(jié)約優(yōu)先、立足國(guó)內(nèi)、多元發(fā)展、保護(hù)環(huán)境的現(xiàn)代能源產(chǎn)業(yè)體系。因此，近幾年，我國(guó)大力推廣LNG 產(chǎn)業(yè)，使國(guó)內(nèi)LNG 產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展。

1 罐壁施工難點(diǎn)

（1）混凝土儲(chǔ)罐的制作材料是低溫環(huán)境混凝土，在制作是應(yīng)保證混凝土的溫度保持在零下40℃以下，但不得低于零下190℃，而且應(yīng)保證混凝土的性能不會(huì)因低溫環(huán)境而受損。在制作混凝土?xí)r，應(yīng)在其原料當(dāng)中加入?；郀t礦渣粉和硅粉。為避免混凝土產(chǎn)生表面裂縫，必須合理控制混凝土水化熱溫升。

（2）混凝土強(qiáng)度等級(jí)、抗凍融等級(jí)高，單方水泥用量大，產(chǎn)生水化熱多[1]。

（3）泵送的混凝土坍落度大，收縮、徐變量大及混凝土輸送運(yùn)距較遠(yuǎn)，坍落度損失大。

（4）施工季節(jié)一般為5—7 月，天氣溫度較高，致使混凝土入模溫度高，不利于罐壁低溫混凝土水化熱的控制。

2 儲(chǔ)罐罐壁施工主要控溫技術(shù)措施

2.1 配合比原材料選擇控制

混凝土制備應(yīng)依據(jù)設(shè)計(jì)下發(fā)《技術(shù)規(guī)格書-混凝土》規(guī)定執(zhí)行。通過(guò)減少水泥用量，降低水灰比，延緩凝結(jié)時(shí)間等措施控制混凝土水化熱的產(chǎn)出量。LNG 儲(chǔ)罐罐壁施工環(huán)節(jié)所用混凝土制作原材料與配合比如表1 所示。

2.2 攪拌站混凝土出機(jī)溫度及入模溫度控制

經(jīng)過(guò)查詢，項(xiàng)目歷年5—7 月月平均氣溫分別為21℃、24℃、27℃。

（1）混凝土攪拌時(shí)，出機(jī)溫度按不大于30℃控制。若攪拌站所在地區(qū)的氣溫高于30℃，則攪拌混凝土的工作人員可采取加入冰屑方式進(jìn)行降溫調(diào)整，確保入模溫度滿足要求。

表1 混凝土原料與配合比

（2）合理選用這樣方式，以物理遮陽(yáng)手段避免砂石處于高溫狀態(tài)。采用良好的遮陽(yáng)措施，對(duì)粗細(xì)骨料在料場(chǎng)全密封棚內(nèi)存儲(chǔ)，讓粗細(xì)骨料在存儲(chǔ)期間保持溫度穩(wěn)定。

（3）提前采購(gòu)水泥，使水泥溫度在使用前降至環(huán)境溫度，保障混凝土的攪拌出機(jī)溫度。

（4）在混凝土入模前，采用冷水對(duì)鋼筋、模板進(jìn)行沖洗且不應(yīng)存留積水，加速模內(nèi)熱量的散發(fā)。

（5）避開高溫時(shí)段澆筑，比如澆筑開始時(shí)間可安排在下午4點(diǎn)以后進(jìn)行以減少環(huán)境溫度對(duì)混凝土入模溫度影響。

（6）混凝土入模前應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試入模溫度，隨機(jī)抽取次數(shù)不少于該次混凝土澆筑車次的1/3，檢查入模溫度是否在30℃以內(nèi)[2]。

（7）優(yōu)化混凝土澆筑施工方案，從混凝土分層、混凝土澆筑方式及混凝土振搗方式等方面強(qiáng)化，確保罐壁低溫混凝土混凝土的施工質(zhì)量。

3 通風(fēng)降溫系統(tǒng)的應(yīng)用

3.1 工作原理

混凝土內(nèi)部和表面之間的溫差，是產(chǎn)生溫度應(yīng)力的主要原因，而溫度應(yīng)力則是造成混凝土裂縫的“元兇”。當(dāng)混凝土表面和內(nèi)部的溫度差大于25℃時(shí)，其表面十分容易出現(xiàn)裂縫。而低溫混凝土的澆筑時(shí)間與其溫度升高速度有直接聯(lián)系，在完成澆筑的72h 之內(nèi)，混凝土的溫度可達(dá)到最高點(diǎn)?；诖?，我們可基于低溫混凝土的升溫變化特點(diǎn)，做好通風(fēng)和溫差控制工作。采用鼓風(fēng)機(jī)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部預(yù)埋的環(huán)向、縱向預(yù)應(yīng)力金屬波紋管進(jìn)行通風(fēng)，然后基于流動(dòng)風(fēng)帶走因混凝土凝結(jié)硬化過(guò)程而產(chǎn)生的部分熱量，從而達(dá)到減小混凝土結(jié)構(gòu)里表溫差的目的[3]。

3.2 通風(fēng)降溫系統(tǒng)工藝

通風(fēng)降溫系統(tǒng)工藝如圖1 所示。

圖1 通風(fēng)降溫系統(tǒng)工藝

3.3 通風(fēng)降溫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及構(gòu)成

3.3.1 主要設(shè)備及材料

鼓風(fēng)機(jī)（2.2kW）、風(fēng)速儀、自動(dòng)測(cè)溫儀、PVC 管φ110 環(huán)向、豎向主通風(fēng)管、金屬波紋管φ100（混凝土內(nèi)通風(fēng)管）、φ100 軟連接、PVCφ110 三通（加設(shè)鼓風(fēng)機(jī)及通風(fēng)主干管與混凝土內(nèi)通風(fēng)管連接）、PVCφ110 彎頭等。

3.3.2 通風(fēng)降溫系統(tǒng)的布設(shè)

（1）豎向通風(fēng)設(shè)置。在預(yù)埋的128 根豎向預(yù)應(yīng)力金屬波紋管相應(yīng)位置設(shè)置環(huán)圈通風(fēng)主干管與墻體內(nèi)的金屬波紋管連接，并在承臺(tái)下扶壁柱位置設(shè)8 臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)（每個(gè)扶壁柱2 臺(tái)，根據(jù)實(shí)際風(fēng)速調(diào)整）進(jìn)行通風(fēng)降溫。

（2）環(huán)向通風(fēng)設(shè)置。在扶壁柱位置設(shè)置4 臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)（每個(gè)扶壁柱位置一臺(tái)根據(jù)實(shí)際風(fēng)速調(diào)整）。鼓風(fēng)機(jī)連接PVC110 主干管，在主干管上利用PVCφ110×50 變徑三通與PPRφ50 管連接，PVCφ50 管與預(yù)應(yīng)力錨座連接（錨座上封的模板用電轉(zhuǎn)開φ50孔），錨座與預(yù)應(yīng)力波紋管連接。

3.3.3 通風(fēng)降溫系溫系統(tǒng)通風(fēng)要求

在降溫系統(tǒng)安裝完畢后進(jìn)行試運(yùn)轉(zhuǎn)，并利用風(fēng)速儀測(cè)風(fēng)速達(dá)到設(shè)計(jì)要求（風(fēng)速控制在5~8m/s，詳見計(jì)算書），如風(fēng)速過(guò)大則在干管上開孔來(lái)控制風(fēng)速，如風(fēng)過(guò)小則增加鼓風(fēng)機(jī)數(shù)量。同時(shí)，在混凝土澆筑完畢初凝后進(jìn)行持續(xù)通風(fēng)降溫，通風(fēng)3d 時(shí)間，安排專職人員每4h 監(jiān)控風(fēng)速并做好記錄。

3.3.4 測(cè)溫系統(tǒng)安裝

利用預(yù)埋鋼筋在4 個(gè)扶壁柱之間的墻體上設(shè)置2 個(gè)測(cè)溫點(diǎn)（墻體中心點(diǎn)側(cè)面離墻外表面100mm、墻體中心點(diǎn)位置盡量靠近金屬波紋管布設(shè)）。每個(gè)扶壁柱位置設(shè)置2 個(gè)測(cè)溫點(diǎn)（扶壁柱中心點(diǎn)外側(cè)離外表面100mm、扶壁柱中心點(diǎn)位置）。每個(gè)測(cè)溫點(diǎn)按墻體中心溫度、墻體邊緣區(qū)溫度（離外墻皮100mm）測(cè)溫、表面溫度進(jìn)行布設(shè)形成測(cè)溫記錄。

3.3.5 測(cè)溫與養(yǎng)護(hù)

安排專職人員在混凝土澆筑完畢通風(fēng)系統(tǒng)啟動(dòng)后便開始測(cè)溫，每4h 監(jiān)測(cè)一次并做好測(cè)溫記錄，并在混凝土澆筑完畢終凝后墻頂進(jìn)行濕養(yǎng)護(hù)，在模板提升后墻面及時(shí)刷養(yǎng)護(hù)液。

4 通風(fēng)降溫系統(tǒng)的實(shí)例應(yīng)用效果

4.1 通風(fēng)降溫系統(tǒng)實(shí)例

某16 萬(wàn)立方米儲(chǔ)罐首層采取通風(fēng)降溫系統(tǒng)后的測(cè)溫實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，此時(shí)距鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)口處風(fēng)速5.2m/s、溫度約33℃；距風(fēng)機(jī)出口處風(fēng)速3.7m/s、溫度約36.1℃。而波紋管扶壁柱的風(fēng)速與溫度實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)則如表2 所示。

表2 環(huán)向波紋管扶壁柱實(shí)測(cè)風(fēng)速及溫度監(jiān)測(cè)

4.2 裂縫統(tǒng)計(jì)

根據(jù)以往施工經(jīng)驗(yàn)，16 萬(wàn)立方米儲(chǔ)罐首層施工拆模后的裂縫數(shù)量在190 條左右。在使用通風(fēng)降溫系統(tǒng)后，拆模后裂縫統(tǒng)計(jì)為114 條。而根據(jù)測(cè)溫結(jié)果及裂紋統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，通風(fēng)降溫系統(tǒng)的應(yīng)用降低了混凝土內(nèi)部溫度的峰值，讓里表溫差變得更為可控；還縮小了混凝土中部與模板邊緣處溫度差，降低了裂縫的產(chǎn)生的概率；更通過(guò)波紋管的通風(fēng)，帶走一部分水化熱產(chǎn)生的熱量，既降低混凝土內(nèi)部溫度，又緩解了混凝土水化熱的急劇升溫，有效降低了裂縫概率。

4.3 通風(fēng)降溫系統(tǒng)降溫實(shí)際效果計(jì)算

根據(jù)本工程預(yù)埋通風(fēng)管道設(shè)置和CX125 型2200W 鼓風(fēng)機(jī)參數(shù)可知，主管管徑100mm，通風(fēng)流量35m3/min，墻體半徑41.4m，共8 排環(huán)向金屬波紋管共計(jì)約1040m，單根130m。在加風(fēng)壓管道鼓風(fēng)作用下，單根通風(fēng)管排完預(yù)埋在混凝土中的風(fēng)管容量空氣需時(shí)間為：

4.3.1 通風(fēng)管容量計(jì)算

本墻體半徑41.4m，共8 排環(huán)向金屬波紋管共計(jì)約1040m，單根130m，計(jì)算如下：

風(fēng)管風(fēng)容量：

風(fēng)管風(fēng)重量：

4.3.2 風(fēng)管帶走熱量Q吸

其中：C1——空氣的比熱容取1.0×103J/kg·℃；

4.3.3 可降溫范圍內(nèi)混凝土質(zhì)量M2

金屬波紋管風(fēng)降溫的輻射直徑為0.5cm，那么可降溫的混凝土體積為：

其中：ρ—混凝土密度取2400kg/m3。

4.3.4 降溫效果驗(yàn)算

基于熱量吸收和排放等同的原理：

其中：C2——混凝土比熱容取0.96×103J/kg·℃。

經(jīng)驗(yàn)算在加壓風(fēng)管道鼓風(fēng)機(jī)作用下，主管排完預(yù)埋在混凝土中的循環(huán)空氣管容量空氣需時(shí)間為7s。由此可得通風(fēng)每小時(shí)降溫T=0.00196×3600/7=1.01℃。在應(yīng)用這一通風(fēng)降溫系統(tǒng)以后，（51-25）/1.01=25.74h 之內(nèi)，混凝土的內(nèi)部溫度可控性將增強(qiáng)，其與混凝土表面之間的溫度差距也會(huì)小于25℃。

5 結(jié)論

總而言之，通風(fēng)降溫系統(tǒng)在LNG 儲(chǔ)罐中的應(yīng)用，將有效增強(qiáng)儲(chǔ)罐控溫效果，可以降低LNG 儲(chǔ)罐罐壁裂縫的發(fā)生概率。在LNG 產(chǎn)業(yè)中推廣通風(fēng)降溫系統(tǒng)，可進(jìn)一步提升LNG 儲(chǔ)罐的使用安全性和耐久性，還能增強(qiáng)罐壁維護(hù)工程的經(jīng)濟(jì)性，十分有助于提升LNG 儲(chǔ)罐的實(shí)用價(jià)值。