LNG 儲(chǔ)罐氣頂升施工原理及其應(yīng)用分析

段煉

中石化第四建設(shè)有限公司 天津 300000

1 氣壓頂升施工原理

LNG 儲(chǔ)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(yàn)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(tái)（或外罐底板）形成密閉空間，采用鼓風(fēng)設(shè)備向儲(chǔ)罐內(nèi)相對(duì)密閉的空間強(qiáng)制送入大風(fēng)量低壓力的空氣，當(dāng)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(chǔ)罐穹頂和吊頂燈一起沿PC 墻浮升至儲(chǔ)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[1]。

2 LNG 儲(chǔ)罐氣頂升施工應(yīng)用分析

2.1 案例概況

下面以某160000m3 的LNG 儲(chǔ)罐為例，對(duì)頂升施工的難點(diǎn)進(jìn)行分析。該施工作業(yè)采用底部中心錨固平衡頂升，基本數(shù)據(jù)如下：H1 為外罐壁高度，39.9m；H2 為內(nèi)罐頂拱高，11.7m；H3 為罐頂提升高度，35.96m；D1 為外罐內(nèi)徑，84m；D2 為內(nèi)罐外徑，82m；L1 為內(nèi)罐頂密封材料寬度，1m；S 為受力面積（外罐內(nèi)底部面積），5539m2。

該頂升施工包括以下主要部分：①鼓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)，為頂升作業(yè)提供動(dòng)力；②平衡導(dǎo)向裝置（含配重平衡系統(tǒng)），利用安裝在罐頂、罐壁上部、拱形頂部、內(nèi)罐底部的一套吊索具系統(tǒng)，以及平衡設(shè)施，限定罐頂運(yùn)動(dòng)的路徑以及傾斜角度，當(dāng)罐頂?shù)囊粋?cè)運(yùn)動(dòng)速度過(guò)快，對(duì)應(yīng)一側(cè)索具將產(chǎn)生拉力，限制其運(yùn)動(dòng)，以達(dá)到平衡運(yùn)動(dòng)的目的；③密封系統(tǒng)，在罐頂與外罐內(nèi)壁間形成密封，保障頂升壓力的持續(xù)穩(wěn)定。

可見，確定施工所需的動(dòng)力系統(tǒng)，制定可靠的平衡導(dǎo)向系統(tǒng)，確保穩(wěn)定的密封系統(tǒng)，這是保障頂升施工的三個(gè)重點(diǎn)內(nèi)容。密封系統(tǒng)是頂升作業(yè)的保障條件，動(dòng)力系統(tǒng)提供罐頂勻速上升的動(dòng)力，平衡導(dǎo)向裝置（含配重平衡系統(tǒng)），可以確保頂升平衡運(yùn)動(dòng)，不發(fā)生偏斜和扭轉(zhuǎn)。這三部分相互密切配合，才能保證施工順利進(jìn)行。

2.2 罐頂氣頂升主要步驟

①對(duì)通訊系統(tǒng)完整性進(jìn)行檢查，同時(shí)對(duì)各類器械、備件進(jìn)行檢查，啟動(dòng)風(fēng)機(jī)，使其處于空載運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，判斷其運(yùn)轉(zhuǎn)情況是否正常。在對(duì)所有機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行檢查，并確認(rèn)合格后，即可進(jìn)行頂升施工。②開啟進(jìn)風(fēng)閥，持續(xù)向罐內(nèi)鼓風(fēng)，當(dāng)頂升高度在1m 以內(nèi)時(shí)，對(duì)于頂升速率，應(yīng)控制在100mm/min 左右，當(dāng)頂升高度達(dá)到1m 時(shí)，需對(duì)風(fēng)壓進(jìn)行調(diào)整，使得罐頂懸浮，并對(duì)平衡壓力、供風(fēng)系統(tǒng)、鋼絲繩張力等進(jìn)行檢查。③將風(fēng)壓控制在200-300mm/min 之間，然后持續(xù)頂升。④當(dāng)頂升達(dá)到罐頂，并且與承壓環(huán)之間的間距在1m 以內(nèi)時(shí)，要求將風(fēng)壓控制在100mm/min 以內(nèi)，然后繼續(xù)頂升，直至達(dá)到罐頂。⑤當(dāng)罐頂就位后，即可鎖定固定裝置掛件與承壓環(huán)。⑥調(diào)整鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)壓，罐內(nèi)泄壓，同時(shí)關(guān)閉鼓風(fēng)機(jī)[2]。

2.3 氣頂升相關(guān)準(zhǔn)備工作

提前檢查儲(chǔ)氣罐整體性是否完好，比如底圈壁板表面，量油管、導(dǎo)向管鉛垂；轉(zhuǎn)變浮梯中間線的水平投影；罐壁高度；罐壁鉛垂；罐底焊接后，有些凸凹變形的深度；船艙頂板有些是不是變形。氣頂升前要對(duì)穹頂、吊頂相關(guān)焊接和開孔工作完畢并驗(yàn)收合格，這是保證能準(zhǔn)確而安全安裝的關(guān)鍵。要對(duì)穹頂上部以及罐內(nèi)與氣升頂內(nèi)的雜物進(jìn)行清理，防止后期在進(jìn)行安裝設(shè)備檢驗(yàn)時(shí)出現(xiàn)問(wèn)題。要將臨時(shí)配重提前進(jìn)行相應(yīng)安裝。其次要確保頂升設(shè)備正常工作并且安裝人員要進(jìn)行過(guò)相關(guān)培訓(xùn)。要提前對(duì)天氣情況進(jìn)行查取，保證無(wú)雨雪天氣和大風(fēng)天氣，以免影響正常的安裝。

2.4 氣壓頂升設(shè)備安裝

儲(chǔ)罐氣頂升在施工中，將外罐混凝土墻體先澆注完成后，再保證承壓環(huán)、承壓桿已經(jīng)安裝好。當(dāng)這些基礎(chǔ)部分到位后就需要開始吊頂施工工作。吊頂中需要做的有如平衡，配重等一系列工作。除此之外，再將頂部移至罐頂上方處后就需要選擇風(fēng)力系統(tǒng)，控制好風(fēng)力系統(tǒng)就能實(shí)現(xiàn)氣頂升的移動(dòng)速度等一系列的相關(guān)量，保證頂在合適的速度下與罐體一點(diǎn)點(diǎn)接觸，最終完成相應(yīng)的配合。其次，在整個(gè)供風(fēng)前，要對(duì)罐體內(nèi)部的密封性進(jìn)行檢查，保證整個(gè)系統(tǒng)密封性的完好，這樣可以保證供風(fēng)系統(tǒng)正常工作的同時(shí)避免相應(yīng)資源的浪費(fèi)。并且在整個(gè)吊頂及安裝過(guò)程中也要保證有備用方案，防止中途出現(xiàn)類似動(dòng)力系統(tǒng)故障之類的問(wèn)題時(shí)，有及時(shí)有效的可行應(yīng)急方案來(lái)進(jìn)行彌補(bǔ)，確保頂升施工一次成功[3]。

2.5 氣頂升工藝控制

氣壓頂升開始時(shí)，安排檢查小組通過(guò)安全通道進(jìn)入罐內(nèi)檢查拱頂?shù)拿芊狻⑵胶庖约按_認(rèn)拱頂是否與邊緣立柱僅僅只是重力連接。拱頂頂升在現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)理命令下開始進(jìn)行，依次啟動(dòng)4 臺(tái)發(fā)電機(jī)和4臺(tái)風(fēng)機(jī)，在平均速度為100mm/min 的條件下，拱頂需緩慢上升到200mm，將拱頂維持在200mm 的提升標(biāo)高下，檢查平衡壓力、控風(fēng)板開度角，如果拱頂傾斜度大于控制值，需將拱頂維持在當(dāng)時(shí)所處的位置，調(diào)查問(wèn)題因素并采取適當(dāng)措施，以200mm/min 的平均速度，連續(xù)頂升拱頂直至到達(dá)最后5m，以50-60mm/min 的平均速度頂升拱頂，直至到達(dá)在拱頂接觸到承壓圈之前穩(wěn)住拱頂。氣升頂?shù)倪^(guò)程中嚴(yán)格控制頂升速度，防止速度過(guò)大拱頂發(fā)生偏轉(zhuǎn)和傾斜。頂升過(guò)程中通過(guò)測(cè)量系統(tǒng)對(duì)拱頂?shù)捻斏俣群蛢A斜度進(jìn)行測(cè)量從而根據(jù)測(cè)量結(jié)果對(duì)氣壓頂升速度和傾斜度隨時(shí)進(jìn)行調(diào)整。

3 結(jié)語(yǔ)

LNG 罐頂頂升作業(yè)，風(fēng)險(xiǎn)高，難度大，是一項(xiàng)細(xì)致復(fù)雜的工作，只有通過(guò)科學(xué)周密的計(jì)算，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，制定嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)的施工措施計(jì)劃，才能保證施工平穩(wěn)順利。同時(shí)，每次頂升后，應(yīng)進(jìn)行總結(jié)，不斷改進(jìn)完善。隨著國(guó)內(nèi)LNG 產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，以及新材料、新技術(shù)、新設(shè)備的出現(xiàn)，頂升施工技術(shù)會(huì)得到更多的應(yīng)用，并不斷進(jìn)步。