LNG儲罐罐頂拱架吊裝方案研究

段圣杰 張 健

中國成達(dá)工程有限公司 成都 610041

近年來，以“低能耗、低污染、低排放”為基礎(chǔ)的低碳經(jīng)濟(jì)模式全面發(fā)展，液化天然氣由于具有少污染、高熱值、存儲、運(yùn)輸方便及相對較為安全等特點(diǎn)，在經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的重要性也逐漸的突顯出來。LNG存儲行業(yè)也隨之大力發(fā)展。大型LNG儲罐作為LNG接收站的核心設(shè)備，具有施工工藝復(fù)雜、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求高等特點(diǎn)，其罐頂拱架的安裝尤為重要，下面將就拱架網(wǎng)片的吊裝方案進(jìn)行論述。

廣州某LNG應(yīng)急調(diào)峰儲氣庫項(xiàng)目，包括兩臺16萬m3LNG儲罐，剛拱架球面半徑為82m，矢高約為11m，采用96根徑向梁及11圈環(huán)向梁組成，鋼梁采用國家標(biāo)準(zhǔn)熱軋H型鋼，型號為HN350×175×7×11mm，材質(zhì)為Q355NE，拱架頂蒙皮為6mmm厚16MnDR鋼板。剛拱架結(jié)構(gòu)形式見圖1。

圖1 剛拱架布置圖

由于剛拱架整體尺寸較大，現(xiàn)場采用模塊化分片預(yù)制的施工方案。單臺罐剛拱架共分為24片，其中大、小拱架網(wǎng)片各12片。包括蒙皮板在內(nèi)的大片重量為20.5t，小片重量為17.10t，所有網(wǎng)片均在預(yù)制場地完成預(yù)制后由履帶吊車吊入罐內(nèi)進(jìn)行整體拼裝，大網(wǎng)片的結(jié)構(gòu)形式見圖2，小網(wǎng)片的結(jié)構(gòu)形式見圖3。

圖2 大拱架網(wǎng)片形式圖

圖3 小拱架網(wǎng)片形式圖

1 吊裝工藝

大、小拱架網(wǎng)片均在頂部設(shè)置6個吊點(diǎn)，吊耳的位置設(shè)置見圖4，拱架網(wǎng)片從預(yù)制場地吊入罐內(nèi)采用260T履帶吊，鋼絲繩選用φ28-6×37+FC-1670型號，鋼絲繩與吊耳、鋼絲繩與倒鏈之間均通過卡環(huán)連接。吊點(diǎn)的位置設(shè)置要使拱架結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定，避免偏心引起傾斜。

圖4 拱架網(wǎng)片吊點(diǎn)布置圖

吊裝前根據(jù)預(yù)設(shè)鋼絲繩長度，調(diào)整拱頂塊與安裝角度基本吻合，并進(jìn)行試吊，試吊時吊機(jī)緩慢起鉤，速度控制為400mm/min。整個試吊過程中觀察地基的沉降情況和吊索具的承載情況。試吊起升高度離地面約為300mm，靜止3分鐘，若無異常情況即可繼續(xù)吊裝，反之，應(yīng)立即停止吊裝作業(yè)。當(dāng)拱架網(wǎng)片吊至安裝位置上方后，吊機(jī)緩慢落鉤，速度為400mm/min，待拱架網(wǎng)片距安裝支撐上方200mm時停止落鉤。通過預(yù)先設(shè)置的2根麻繩及手拉葫蘆微調(diào)拱頂塊，使拱架網(wǎng)片與安裝角度吻合后緩慢落鉤，安裝拱架網(wǎng)片外端于邊緣支撐上，然后緩慢落鉤將拱架網(wǎng)片內(nèi)端安裝于中心立柱上，重心位置處立柱立于承臺上。拱架網(wǎng)片三端的支撐連接限位均焊接固定，完成整片拱頂塊的安裝和固定，吊機(jī)摘鉤。

履帶吊在吊裝過程中，主臂長度為77m，主臂夾角為71.8°，吊車在環(huán)形走道的位置與儲罐的相對關(guān)系如圖5。

圖5 吊裝示意圖

2 吊裝計(jì)算

2.1 拱架吊裝整體計(jì)算

拱架整體吊裝計(jì)算采用SAP2000有限元軟件進(jìn)行分析，由于大、小拱頂塊吊裝受力相似，本文僅對大拱頂塊進(jìn)行受力分析。在軟件分析中，拱架梁采用框架單元模擬，蒙皮板采用薄殼單元模擬，吊繩采用索單元模擬。具體計(jì)算分析模型見圖6，分析計(jì)算結(jié)果見圖7～9。

圖6 計(jì)算模型簡圖

圖7 節(jié)點(diǎn)反力圖(單位：kN)

圖8 吊繩軸力圖(單位：kN)

圖9 變形圖(單位：mm)

2.2 鋼絲繩安全系數(shù)計(jì)算

從拱架吊裝的整體計(jì)算可知，鋼絲繩的最大拉力為71kN，吊裝鋼絲繩選用φ28-6×37+FC-1670型號，破斷拉力為432kN[1]，鋼絲繩的安全系數(shù)K=432/71=6.08>[K]=6，其中[K]為鋼絲繩的允許安全系數(shù)[2]。

2.3 吊耳計(jì)算

吊裝用的吊耳材質(zhì)為Q345，厚度為20mm，具體尺寸詳見圖10，計(jì)算時采用單根鋼絲繩最大受力值對吊耳進(jìn)行校核。

圖10 吊耳截面示意圖(單位：mm)

(1)對于1-1截面進(jìn)行剪應(yīng)力計(jì)算：

(2)對于2-2截面，垂直于該截面的拉應(yīng)力為

1000=13.06MPa

平行于該截面的剪應(yīng)力為

1000=14.51MPa<[τ]

由于荷載偏心引起的拉應(yīng)力為：

6×1000=43.52MPa

應(yīng)力組合值為：

(3)對于焊縫的驗(yàn)算如下：

吊耳的角焊縫高度為hf=12mm，雙面角焊縫，焊縫單面長度l=200mm。設(shè)計(jì)中按照直角角焊縫強(qiáng)度進(jìn)行驗(yàn)算，其中：

正面角焊縫的計(jì)算值為：

側(cè)面角焊縫的計(jì)算值為：

由于荷載偏心引起的拉應(yīng)力為：

在各種力的綜合作用下，σf和τf共同作用處：

綜上計(jì)算可知，吊耳及焊縫均滿足承載力設(shè)計(jì)要求[3]。

3 結(jié)語

本文對某LNG儲罐拱架結(jié)構(gòu)的預(yù)制化及吊裝方案進(jìn)行了詳細(xì)介紹及完整的設(shè)計(jì)計(jì)算分析，可為國內(nèi)的其他類似 LNG 儲罐工程中拱架吊裝施工提供方案參考。