超低溫LNG儲(chǔ)罐內(nèi)罐鋼穹頂氣頂升施工技術(shù)

王宇 周凈 王震宇

中國建筑一局（集團(tuán)）有限公司 北京 100161

1 氣頂升概況

大型LNG儲(chǔ)罐穹頂氣頂升考驗(yàn)的是施工單位整體組織、協(xié)調(diào)能力，以及對(duì)整體現(xiàn)場管控能力、后勤保障能力；需要施工單位現(xiàn)場所有職能部門的通力協(xié)作才能夠順利完成。

溫州液化天然氣（LNG）接收站項(xiàng)目接收站工程兩臺(tái)200000m3LNG儲(chǔ)罐，外罐幾何尺寸滿足設(shè)計(jì)要求，第十二層混凝土強(qiáng)度已達(dá)到氣頂升要求，穹頂、鋁吊頂組焊驗(yàn)收合格，各吊耳、焊接錨固點(diǎn)等固定件強(qiáng)度復(fù)核完成，具備穹頂氣頂升條件[1]。

外罐為預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，內(nèi)罐為06Ni9DR低溫鋼結(jié)構(gòu)，外罐頂為自支撐的拱頂結(jié)構(gòu)，內(nèi)罐的鋁制吊頂用不銹鋼吊桿懸吊在拱頂上。儲(chǔ)罐混凝土罐壁內(nèi)直徑88m，穹頂結(jié)構(gòu)跨度87.62m，高13.675m，氣頂升上升高度約為39.703m。穹頂上共安裝131個(gè)接管，由于接管分布不均勻，為避免穹頂重心偏移，用鋼筋做平衡配重，保證對(duì)稱的兩個(gè)區(qū)域力矩相等，從而保證整個(gè)穹頂重心不發(fā)生偏移。3臺(tái)電動(dòng)葫蘆成120°角均布于內(nèi)軌道梁之上。經(jīng)過計(jì)算本次氣頂升的穹頂理論重量約為866.6t，頂升截面面積6079m2。

2 工法特點(diǎn)

工藝新穎、安全性高：創(chuàng)新了一種穹頂氣頂升施工系統(tǒng)，該系統(tǒng)由平衡系統(tǒng)、密封系統(tǒng)、鼓風(fēng)系統(tǒng)、固定系統(tǒng)、測(cè)量與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)五大系統(tǒng)組成，能夠有效保證施工質(zhì)量，安全可靠。

同步施工、節(jié)約工期：實(shí)現(xiàn)了外罐與鋼穹頂預(yù)制、鋁吊頂安裝、鋼穹頂接管等同步施工，可有效縮短工期。

操作簡便、經(jīng)濟(jì)性好：鋼穹頂?shù)臍忭斏到y(tǒng)采用的材料、設(shè)備較為常見，操作簡便，經(jīng)濟(jì)效益良好。

3 施工工藝流程及操作要點(diǎn)

3.1 氣頂升前置工作

3.1.1 在外面罐底板工程施工環(huán)節(jié)，鋼穹頂開展分片預(yù)制構(gòu)件，外罐罐壁工程施工至第四帶，即模版提高至第四帶使罐內(nèi)壁底部騰出空間，以利于安裝鋼穹頂邊沿柱及核心支撐架。

鋼穹頂按圖進(jìn)行預(yù)制構(gòu)件，分片吊裝至罐內(nèi)放置于核心支撐架及邊沿柱頂固定不動(dòng)，全部吊裝進(jìn)行后開展組對(duì)電焊焊接成總體。以上工作中進(jìn)行后，外罐壁再次工程施工至頂部承壓環(huán)部位，運(yùn)用外罐壁工程施工時(shí)間進(jìn)行鋁吊頂安裝等工作中。

3.1.2 外罐罐壁工程施工至檐梁部位安裝抗壓環(huán)，抗壓環(huán)系用以鋼穹頂頂升就位后與鋼穹頂開展電焊焊接固定不動(dòng)。

3.2 鋼穹頂氣頂升準(zhǔn)備工作中

均衡系統(tǒng)軟件安裝。①均衡系統(tǒng)軟件關(guān)鍵目的是通過鋼絲繩連接底部鎖架與對(duì)向頂部T型架，具有固定不動(dòng)效果，確保鋼穹頂在頂升全過程中可以確保平穩(wěn)，不偏位。②底部鎖架：在罐內(nèi)壁首帶埋件部位，應(yīng)用12mm厚厚鋼板電焊焊接在襯板環(huán)向預(yù)埋件上構(gòu)成錨點(diǎn)。③T型架的安裝部位，將T型架組焊到承壓環(huán)斜向板上，T型架的型鋼立桿與承壓環(huán)斜向板觸碰的位置均要電焊焊接，焊角相對(duì)高度不低于8mm；T型架電焊焊接完后安裝斜拉筋（13組T型架用斜拉筋，均勻分布），斜拉筋為角鋼；T型架及斜拉筋電焊焊接后都要開展100%外形查驗(yàn)，T型架與承壓環(huán)斜向板的焊縫做100%PT檢驗(yàn)。④從頂部T型架的外端學(xué)會(huì)放下線墜，在蒙皮板上相匹配部位開一個(gè)Φ30×100的長圓孔，蒙皮板下方為薄厚8mm、100×300的橡膠板，應(yīng)用密封膠將二者連接，防水套管焊角相對(duì)高度為3mm，防水套管外沿外擴(kuò)呈喇叭形，避免割傷鋼絲繩。⑤從上向下安裝均衡鋼絲繩，留意在越過蒙皮板時(shí)維護(hù)防水套管；鋼絲繩越過蒙皮板前，可以運(yùn)用線墜和厚鋼板尺等專用工具精準(zhǔn)定位，安裝坐落于軌道梁上的滑輪組。⑥安裝均衡鋼絲繩，先后越過第一組滑輪組對(duì)面滑輪組，最后固定不動(dòng)到底部鎖架上。⑦為防止均衡鋼絲繩下沉、纏繞，在鋁吊頂核心安裝一個(gè)均衡鋼絲繩的托架；核心與罐核心重疊，半徑R=2.5m；托架立桿底部采用維護(hù)對(duì)策，防止立即與鋁板觸碰。⑧鋼絲繩全部固定不動(dòng)結(jié)束后應(yīng)用抗拉力計(jì)和倒鏈對(duì)稱性安裝均衡鋼絲繩，氣頂升前一天開展鋼絲繩預(yù)緊，將鋼絲繩的原始抗拉力調(diào)節(jié)為9000N（張拉時(shí)調(diào)節(jié)到15kN，經(jīng)鋼絲繩12h回彈至9kN），各自在0°、90°、180°、270°順時(shí)針方向第一根鋼絲繩部位上各自安裝1個(gè)抗拉力計(jì)，有利于氣頂升期間測(cè)量鋼絲繩抗拉力。⑨均衡配重。

3.2.1 穹頂均衡配重測(cè)算表。由于鋼穹頂頂部帶有防水套管、埋件等構(gòu)件而且遍布不勻稱，造成穹頂各點(diǎn)位重量遍布不均勻，使頂升發(fā)生偏位、滑移、扭轉(zhuǎn)等狀況，因而需提升相對(duì)應(yīng)配重，用以均衡各點(diǎn)位重量，配重選用建筑鋼筋和沙包，建筑鋼筋為主導(dǎo)配重；

3.2.2 鼓風(fēng)系統(tǒng)軟件安裝。風(fēng)機(jī)布局及安裝調(diào)節(jié)：全部氣頂升全過程中，以發(fā)電機(jī)組為主導(dǎo)開關(guān)電源開展,與此同時(shí)4強(qiáng)臺(tái)風(fēng)機(jī)連接現(xiàn)場工程施工用電量網(wǎng)。所應(yīng)用的轉(zhuǎn)換開關(guān)具有全自動(dòng)轉(zhuǎn)換的作用，此舉是為了防止發(fā)電機(jī)組出現(xiàn)意外終止工作中產(chǎn)生的影響[2]。

3.2.3 密封性系統(tǒng)軟件安裝。①安裝主密封性板（鍍鋅鐵皮），主密封性板之間搭接量為100mm，用臨時(shí)工裝（龍門板、楔子）固定不動(dòng)在蒙皮板下表層，安裝進(jìn)行后避免楔子松動(dòng)，將楔子點(diǎn)固焊在龍門板上。②逐件安裝密封性板，確保密封性板之間是密切連接且搭接量達(dá)到規(guī)定。③密封性板安裝進(jìn)行后，用密封性膠布封住密封件之間的間隙，避免漏風(fēng)。④主密封性板安裝進(jìn)行后，開始安裝輔助密封性，即鋁箔玻璃布。輔助密封性總寬為360mm，與主密封性搭接尺寸為160mm。⑤穹頂防水套管封堵。a.由于穹頂在接手、防水套管安裝后再開展氣頂升，對(duì)于有防水套管的，氣頂升前安裝防水套管，防水套管設(shè)計(jì)標(biāo)高應(yīng)預(yù)埋50～100mm。b.對(duì)于無防水套管、而且不影響后面罐頂加工工藝配管的液位計(jì)、溫度計(jì)、感應(yīng)器、變送器、換置管、真空泵閥、珍珠巖填充口、抽樣管等管路，氣頂升前安裝宣布法蘭。c.全部與空氣聯(lián)通的防水套管或是接手法蘭均應(yīng)在頂升前選用盲板或盲法蘭封堵。⑥尺寸門洞封閉式。a.罐內(nèi)密封性系統(tǒng)軟件及均衡系統(tǒng)軟件零配件全部制作進(jìn)行后開始大小門洞封閉式的預(yù)制構(gòu)件工作中。b.尺寸門洞密封性的預(yù)制構(gòu)件及安裝按照規(guī)定開展。c.尺寸門洞密封性板與埋件之間開展電焊焊接，電焊焊接選用斷續(xù)焊，焊100mm隔300mm。

3.3 鋼穹頂預(yù)頂升

3.3.1 預(yù)氣頂升的目的是為了檢查氣頂升各系統(tǒng)的可靠性，穹頂是否不受臨時(shí)支柱的約束，穹頂重心是否穩(wěn)定，穹頂?shù)乃蕉仁欠裨诳煽胤秶畠?nèi)（平衡鋼絲繩預(yù)緊力9000N，穹頂水平度應(yīng)在150mm以內(nèi)）。

3.3.2 人員進(jìn)罐主要檢查密封情況；檢查人員佩戴頭燈，提前從太空艙進(jìn)入罐內(nèi)待命。在預(yù)氣頂升開始時(shí)，在組長的指揮下進(jìn)行檢查。第一，檢查密封是否有大的漏氣點(diǎn)，檢查密封跟混凝土內(nèi)罐壁的貼合情況，檢查密封本身在上升過程中有沒有褶皺、損壞；第二，檢查鋼絲繩、滑輪組的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，有無異常；第三，若一切正常，檢查組人員在預(yù)氣頂升結(jié)束后出罐。

3.3.3 切換風(fēng)機(jī)，測(cè)試風(fēng)機(jī)關(guān)閉到啟動(dòng)及備用風(fēng)機(jī)調(diào)試是否順暢，并檢測(cè)風(fēng)機(jī)從發(fā)電機(jī)發(fā)電切換至市電，是否順暢。

3.4 鋼穹頂正式頂升

①再次檢查確認(rèn)所有的設(shè)備和人員就位情況。②確認(rèn)鼓風(fēng)機(jī)及電源在正常工作狀態(tài)。③啟動(dòng)1#、2#鼓風(fēng)機(jī)，慢慢增加風(fēng)量達(dá)到壓力升起穹頂。④通過無線測(cè)量傳感器收集四個(gè)位置的數(shù)據(jù)，判斷穹頂上升時(shí)是否平衡，每隔5min進(jìn)行一次數(shù)據(jù)分析，編制專門的氣頂升數(shù)據(jù)記錄表。a.現(xiàn)場通過電腦連接使用4個(gè)激光測(cè)距儀進(jìn)行測(cè)量，測(cè)距儀分別布置在4個(gè)方位，通過發(fā)射和接收激光信號(hào)來測(cè)量穹頂上升高度。b.使用提前編輯好的應(yīng)用程序可自動(dòng)完成測(cè)量過程及結(jié)果匯總。⑤繼續(xù)增加壓力，監(jiān)控穹頂?shù)纳仙闆r，同時(shí)檢查確認(rèn)26根導(dǎo)向鋼絲繩工作正常。⑥繼續(xù)增加壓力，并根據(jù)測(cè)量組計(jì)算的穹頂上升速度，確認(rèn)穹頂一直保持在平衡狀態(tài)。⑦保持一定壓力，使穹頂上升速度控制在200-450mm/min。⑧若一處密封失效，穹頂繼續(xù)保持氣頂升，氣頂升總指揮下令，啟動(dòng)備用鼓風(fēng)機(jī)，增加風(fēng)量彌補(bǔ)密封失效造成的風(fēng)量損失。⑨當(dāng)穹頂距承壓環(huán)還有3m時(shí)，降低風(fēng)壓，保證穹頂上升速度控制在200mm/min之內(nèi)，并時(shí)刻監(jiān)視承壓環(huán)上四個(gè)方位的中心線與穹頂上4個(gè)方位中心線的偏移量，控制在10mm以內(nèi)。⑩穩(wěn)壓直到穹頂升到最高；在穹頂蒙皮板貼緊承壓環(huán)后，保證壓力維持在115mm水柱以上，極限壓力不得大于200mm水柱。?整個(gè)氣頂升過程中，以發(fā)電機(jī)為主電源進(jìn)行。為保證整個(gè)過程的連續(xù)性，配備足夠數(shù)量的柴油，且風(fēng)機(jī)須接入現(xiàn)場施工用電，轉(zhuǎn)換開關(guān)具備自動(dòng)切換功能，避免油料不足帶來的問題。?氣頂升期間設(shè)置一臺(tái)備用風(fēng)機(jī)，若工作中其中一臺(tái)出現(xiàn)故障，關(guān)閉該風(fēng)機(jī)及風(fēng)門，啟動(dòng)備用風(fēng)機(jī)，補(bǔ)償氣量損失。?過程中如果罐內(nèi)壓力過大，穹頂上升速度過快，則需要通過打開泄壓閥門或者減小風(fēng)機(jī)進(jìn)氣量來調(diào)節(jié)。?若所有鼓風(fēng)機(jī)不能補(bǔ)償風(fēng)量致使穹頂下降，在這種危險(xiǎn)狀況下，立即關(guān)閉所有泄壓孔，使穹頂減緩下降速度至最低，與此同時(shí)，第一時(shí)間恢復(fù)所有鼓風(fēng)機(jī)正常工作。?穹頂與承壓環(huán)緊密接觸后，固定組人員開始進(jìn)行穹頂與承壓環(huán)的組焊工作。?穹頂與承壓環(huán)焊接完成后緩慢釋放罐內(nèi)壓力，并逐個(gè)關(guān)停風(fēng)機(jī)，泄壓過程中嚴(yán)禁突然放壓使罐內(nèi)形成負(fù)壓。

3.5 穹頂就位固定

3.5.1 臨時(shí)性固定不動(dòng)件的遍布。穹頂頂升及時(shí)后，在每條徑向梁上電焊焊接1個(gè)L型板（δ=12mm），單臺(tái)罐共計(jì)104個(gè)；蒙皮板與承壓環(huán)有空隙的位置，選用長楔子、千斤頂開展調(diào)節(jié)；固定不動(dòng)穹頂用楔子全部均布到承壓環(huán)上，以便捷穹頂升到部位后快速開展固定不動(dòng)與電焊焊接。

3.5.2 穹頂板固定不動(dòng)。

（1）穹頂頂升到間距罐頂也有10m時(shí)，固定不動(dòng)組工作人員開始陸續(xù)分次上罐，每批工作人員不可超出6人，抵達(dá)特定部位后，再度查驗(yàn)固定不動(dòng)所應(yīng)用的工機(jī)具狀況，待穹頂與承壓環(huán)斜向板觸碰后，通過提早電焊焊接在徑向梁上的L型板，穿楔子固定不動(dòng)并卡緊。

（2）卡緊后焊工開始電焊焊接，以徑向梁為核心，兩側(cè)最少電焊焊接650mm。焊縫務(wù)必電焊焊接兩層，焊角相對(duì)高度不可低于6mm。

（3）若蒙皮板與承壓環(huán)觸碰不勻稱，空隙過大的地方應(yīng)用長楔子、千斤頂開展調(diào)節(jié)。

（4）罐內(nèi)的承壓環(huán)豎向板與104根徑向梁電焊焊接進(jìn)行后再拆卸L型板，徑向梁上固定不動(dòng)板切除后的位置開展負(fù)壓值不小于53KPa的真空泵試漏，以確保鋼穹頂?shù)膰?yán)實(shí)性合乎規(guī)定[3]。

4 結(jié)束語

隨著國家建筑產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)代化，綠色建筑理念也越來越受到重視。在這種情況下，一種新的工法應(yīng)運(yùn)而生，它積極響應(yīng)國家的建筑現(xiàn)代化和綠色建筑理念，被廣泛應(yīng)用于大型低溫儲(chǔ)罐建設(shè)中。這種工法探索了節(jié)材、節(jié)能、高效安全的施工工藝和方法，取得了良好的社會(huì)效益。這種工法的最大優(yōu)勢(shì)是能夠有效解決大型低溫儲(chǔ)罐的頂升難題。在以往的建設(shè)中，大噸位、大直徑鋼穹頂?shù)捻斏恢笔且粋€(gè)難題，不僅施工難度大，而且安全風(fēng)險(xiǎn)高。但是，這種新的工法通過獨(dú)特的設(shè)計(jì)和施工方法，有效地解決了這個(gè)問題。這種新的工法在大型低溫儲(chǔ)罐建設(shè)中得到了廣泛應(yīng)用，為國家的建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化和綠色建筑理念的推廣做出了積極的貢獻(xiàn)。它不僅解決了傳統(tǒng)建設(shè)中的難題，而且提高了建設(shè)的效率和安全性，具有很高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。