有效縮短大型LNG全容罐建造周期的可行做法

陳 暉

（中海石油氣電集團有限責任公司，北京 100027）

有效縮短大型LNG全容罐建造周期的可行做法

陳 暉

（中海石油氣電集團有限責任公司，北京 100027）

面對國內(nèi)對LNG清潔能源的迫切需求，LNG接收站的盡早投用會產(chǎn)生較大的社會和經(jīng)濟效益。對于LNG接收站建設中處于關鍵路徑的LNG儲罐，通過科學合理的施工安排，有效縮短工期意義重大。文章通過對世界上大型LNG儲罐施工方案的研究，并結合國內(nèi)LNG儲罐成功建造的實例，從施工工序調(diào)整、交叉施工、施工工藝優(yōu)化及科學施工協(xié)調(diào)等方面對有效縮短大型LNG儲罐建造周期的可行做法進行了分析和論述，認為LNG儲罐施工可以通過科學、客觀的施工管理和資源平衡，實現(xiàn)LNG儲罐低造價、高質(zhì)量和短工期的建造目標。

大型LNG全容罐；建造；工序優(yōu)化；建造周期

0 引言

隨著我國經(jīng)濟和人民生活水平的不斷提高，能源需求增長勢頭強勁，同時，國家為進一步改善能源結構，不斷提高清潔能源供應能力，積極引進LNG來滿足不斷增長的經(jīng)濟民生需求。但由于部分地區(qū)傳統(tǒng)能源的供給不足，已經(jīng)多次引發(fā)氣荒和電荒，為加快解決供求矛盾和環(huán)境污染，各能源企業(yè)紛紛在重點區(qū)域規(guī)劃建設LNG接收站。

無論在LNG接收終端還是LNG液化工廠，LNG儲罐都是其關鍵核心設施。由于大型LNG全容罐在國際上的建造工期通常為33～36個月，因此，在整個站場建造過程中，LNG儲罐的建設處于關鍵路徑上。由于LNG貿(mào)易牽涉面廣，接收站的盡早投入使用就會產(chǎn)生巨大的社會、經(jīng)濟效益。因此，如何在最短的時間內(nèi)實現(xiàn)LNG儲罐的投產(chǎn)，是各個建設單位積極思考和研究的課題。本文為此根據(jù)國內(nèi)外建造經(jīng)驗和實例，分析研究有效縮短LNG儲罐建造工期的可行做法。

1 大型LNG全容罐簡介

目前LNG全容罐是公認主流且相對安全的儲罐，全容式LNG儲罐屬常壓、低溫儲罐，目前是大型LNG接收站主要采用的儲罐罐型，由于其外罐可以承受內(nèi)罐泄漏的LNG及其氣體，不會向外界泄漏，安全防護距離相對較小。一旦發(fā)生事故，對裝置的控制和物料的輸送仍然可以繼續(xù)進行，這種狀況可持續(xù)幾周，直至裝置停車。同時，因設計壓力相對較高，在卸船時可利用罐內(nèi)氣體自身壓力將蒸發(fā)氣返回LNG船艙，省去了將蒸發(fā)氣返回氣鼓風機的投資，并減少了操作費用。

目前LNG全容罐的主流形式為平底雙壁圓柱結構，為帶吊頂式，見圖1。儲罐內(nèi)罐與-162℃低溫的LNG產(chǎn)品直接接觸，一般采用含鎳9%的合金鋼，也可為全鋁、不銹鋼薄膜；外罐為碳鋼或預應力混凝土結構，上有碳鋼拱頂，拱頂下有上覆玻璃纖維毯保冷層的鋁質(zhì)吊頂；內(nèi)外罐之間填充膨脹珍珠巖保溫；罐底在承臺之上一般由保溫泡沫玻璃磚、砂墊層等組成。罐壁無管口，所有管道都由罐頂開孔與罐內(nèi)連通。而日本、我國臺灣地區(qū)由于地震影響較大而導致設計理念不同，結構形式存在明顯差異，主要體現(xiàn)在拱頂/吊頂和保冷系統(tǒng)上，其儲罐不帶吊頂，見圖2。我國自引進LNG起就選擇了歐美規(guī)范來設計建造LNG儲罐，因此，結構形式與歐美沿成一系。

2 大型LNG全容罐的主要施工工序

通常大型LNG全容罐的主要施工工序見圖3，虛線框內(nèi)為土建施工，實線框為安裝施工。

3 有效縮短工期的可行做法

3.1 優(yōu)化施工工序

圖1 帶吊頂?shù)腖NG全容罐示意

圖2 無吊頂?shù)腖NG全容罐示意

圖3 LNG全容罐主要施工工序

大型LNG全容罐的施工主要是外罐土建和內(nèi)罐組裝焊接兩部分，其內(nèi)部工序相互交錯、互相影響。在正常施工工序下，根據(jù)各項目實際情況，可考慮通過以下做法優(yōu)化工序組合，合理銜接，交叉作業(yè)，有效縮短工期，降低成本。

3.1.1 優(yōu)化儲罐基礎土建施工順序

對于不同項目采用的樁基或筏板基礎，應盡早明確樁基、承臺、墻體、底襯施工的區(qū)塊劃分及先后順序，可優(yōu)先施工下道工序急需、能提供必要工作面的區(qū)塊。如要提前進行墻體施工，可從環(huán)向劃分樁基、承臺相應區(qū)塊，先行施工；若以拱頂安裝為優(yōu)先路徑，可從儲罐中心區(qū)域優(yōu)先施工，在機具、人員方面滿足需求，且在大體積混凝土裂縫控制技術有保障的前提下，可以適當擴大承臺分塊的面積。在國外同類項目中，也多有承臺整體澆注的案例，見圖4。

圖4 承臺整體澆注

3.1.2 罐底環(huán)形保冷層提前施工

罐底環(huán)形區(qū)域的保冷層即泡沫玻璃磚、低溫混凝土及二底環(huán)形板、內(nèi)底環(huán)形板可在拱頂升頂前完成安裝，這樣就可以在升頂結束后全面展開內(nèi)罐壁板和TCP（熱角保護板）的安裝工作，見圖5。從安全角度考慮，也可避免高空作業(yè)與保冷層交叉施工的風險。如果要提前進行本項工作，必須在施工前采取必要的防水措施以保護泡沫玻璃磚等保冷材料。

圖5 罐底環(huán)形區(qū)域施工

3.1.3 拱頂安裝順序優(yōu)化

通常，拱頂上的管嘴組裝、焊接完成后，再進行拱頂混凝土鋼筋的綁扎，但由于拱頂接管焊接時間長，管嘴規(guī)格各異，如果等全部接管焊接完成再進行鋼筋綁扎，將直接影響到拱頂混凝土澆注。在可行的條件下，經(jīng)過精細測量和計算，鋼筋綁扎采取先預留接管位置，在完成接管焊接后，再進行鋼筋恢復綁扎的工序。這樣，在接管焊接完成的同時，拱頂鋼筋也完成了綁扎，這就使得拱頂混凝土澆注可以提前1個多月進行，為后續(xù)罐外工程提供了更多的作業(yè)面，見圖6。

圖6 拱頂鋼筋綁扎

3.1.4 拱頂混凝土澆注

拱頂混凝土通常采用保壓、分層、分區(qū)對稱澆注，如通過合理設置施工縫，配備足夠的人員、機具，并通過典型泵送試驗調(diào)整混凝土配合比，內(nèi)罐連續(xù)鼓風保壓，以布料機澆注為主，塔吊吊斗投料補充，這樣可以在短時間內(nèi)連續(xù)作業(yè)完成澆注，在混凝土達到設計規(guī)定的強度后撤掉保壓設備，可最大限度地縮短保壓時間，減少對內(nèi)罐施工的影響。

3.1.5 增加預制工作，減少現(xiàn)場組裝

在具備現(xiàn)場吊裝能力的前提下，將后續(xù)需在罐內(nèi)或罐上組裝的部分組件提前進行地面組對，再運到安裝位置進行組裝、焊接，減少現(xiàn)場安裝工作量，以縮短工期。

例如，TCP（熱角保護板）兩層高5 m，可在罐外進行組裝、焊接，完成無損檢測，直接運到罐內(nèi)進行焊接即可，為內(nèi)罐壁板安裝提供了更寬敞的施工作業(yè)面。再如，抗壓圈、板也可以提前在地面進行焊接組裝，在保證安全的前提下，最大限度地利用現(xiàn)場塔吊的起吊能力，同時為保證氣升頂提前完成打下堅實的基礎。另外，墻體鋼筋也在地面綁扎成網(wǎng)片，再進行吊裝連接，減少高空作業(yè)帶來的安全、質(zhì)量風險。圖7中自上而下依次為鋼筋網(wǎng)片、TCP、抗壓圈板。

圖7 組件預制組裝

拱頂組裝也完全可以在罐外進行，采用 “瓜皮板式”預制拼裝，分24～28片在地面預制骨架，然后進行吊裝、焊接。

3.2 安裝與土建交叉施工

3.2.1 底部襯里板與承臺交叉施工

對儲罐承臺分塊移交、分塊澆注的情況，安裝承包商可根據(jù)土建承包商的分區(qū)移交區(qū)域，分部進行底部襯里板安裝，這樣在儲罐承臺澆注工作后，安裝隊伍就能夠在最短的時間內(nèi)完成底部襯里板的安裝工作，但要注意的是承臺要及時排水和清理，避免積水保留到后期影響保冷質(zhì)量。

3.2.2 拱頂與底板襯里、找平層交叉施工

同樣，在上節(jié)條件下，將傳統(tǒng)上拱頂由外到內(nèi)的安裝順序改為由內(nèi)到外，在底部襯里板和找平層還沒有安裝完工的情況下，就可以開始拱頂?shù)陌惭b工作。但是這也給安全、質(zhì)量控制和施工組織帶來了困難。由于從內(nèi)到外安裝拱頂，使得拱頂處于一個完全孤立的狀態(tài)，周圍沒有任何剛性連接來固定拱頂，拱頂在安裝過程中容易出現(xiàn)移位和倒塌的危險，在現(xiàn)場使用牽拉繩和在立柱間增加剪刀撐來消除這些風險，見圖8。

3.2.3 墻體施工與墻襯里板交叉施工

圖8 拱頂安裝

儲罐墻襯里板通常是在升頂后進行安裝的，利用罐內(nèi)電動葫蘆和吊車吊裝，施工人員在吊籃上高空焊接；或?qū)σr里板在場外預制組裝焊接成超過30 m的帶狀板，用吊車整體吊裝、焊接在墻體上的預埋件上。在國內(nèi)某LNG項目中，上部每層墻體完成施工大約需10 d左右，模板提升前有一周左右的間歇期來進行混凝土養(yǎng)護和表面缺陷修補，如果在這段時間，將墻襯里板分割成墻體高度，利用模板工作平臺進行襯里板安裝，盡管將增加近2 000 m焊縫，但大大增加了安全可靠性，并可減少后期工作量、縮短工期，見圖9。因此，在不影響混凝土墻體澆注關鍵路徑的前提下，且墻體強度達到設計條件，可以考慮將襯里板由一塊切分成多塊。隨著混凝土墻體模板的提升，安裝襯里板，為內(nèi)罐壁板、TCP、保冷施工節(jié)省時間。但要注意的是，焊縫的增加也會增大泄漏的風險，因此在質(zhì)量控制方面有必要進行全面評估。

圖9 墻體襯里板安裝

3.3 設計、施工工藝優(yōu)化

3.3.1 采用高強混凝土

國內(nèi)外某些項目采用高強度 （C50或更高）、自密實混凝土，在滿足儲罐安全設計的基礎上，還在減少墻體厚度、提高生產(chǎn)效率、降低造價、增加結構設計的自由度等方面有優(yōu)勢，可間接縮短建造工期。

3.3.2 自動焊取代手工焊

隨著儲罐大型化的發(fā)展，建造周期隨之加長，需要大量高水平焊工。因此，在大型儲罐的建造中加大采用自動焊的比例將是必然的發(fā)展趨勢。埋弧焊和氣體保護焊是目前在大型儲罐建造中實現(xiàn)焊接自動化采用的最主要的手段。

常用的LNG儲罐焊接方法是用于環(huán)縫及平縫的埋弧自動焊 （SAW）和用于立縫及其他焊縫的手工電弧焊 （SMAW）。雖然手工電弧焊操作靈活、方便，適應性強，可適用于各種位置焊接，對設備要求也很低，但效率較低；埋弧自動焊具有很高的熔敷效率，但多局限于平焊及橫焊位置，因此環(huán)縫多采用埋弧自動焊。目前國外已開發(fā)出具有更高效率的焊接工藝，如藥芯焊絲氣保護焊等，可實現(xiàn)全位置焊接，焊縫無損檢驗合格率更高，焊縫成形較好，有利于保證熱影響區(qū)低溫沖擊性能的穩(wěn)定，熔敷率是手工電弧焊的2～3倍。

3.3.3 內(nèi)罐采用寬幅9%Ni鋼壁板

采用寬幅9%Ni鋼板，目前世界上的大型9%Ni鋼廠能夠生產(chǎn)4.3 m左右的寬幅板，相對于目前常用的2.8～3.5 m寬幅的鋼板，可有效減少焊縫的數(shù)量，節(jié)省費用和焊接工期。另外，也可以考慮在訂購鋼板時，采用差別板幅，即用寬窄不同的鋼板直接進行地面組裝，再分層組對交錯，同時避開了十字焊縫的問題。

3.3.4 利用海水試壓

由于LNG接收站一般建在各類施工設施保障條件不是很充分的區(qū)域，不少項目周邊很難在短時間內(nèi)大量連續(xù)提供每罐近10萬m3的淡水 （以16萬m3儲罐為例），即使能夠提供合格水源，其供水強度也存在問題，考慮這個原因，不少項目都要安排至少一個月的時間進行水壓試驗，但采用海水試壓就可能縮短這一工序的周期。項目臨近海邊，海水供應充足，供水強度也可滿足水壓試驗的要求，然而，海水對9%Ni鋼板的腐蝕問題，成為能否采用海水試壓的主要爭論點。國內(nèi)外諸多項目的實際應用表明，如采取內(nèi)罐加陰極保護裝置、9%Ni鋼板涂漆自保護等措施可有效減少海水的腐蝕，但前提是海水的質(zhì)量要滿足設計和規(guī)范的要求。

3.3.5 自動超聲波 （AUT）取代射線探傷 （RT）

自1986年LNG接收站現(xiàn)場開始商業(yè)應用超聲波進行無損檢測以來，這項技術已經(jīng)逐步在各LNG儲罐項目使用并推廣，并列入如EN 14620、API 620等LNG儲罐設計建造規(guī)范中，其相對于傳統(tǒng)X射線探傷的優(yōu)勢在于以下幾方面：

（1）可相對精確地判別平面型缺陷，方便焊接缺陷的探測和修復。

（2）檢測費用顯著降低。

（3）檢測靈活，速度快，平均檢測速度可達10 m/h以上。

（4）即時、在線檢測，數(shù)字化存儲。

（5）沒有放射危險源，可以同場地進行檢測、焊接，24h連續(xù)作業(yè)，大大節(jié)省內(nèi)罐安裝工期。

AUT技術已經(jīng)在國內(nèi)長輸管道中開始應用，在國內(nèi)的LNG儲罐項目中，還沒有應用AUT的實例，隨著規(guī)范的完善、技術管理人員經(jīng)驗的豐富和設備的更新，會逐步在LNG項目中推廣、應用。

3.4 合理安排，減少冬季施工影響

國內(nèi)北方項目受寒冷氣候影響，可影響2～4個月工期進度，尤其是混凝土結構施工，因此，如何優(yōu)化工序、減少對整體計劃的較大影響成為各北方項目承包商的重點和難點。

國外有部分LNG接收站和液化廠項目，站址接近北極圈，如俄羅斯遠東的薩哈林項目、挪威北部的Snohvit項目等，根據(jù)國外項目的經(jīng)驗，可以考慮進行正常工序的調(diào)整和優(yōu)化，如：

（1）在夏季時，集中力量突擊外罐土建工作。（2）在冬季時，盡可能增加罐內(nèi)工作。

（3）通過大量預制工作，減少現(xiàn)場安裝工作量。（4）將設備、管架整合成模塊，方便安裝。

（5）采用滑模 （數(shù)十臺液壓千斤頂整體抬升墻體模板、腳手架）快速完成墻體混凝土施工。

通過某些工序調(diào)整和優(yōu)化，能夠最大限度地減少冬季低溫對現(xiàn)場施工的影響。

3.5 科學的施工管理協(xié)調(diào)

要達到科學合理壓縮工期的目的，僅僅通過優(yōu)化施工工藝、使用高新設備是不夠的，各參建單位的緊密配合、科學的施工方案和部署也是關鍵，對大型LNG儲罐而言，土建和安裝施工基本上經(jīng)常處于相互交叉的施工狀態(tài)，通過合理調(diào)配工序，雙方緊密配合，將會大大節(jié)省工期和費用，一方的工作處于關鍵路徑，另一方就要全力配合、協(xié)助，安裝單位可以為土建單位提供優(yōu)秀焊工和安裝技術支持，土建單位可以為安裝單位提供吊車、工作平臺、木工等支持。

另外，對于儲罐施工重點、難點的全面理解和最佳方案選擇，也是節(jié)省工期的重要方面。如拱頂澆注、預應力灌漿試驗和9%Ni鋼焊接等都是難點，但通過場外提前進行試驗性施工，不斷調(diào)整和優(yōu)化施工工藝參數(shù)，做好充分的施工準備，在正式施工時，就可以高質(zhì)量地快速銜接和推進。

4 結束語

無論是建設單位，還是施工單位，對于LNG儲罐工程的建設都追求低造價、高質(zhì)量和短工期。合理加快施工進度、縮短施工工期，是市場經(jīng)濟對參建單位的要求，也是提高經(jīng)濟效益和社會效益的有效途徑。

總之，針對項目特點，參建各方只有學習、總結不同LNG儲罐項目的實施經(jīng)驗，積極創(chuàng)新，并通過確定科學的施工工序，遵守客觀、科學的工藝流程，考慮滿足資源平衡、工藝間隔、保證質(zhì)量、安全操作、施工機械和季節(jié)影響的要求，做到快速、有序、均衡施工，才能有效縮短大型LNG全容罐的建造周期。

[1]EN 14620-2006，Design and manufacture of site built,vertical, cylindrical,flat-bottomed steel tanks for the storage of refrigerated,l iquefied gases with operating temperatures between 0℃and-165℃[S].

[2]JGA-2002指-108-02，LNG地上儲罐指南[S].

[3]JGA-2002指-107-02，LNG地下儲罐指南[S].

[4]歐向東，段光興.自動焊在大型儲罐建造中的應用[J].化工建設工程，2002，24（5）：22-24.

[5]黃淑女，王作乾.大型LNG儲罐中9%Ni鋼的焊接施工[J].石油工程建設，2010，（5）：62-63.

Feasible Practice of Effectively Shortening Construction Period of Large Full Containment LNG Tanks

CHEN Hui（CNOOC Gas&Power Group Ltd.,Beijing 100027， China）

Facing domestic urgent need for clean energy LNG,the sooner LNG receiving terminal is put into use,the greater social and economic benefits will be.Effectively shortening the construction period of LNG tank,that is the critical part in construction of LNG terminal,is significant.Through research on construction program of large full containment LNG tanks worldwide and combined with domestic success construction examples,feasible practice of effectively shortening construction period of full containment LNG tank is analyzed and discussed from aspects of adjustment of construction procedures,cross-construction,optimization of construction process and scientific coordination of construction.It is assumed that the target of low cost,high quality and short period of the construction of full containmentLNG tank can be realized by scientific and objective management as well as resources balancing.

large full containment LNG tank;construction;work procedure optimization;construction period

10.3969/j.issn.1001-2206.2012.05.006

陳 暉 （1977-），男，山東膠州人，工程師，2003年畢業(yè)于中國海洋大學，碩士，主要從事LNG技術管理工作。

2011-08-24