關于通風降溫系統在LNG 儲罐中的應用

許東來

（中國建筑第二工程局有限公司核電建設分公司，廣東 深圳 518034）

0 前言

我國能源問題越來越突出，為滿足低碳經濟及可持續發展的需求。根據“十二五”規劃綱要明確提出的建立以節約優先、立足國內、多元發展、保護環境的現代能源產業體系。因此，近幾年，我國大力推廣LNG 產業，使國內LNG 產業迅猛發展。

1 罐壁施工難點

（1）混凝土儲罐的制作材料是低溫環境混凝土，在制作是應保證混凝土的溫度保持在零下40℃以下，但不得低于零下190℃，而且應保證混凝土的性能不會因低溫環境而受損。在制作混凝土時，應在其原料當中加入粒化高爐礦渣粉和硅粉。為避免混凝土產生表面裂縫，必須合理控制混凝土水化熱溫升。

（2）混凝土強度等級、抗凍融等級高，單方水泥用量大，產生水化熱多[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距較遠，坍落度損失大。

（4）施工季節一般為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 儲罐罐壁施工主要控溫技術措施

2.1 配合比原材料選擇控制

混凝土制備應依據設計下發《技術規格書-混凝土》規定執行。通過減少水泥用量，降低水灰比，延緩凝結時間等措施控制混凝土水化熱的產出量。LNG 儲罐罐壁施工環節所用混凝土制作原材料與配合比如表1 所示。

2.2 攪拌站混凝土出機溫度及入模溫度控制

經過查詢，項目歷年5—7 月月平均氣溫分別為21℃、24℃、27℃。

（1）混凝土攪拌時，出機溫度按不大于30℃控制。若攪拌站所在地區的氣溫高于30℃，則攪拌混凝土的工作人員可采取加入冰屑方式進行降溫調整，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，以物理遮陽手段避免砂石處于高溫狀態。采用良好的遮陽措施，對粗細骨料在料場全密封棚內存儲，讓粗細骨料在存儲期間保持溫度穩定。

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

（4）在混凝土入模前，采用冷水對鋼筋、模板進行沖洗且不應存留積水，加速模內熱量的散發。

（5）避開高溫時段澆筑，比如澆筑開始時間可安排在下午4點以后進行以減少環境溫度對混凝土入模溫度影響。

（6）混凝土入模前應現場測試入模溫度，隨機抽取次數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[2]。

（7）優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化，確保罐壁低溫混凝土混凝土的施工質量。

3 通風降溫系統的應用

3.1 工作原理

混凝土內部和表面之間的溫差，是產生溫度應力的主要原因，而溫度應力則是造成混凝土裂縫的“元兇”。當混凝土表面和內部的溫度差大于25℃時，其表面十分容易出現裂縫。而低溫混凝土的澆筑時間與其溫度升高速度有直接聯系，在完成澆筑的72h 之內，混凝土的溫度可達到最高點?；诖?，我們可基于低溫混凝土的升溫變化特點，做好通風和溫差控制工作。采用鼓風機對混凝土結構內部預埋的環向、縱向預應力金屬波紋管進行通風，然后基于流動風帶走因混凝土凝結硬化過程而產生的部分熱量，從而達到減小混凝土結構里表溫差的目的[3]。

3.2 通風降溫系統工藝

通風降溫系統工藝如圖1 所示。

圖1 通風降溫系統工藝

3.3 通風降溫系統的設計及構成

3.3.1 主要設備及材料

鼓風機（2.2kW）、風速儀、自動測溫儀、PVC 管φ110 環向、豎向主通風管、金屬波紋管φ100（混凝土內通風管）、φ100 軟連接、PVCφ110 三通（加設鼓風機及通風主干管與混凝土內通風管連接）、PVCφ110 彎頭等。

3.3.2 通風降溫系統的布設

（1）豎向通風設置。在預埋的128 根豎向預應力金屬波紋管相應位置設置環圈通風主干管與墻體內的金屬波紋管連接，并在承臺下扶壁柱位置設8 臺鼓風機（每個扶壁柱2 臺，根據實際風速調整）進行通風降溫。

（2）環向通風設置。在扶壁柱位置設置4 臺鼓風機（每個扶壁柱位置一臺根據實際風速調整）。鼓風機連接PVC110 主干管，在主干管上利用PVCφ110×50 變徑三通與PPRφ50 管連接，PVCφ50 管與預應力錨座連接（錨座上封的模板用電轉開φ50孔），錨座與預應力波紋管連接。

3.3.3 通風降溫系溫系統通風要求

在降溫系統安裝完畢后進行試運轉，并利用風速儀測風速達到設計要求（風速控制在5~8m/s，詳見計算書），如風速過大則在干管上開孔來控制風速，如風過小則增加鼓風機數量。同時，在混凝土澆筑完畢初凝后進行持續通風降溫，通風3d 時間，安排專職人員每4h 監控風速并做好記錄。

3.3.4 測溫系統安裝

利用預埋鋼筋在4 個扶壁柱之間的墻體上設置2 個測溫點（墻體中心點側面離墻外表面100mm、墻體中心點位置盡量靠近金屬波紋管布設）。每個扶壁柱位置設置2 個測溫點（扶壁柱中心點外側離外表面100mm、扶壁柱中心點位置）。每個測溫點按墻體中心溫度、墻體邊緣區溫度（離外墻皮100mm）測溫、表面溫度進行布設形成測溫記錄。

3.3.5 測溫與養護

安排專職人員在混凝土澆筑完畢通風系統啟動后便開始測溫，每4h 監測一次并做好測溫記錄，并在混凝土澆筑完畢終凝后墻頂進行濕養護，在模板提升后墻面及時刷養護液。

4 通風降溫系統的實例應用效果

4.1 通風降溫系統實例

某16 萬立方米儲罐首層采取通風降溫系統后的測溫實測數據顯示，此時距鼓風機進口處風速5.2m/s、溫度約33℃；距風機出口處風速3.7m/s、溫度約36.1℃。而波紋管扶壁柱的風速與溫度實測數據則如表2 所示。

表2 環向波紋管扶壁柱實測風速及溫度監測

4.2 裂縫統計

根據以往施工經驗，16 萬立方米儲罐首層施工拆模后的裂縫數量在190 條左右。在使用通風降溫系統后，拆模后裂縫統計為114 條。而根據測溫結果及裂紋統計結果顯示，通風降溫系統的應用降低了混凝土內部溫度的峰值，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，降低了裂縫的產生的概率；更通過波紋管的通風，帶走一部分水化熱產生的熱量，既降低混凝土內部溫度，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 通風降溫系統降溫實際效果計算

根據本工程預埋通風管道設置和CX125 型2200W 鼓風機參數可知，主管管徑100mm，通風流量35m3/min，墻體半徑41.4m，共8 排環向金屬波紋管共計約1040m，單根130m。在加風壓管道鼓風作用下，單根通風管排完預埋在混凝土中的風管容量空氣需時間為：

4.3.1 通風管容量計算

本墻體半徑41.4m，共8 排環向金屬波紋管共計約1040m，單根130m，計算如下：

風管風容量：

風管風重量：

4.3.2 風管帶走熱量Q吸

其中：C1——空氣的比熱容取1.0×103J/kg·℃；

4.3.3 可降溫范圍內混凝土質量M2

金屬波紋管風降溫的輻射直徑為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·℃。

經驗算在加壓風管道鼓風機作用下，主管排完預埋在混凝土中的循環空氣管容量空氣需時間為7s。由此可得通風每小時降溫T=0.00196×3600/7=1.01℃。在應用這一通風降溫系統以后，（51-25）/1.01=25.74h 之內，混凝土的內部溫度可控性將增強，其與混凝土表面之間的溫度差距也會小于25℃。

5 結論

總而言之，通風降溫系統在LNG 儲罐中的應用，將有效增強儲罐控溫效果，可以降低LNG 儲罐罐壁裂縫的發生概率。在LNG 產業中推廣通風降溫系統，可進一步提升LNG 儲罐的使用安全性和耐久性，還能增強罐壁維護工程的經濟性，十分有助于提升LNG 儲罐的實用價值。