22 萬m3薄膜罐拱頂安裝技術(shù)措施

李金城張曉光

1.中國石油天然氣第六建設(shè)有限公司 廣西桂林 541000；2.中國寰球工程有限公司 北京 110000

1 薄膜罐概況

北京燃?xì)馓旖蚰细跮NG 應(yīng)急儲備項(xiàng)目儲罐一階段EPC 工程包括2 臺22 萬m3薄膜儲罐安裝，薄膜型的LNG 儲罐是一種新型的儲罐，目前國內(nèi)尚未開始應(yīng)用。薄膜型儲罐的穹頂結(jié)構(gòu)由材質(zhì)Q355D 型鋼、16MnDR 鋼板、鋁吊頂、吊桿、罐頂接管及單軌吊車梁組成。與9%Ni儲罐不同，薄膜罐外罐混凝土內(nèi)表面為56 邊形且沒有襯板預(yù)埋件，內(nèi)罐標(biāo)高EL+5.2m 熱角保護(hù)預(yù)埋件由56 塊直邊鋼板及56 塊173.6°折角邊鋼板組成，且每塊預(yù)埋件上有相應(yīng)的錨栓，在部分直邊鋼板上需要開孔連接不銹鋼氮?dú)夤芫€。其罐內(nèi)壁主要由絕緣填充層內(nèi)、二級薄膜及一級波狀薄膜構(gòu)成。

2 拱頂參數(shù)

拱頂主要由拱頂梁及頂板組成，將拱頂分成28 塊，其中最重的拱頂塊重約28t，在預(yù)制胎具預(yù)制成型吊入罐內(nèi)進(jìn)行組裝，因拱頂塊跨度約43m 長，撓度大，重量重，為了保證拱形要求，必須要通過設(shè)計(jì)邊緣支撐、中間支撐及中心支撐來維持這個(gè)拱度及承重。因穹頂重約900t，采用非常規(guī)方法（充氣頂升）進(jìn)行安裝。

3 拱頂安裝流程

拱頂安裝流程：拱頂塊地面預(yù)制存放→邊緣支撐固定預(yù)埋件安裝→拱頂邊緣、中間、中心支撐預(yù)制安裝→拱頂塊吊裝就位組裝→氣頂升。

3.1 拱頂塊地面預(yù)制存放

（1）根據(jù)施工現(xiàn)場需要制作若干個(gè)預(yù)制胎具，拱頂結(jié)構(gòu)梁需要在現(xiàn)場組對，另外頂板需要現(xiàn)場進(jìn)行下料預(yù)制。拱頂塊主要包含徑向主梁、環(huán)向次梁及風(fēng)撐。

（2）組焊主梁。因主梁均由4 段組裝而成，所以為控制焊接變形應(yīng)先焊接主梁。

（3）焊接次梁。按件號選好次梁并安放到拱頂塊相應(yīng)的環(huán)上，位置無誤后進(jìn)行焊接，焊接時(shí)應(yīng)遵循焊工均布、先焊翼板后焊腹板的順序，盡可能減小變形。焊接工藝參數(shù)應(yīng)按照焊接工藝指導(dǎo)書進(jìn)行焊接，進(jìn)一步減小變形。

（4）安裝頂板。頂板到貨現(xiàn)場驗(yàn)收合格后，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙尺寸下料預(yù)制，安裝時(shí)應(yīng)按已標(biāo)識的件號進(jìn)行安裝，之后先均勻焊接仰焊縫，再焊接平焊縫。因?yàn)槠胶缚p為連續(xù)焊縫，所以焊接必須由下到上進(jìn)行跳焊，間距超過300mm 且跳焊長度及距離保持均勻。

（5）罐頂分塊移位存放。因?yàn)轭A(yù)制胎具有限，而1 臺儲罐拱頂塊共有28 塊，所以必須把預(yù)制好的移位到存放胎具上。一個(gè)儲罐需預(yù)制8 個(gè)存放胎具。存放胎具地面需要進(jìn)行壓平、壓實(shí)處理。

3.2 邊緣支撐固定預(yù)埋件設(shè)計(jì)及安裝

（1）基于薄膜罐內(nèi)部結(jié)構(gòu)與9%Ni 罐不同，沒有混凝土外罐罐內(nèi)及罐底襯板，即缺少這部分預(yù)埋件，導(dǎo)致薄膜罐邊緣支撐無法固定，經(jīng)與設(shè)計(jì)多次溝通，由現(xiàn)場施工根據(jù)實(shí)際情況制定解決措施，根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)及22 萬m3薄膜罐56 邊形的結(jié)構(gòu)特征，邊緣支撐固定預(yù)埋件優(yōu)化設(shè)計(jì)詳圖如圖1 所示。

圖1 預(yù)埋件詳圖

（2）因22 萬m3薄膜罐56 邊形每邊長4871mm，考慮邊緣支撐的尺寸及氣頂升等因素，設(shè)計(jì)預(yù)埋件見上圖1詳圖，每塊預(yù)埋件之間中心標(biāo)高一致，安裝時(shí)預(yù)埋件表面要與混凝土罐內(nèi)表面相平，預(yù)埋件安裝過程無特殊要求、耗材少、施工簡單、安全系數(shù)高、對薄膜罐后續(xù)工序無任何影響，經(jīng)設(shè)計(jì)核算完全滿足拱頂邊緣支撐固定結(jié)構(gòu)安全使用要求。

3.3 拱頂邊緣、中間、中心支撐預(yù)制安裝

（1）因拱頂塊跨度約43m 長，撓度大，數(shù)量多，重量重，為了保證拱形要求，必須要通過設(shè)計(jì)邊緣支撐、中間支撐及中心支撐來維持這個(gè)拱度及承重。下面主要以拱頂邊緣支撐優(yōu)化預(yù)制安裝進(jìn)行闡述。

（2）22 萬m3薄膜罐拱頂分28 塊112 根徑向梁，分布對稱均勻，受力均衡；20 萬m39%Ni 儲罐拱頂分27 塊108 根徑向梁，分布不對稱，受力不均衡。薄膜儲罐鋁吊頂高度低于9%Ni 儲罐將近1000mm。介于以上薄膜罐邊緣支撐詳圖如圖2 所示，9%Ni 罐邊緣支撐詳圖如圖3 所示。

圖2 薄膜罐邊緣支撐詳圖

圖3 9%Ni 罐邊緣支撐詳圖

（3）比較薄膜罐邊緣支撐詳圖與9%Ni 罐邊緣支撐詳圖：22 萬m3薄膜罐需邊緣支撐112 個(gè)，橫撐112 個(gè)，如上圖2 所示，無需連接臨時(shí)構(gòu)件。20 萬m39%Ni 罐需邊緣支撐108 個(gè)，橫撐108 個(gè)，如上圖3 所示，需108 個(gè)連接臨時(shí)構(gòu)件（由型鋼下料、預(yù)制、滿焊在108 根拱頂徑向梁上）。經(jīng)優(yōu)化后的一臺22 萬m3薄膜罐邊緣支撐相比于20萬m39%Ni 罐從材料上可以節(jié)省：鋼管約150m、焊材108kg、鋼板4.5 m2、型鋼21.6m。基于鋼管或型材越長撓度越大、剛度越小、強(qiáng)度也越小，安全穩(wěn)定性也就越小，即22 萬m3薄膜罐邊緣支撐較20 萬m39%Ni 罐結(jié)構(gòu)安全使用可靠。

3.4 拱頂塊吊裝就位組裝

（1）拱頂塊正式在罐內(nèi)進(jìn)行組裝時(shí)，由于拱頂塊跨度約43m 長，撓度大，重量重，吊裝半徑較大，需采用計(jì)算符合要求的履帶吊進(jìn)行多點(diǎn)吊裝。

（2）罐頂?shù)陌惭b標(biāo)識。安裝罐頂前應(yīng)先安裝中心圈，調(diào)整完成后，應(yīng)在中心圈的上表面標(biāo)識出大塊兩側(cè)兩根梁的位置和大塊的標(biāo)號，以便安裝罐頂塊時(shí)迅速找準(zhǔn)位置。之后，大塊的支座也應(yīng)在安裝前劃出十字線。另外，大塊中心所對應(yīng)的邊緣立柱也應(yīng)標(biāo)識，以便現(xiàn)場迅速識別安裝位置。

（3）大塊的安裝要求。大塊前四塊安裝過程中應(yīng)及時(shí)檢查中心支架的頂部是否發(fā)生位移。每一個(gè)大塊在安裝時(shí)應(yīng)檢查支座位置是否與立柱所標(biāo)識位置一致。

（4）小塊的安裝要求。小塊安裝在大塊中間，靠環(huán)向聯(lián)系梁和連接板連接，所以只允許在所有聯(lián)系梁點(diǎn)焊牢固后才可以吊車松鉤。

（5）罐頂大小塊之間環(huán)梁的組對焊接使用升降機(jī)進(jìn)行作業(yè)。

3.5 氣頂升

（1）氣頂升的主要原理：LNG 儲罐鋼制拱頂、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，在罐頂邊緣安裝密封裝置，使罐頂與底部空間形成一個(gè)相對密閉的空間，再利用鼓風(fēng)設(shè)備向儲罐內(nèi)強(qiáng)制送入大風(fēng)量低壓力的空氣。當(dāng)空氣總浮升力大于LNG 儲罐罐頂及其附件總重量和密封裝置與PC 墻之間的摩擦阻力后，儲罐拱頂和吊頂?shù)纫黄鹧刂鳳C 墻浮升至儲罐PC（預(yù)應(yīng)力）墻頂部的抗壓環(huán)，最終與抗壓環(huán)焊接連接就位。氣頂升示意原理如圖4 所示。

圖4 薄膜罐氣頂升示意原理圖

（2）頂升工作由五大系統(tǒng)構(gòu)成：平衡系統(tǒng)、密封系統(tǒng)、監(jiān)測系統(tǒng)、風(fēng)機(jī)系統(tǒng)和通訊系統(tǒng)。

（3）氣頂升過程步驟：檢查每個(gè)風(fēng)機(jī)的節(jié)氣閥處于關(guān)閉狀態(tài)，每個(gè)壓力計(jì)的刻度要調(diào)節(jié)到0 刻度；啟動4 臺發(fā)電機(jī)，給4 臺風(fēng)機(jī)送電，啟動4 臺風(fēng)機(jī)；準(zhǔn)備就緒后，指揮長向項(xiàng)目經(jīng)理報(bào)告，項(xiàng)目經(jīng)理發(fā)布正式開始?xì)忭斏睿痪徛蜷_節(jié)氣閥——2 臺風(fēng)機(jī)用于正常供氣，1 臺風(fēng)機(jī)用于調(diào)節(jié)，1 臺風(fēng)機(jī)備用；壓力上升之后，要對照預(yù)氣頂升所做的記錄來檢查空氣消耗量和罐內(nèi)壓力；在拱頂離開支架的時(shí)候要檢查節(jié)氣閥打開度，電流和壓力；拱頂緩慢的以100mm/ min 的速度提升到1000mm 高度；拱頂穩(wěn)定在1000mm 高度，檢查平衡壓力，風(fēng)機(jī)的電流，節(jié)氣閥的打開度；繼續(xù)慢慢打開節(jié)氣閥，使拱頂以平均200mm/ min（最大300mm/ min）的速度持續(xù)提升；拱頂保持以平均200mm/ min 的速度提升到離罐頂抗壓環(huán)最后的1000mm 處；慢慢關(guān)閉節(jié)氣閥或打開泄壓口，使拱頂降至以平均100mm/ min 的速度提升，直到離罐頂抗壓環(huán)最后的500mm 處；在即將接觸到抗壓環(huán)之前，要穩(wěn)定拱頂?shù)母叨龋z查和調(diào)整拱頂方位；在拱頂接觸到抗壓環(huán)板后，要用卡具和夾具將拱頂固定到抗壓環(huán)板上，焊接好448 個(gè)限位塊；在完成拱頂焊接固定并經(jīng)QC 人員對焊接情況檢查合格后，通知指揮長，停止4 臺風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)；最后停止4 臺發(fā)電機(jī)運(yùn)行；氣頂升完成。

4 結(jié)語

因薄膜罐在國內(nèi)尚未開始應(yīng)用，且22 萬m3薄膜罐的規(guī)模在國內(nèi)或在世界上是首例。設(shè)計(jì)、施工、投產(chǎn)運(yùn)行等各方面不熟練，施工需要不斷地在過程中摸索，不斷地改進(jìn)和優(yōu)化施工工序與施工缺陷，通過不斷地總結(jié)形成一套LNG 薄膜罐安裝施工工法、施工程序文件集及施工工裝來填補(bǔ)施工這部分的空白。