大型LNG储罐顶升技术分析

摘要: 本文以浙江LNG 项目160，000m3LNG 低温储罐罐顶的气压顶升施工为例，介绍大型LNG 低温储罐罐顶的气压顶升施工技术，并总结了实施过程中的管理控制经验和实施要点。

关键词：气压顶升， LNG， 储罐

Abstract: this article with the zhejiang LNG project 160000 m3LNG low temperature storage tanks the pressure of the pot roof up construction as the example, this paper introduces large LNG low temperature storage tanks pot roof up the pressure of the construction technology, and summarizes the implementation process management control experience and the key points.

Keywords: air pressure roof up, LNG, a tank

中图分类号：TU712 文献标识码：A 文章编号：

1 概述

随着国内对于清洁能源需求的不断增长，国内几大石油公司已在国内沿海城市陆续规划布局LNG 接收站点，中海油作为国内LNG 产业先驱，已在国内建成广东大鹏、福建莆田以及上海洋山LNG，当前在建的项目有浙江宁波LNG、珠海LNG 以及海南LNG。

浙江LNG 项目储罐为16 万方的全容罐，外罐为预应力混凝土结构，内罐为９％Ｎｉ钢结构，罐顶为钢骨架球状结构，罐顶结构根据设计方的理念的不同，重量也会不同，浙江LNG 的罐顶顶升重量达840 余吨（见下图1、图2）。自然其安装成为了储罐施工中的一个难点和关键点，根据此类型储罐的特点，目前国内外承包商使用一种经济高效的施工方法——气压顶升法，本文将以浙江LNG 项目为例谈谈施工管理控制方面的经验，以为今后类似项目的施工作业提供参考。

2 气压顶升技术

2.1 气压顶升法的介绍

气压顶升就是在罐顶结构在罐底预制完成以后，对拱顶边缘进行密封，通过在临时洞口安装的风机，向罐内持续吹入空气，利用罐内空气形成的压力将罐顶慢慢升起至预定位置。

罐顶气压顶升工艺的实施主要由四个系统构成：平衡系统、密封系统、供风系统和监测系统，以下就对这几个系统进行简要介绍。

2.2 平衡系统

平衡系统是为了保证气吹顶升时罐顶的平稳升起，并且防止在气升的过程中罐顶被吹偏、吹冒等的现象出现，以致影响罐顶安装。

为了保证罐顶起升过程的平衡，应对罐顶结构的重量重心进行计算，根据在罐顶上设置适当的配重（本项目选用了钢筋、沙袋等）用以均衡重量以使整个结构的重心位于中心。

除了上述措施外，本项目气升之前在罐顶中心对称布置了24 套平衡钢索，平衡钢索上端通过T 型架与墙体上的预埋件连接固定，下端穿过导向滑轮，通过罐顶中心孔，延伸到罐内并与墙体衬板上的锚固点连接，具体形式如下图3。

钢丝绳的松紧程度通过弹簧秤测量钢丝绳与承压环间的距离来掌握，以确保24 组平衡钢丝绳张紧程度接近，并通过4 个拉力计来显示张紧的具体数值（见下图）

2.3密封系统风吹顶升的过程中要保障顶与罐壁有较好的气密性，以防漏气导致气压不够，无法完成顶升作业，因此在顶升前需将罐顶与管壁间的环形缝隙用密封材料进行密封。可以采用罐顶边缘安装软性钢丝网密封布方法，在进行密封布的安装时，密封布上端用胶条粘在拱同时用弹性钢片将密封布顶在管内壁上，密封布之间用胶带粘接牢固。

2.4 供风系统

供风系统主要有由风机、供电电源（市电或者发电机）、配电设施电缆、风道及气流控制闸门等组成。

P升顶压强=（穹顶重量/穹顶面积）*1.1=（840000/(3.14*412)）*1.1=175.05(kg/m2)

=175.05*9.8=1715(pa)=1.715(Kpa)

LNG 储罐罐顶为球冠结构，罐顶气吹顶升时，整个罐顶在水平面上的投影受到气体向上的推力，当推力等于罐顶顶升重量时，在计算顶升顶升重量时应包括：罐顶钢结构、罐顶铺板、吊顶、吊架、贯穿件、走道、封板、滑道梁、滑车、平衡系统、铁销、筋板、冷却管、及其它设施平衡配重，同时要适当考虑罐顶起升过程中与混凝土罐壁间的摩擦产生的滑动摩擦力的影响。

在风机持续向罐内吹气直至压力达到顶升所需压力后，罐顶开始向上缓慢升起，由于速度较慢，可近似看做匀速上升，顶升压力不变，此时整个系统处于近似的动态平衡，如此便可根据假定升顶时间内体积的变化来确定供风系统需要提供的气体流量。

风机的选择应满足出口的风压大于罐内顶升所需压力，同时风机的流量应满足顶升需要。另外考虑风机作为顶升过程中的关键设备，一旦失效将可能导致非常严重的后果，因此在风机选择时应考虑足够的备用风机以保障升顶的顺利实施。

关于风机供电也非常关键，除市电外，应有发电机作为备用，同时应储备足够的燃油，在接线时最好能有风机通过转换开关同时接2 种电源，以保证在其中一个失效时实现快供电源快速转换，以下本项目4 台风机的供电方式。

2.5 监测系统

为了确保储罐安全顺利地升顶，必须对储罐升顶过程进行监测，如出现问题可及时采取措施进行调整，根据需要，储罐升顶过程中的检测主要有以下几个：

1)在罐顶指挥台和风机供风处均设置罐内气压观测点，以达到控制罐内压力进而根据需要对顶升速度进行控制。

2)在气升之前，在储罐墙体内壁标记刻度，以便在顶升过程中粗略观测拱顶大致的上升高度，本项目采用间隔1.5 米的白色刻度条。

同时选择6 处用卷尺测量上升高度，卷尺下端固定在拱顶上（该点处在承压环外边缘在拱顶上的投影），以此来精确测量上升高度，同时计算上升速度，及时反馈给指挥人员，以便指挥人员控制上升速度。

图10 指挥台及观测点布置

3)在罐顶开始上升200mm 左右时，控制压力，保持罐顶的悬浮状态，然后罐内工作人员对罐顶的离开预制时的支撑的距离进行观测，以确定罐顶的平衡状态是否满足要求，并将相应的数据反馈指挥人员判定是否需要利用平衡配重的对重心进行调整。

3 实施要点总结

气压顶升法安装储罐罐顶是一种较为先进的安装方法，施工机具简单，作业安全、保证质量、施工周期短、经济效益明显等诸多优点被广泛应用。但如果一旦出现意外，可能出现灾难性的后果，对项目造成巨大损失，因此在实施过程中要做好充分的准备，注意细节，以确保升顶过程万无一失。通过参与浙江LNG 项目升顶工作，个人认为做好以下几点的控制至关重要。

3.1 施工方案及技术交底

施工方案及HSE 措施得到批准，升顶准备的检查表中所列项均已关闭，升顶过程所需的各类记录表格（如、风机运行记录、上升高度速度等）等已经具备。

确保进行了充分的技术交底，施工和管理人员的任务、职责明确，对施工技术要点完全掌握。

3.2 外罐

（1）核实外罐重要尺寸（标高、垂直度及圆度）是否满足项目要求，确认没有问题方可进行气升顶作业；

（2）做好墙体的打磨工作，确保内壁平顺，不会遗留阻碍升顶的毛刺或其他突出物。

（3）顶部的测量点及焊工的施工点做好明确的标识,；

（4）升顶后期焊接用的临时卡具、气割、焊接设备及材料准备齐备；

3.3 拱顶永久结构（含铝吊顶）

确保所有焊接工作完成并通过联合验收，升顶前确保与预制时的临时支撑的固定件切除，保证其能自由移动。

携带在拱顶或铝吊顶上的物品或材料在升顶期间应固定牢固，无关材料或物品均应清理干净。

3.4 平衡系统

(1)钢丝绳、卡具设施安装正确并且牢固，关键的受力点应进行计算，确保选取的材料合格。

(2)同时安装过程中要注意细节，比如与钢丝绳太近的吊杆应设置保护，防止相互造成损伤；穿钢丝绳的拱顶开孔边缘应打磨圆滑，防止钢丝绳造成损伤。

（3）钢丝绳的张力应派专人进行检查，确保所有钢丝绳受力均匀。

3.5 密封系统

（1）认真检查，确保密封系统安装正确并且粘接固定牢靠。

（2）对开孔处或者如门洞处的出口等可能漏风的地方进行密封，减少漏风量。

（3）钢丝绳的张力应派专人进行检查，确保所有钢丝绳受力均匀。

3.6 供风系统

（1）风机及相关的供电、电气设备经过测试并能平稳运行。

（2）确认风机转向正确；

（3）发电机加好机油和柴油，备用油料足够；

3.7 监测系统

（1）安装的压差计安装正确，并且直观并易于读数。

（2）墙体内侧测量点均已做好标记并易于识别；承压环上的测量点的位置标示明确。

（3）确保测量上升高度用的钢卷尺固定好；

4 结束语

本文以浙江LNG 项目低温储罐为例对拱顶气升顶施工技术进行了分析和总结，气压升顶技术作为国内外流行大型储罐拱顶安装技术，可以保证此类大尺寸、大重量结构物安装过程中受力均衡，减少安装过程中的变形，有着很大优越性，另外加上成本不高，但需要做好充分的准备，保证供风、平衡性及密封性要求，并加强过程监控和调整，顶升才可安全高效地完成，一般需用时在2-3 小时。正是因为其是一项相对安全高效的技术，因此在类似项目得到的广泛的应用。

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。