LNG儲罐拱頂模塊的定長鋼絲繩吊裝

丁小見

中海油石化工程有限公司，山東濟南 250000

浙江舟山液化天然氣接收及加注站項目一期LNG儲罐設施的施工包括T-02-01/T-02-02兩臺16萬m3LNG儲罐主體和附件的施工[1]，根據儲罐拱頂預制經驗和慣例，外罐拱頂預制分為12個大模塊和12個小模塊，大模塊質量22.5 t，小模塊質量10.5 t。由于穹頂模塊屬于不規則模塊，安裝時有固定的角度，所以是整個穹頂安裝的難點。由于吊裝作業難度大，經過現場勘察和反復論證，兼顧安全上的可靠性，項目組決定用1臺260 t履帶吊和定長吊裝鋼絲繩來完成罐頂吊裝作業[2]，本文就該吊裝工藝展開論述。

1 吊裝工藝

（1）穹頂模塊分A、B兩種規格型號，其中A型穹頂塊理論凈質量22.5 t（帶頂板的質量），B型穹頂塊理論凈質量為10.5 t（帶頂板的質量）。以大模塊為例介紹具體的吊裝設備及機具的選型和計算過程。兩種形式的穹頂塊均設置4個吊點、用定長鋼絲繩進行吊裝，選用的吊裝索具及吊耳所在結構位置如圖1所示，圖1（a）涂綠色的位置為吊耳所在的結構位置。

（2）在骨架片翼緣板上焊接4個吊耳，用4根φ28-6×37+FC-1670鋼絲繩進行吊裝，其中兩根長度18 m，另外兩根23.73 m。鋼絲繩與吊耳、鋼絲繩之間均通過12 t卡環連接。注意吊耳的位置一定要放在縱橫梁的節點處，防止因吊裝而引起梁變形，必要時可進行筋板加固。

（3）將穹頂塊從預制胎具或存放胎具上吊起，而后履帶吊吊著穹頂塊行走至平面圖中規定的吊裝位置。

（4）沿罐壁提升穹頂塊至超過罐壁鋼筋1.5 m處，吊車旋轉；下降穹頂塊，至離罐內支撐約1.5 m處，利用溜繩旋轉拱頂塊，先組對安裝中心環與拱頂塊的連接，邊緣支柱端輕微接觸，保持吊車的吊裝狀態，安裝中間支柱并調整好高度，以保證拱頂塊的弧度，之后回鉤，骨架彈性釋放。

圖1 大模塊吊點布置

（5）吊耳選型、制作與焊接。由于最大的吊裝構件質量22.5 t，經計算研究決定選用板式吊耳，吊耳型式如圖2所示。吊耳由材質為Q235B的20 mm厚度的鋼板制作而成，采用E7018焊條焊接在穹頂塊梁上，焊接形式為四周密封焊，焊角高度為10 mm，吊耳在構件上的焊接角度如圖3所示。吊耳焊接完成后進行100%PT檢測，檢測合格后才能用于吊裝。吊裝完畢后，吊耳可不切除（因對后續施工無影響）。

（6）吊裝與吊車站位。吊車采用260 t吊車，其接桿狀態為主臂長度80 m，主臂夾角70°。在罐周圍布置環形走道供260 t吊車行走。吊車站位與骨架片吊裝示意見圖4。

圖2 吊耳及受力分析

圖3 吊耳在構件上的焊接角度

圖4 吊車站位與骨架片吊裝示意

（7）罐頂骨架吊裝順序。罐頂骨架片在罐外的預制胎具上預制完畢并檢查合格后存放于存放胎具上，安裝時可用260 t吊車吊起行走到安裝位置后吊進罐內進行安裝，安裝大模塊骨架的原則是第一片骨架與第二片骨架對稱安裝，第三片骨架與第四片骨架對稱安裝，第三片骨架與前兩片骨架垂直，第四片骨架與第三片骨架對稱，前四片骨架安裝完畢后，剩余大模塊骨架從0°位置開始順時針依次對稱安裝，大骨架片和小骨架片是間隔安裝的，骨架片的安裝順序示意見圖5。

圖5 骨架片安裝順序示意

2 吊裝核算

2.1 鋼絲繩安全系數核算

最大穹頂塊的載荷為225 kN，選用的結構為φ28-6×37+FC（1670） 的鋼絲繩的破斷力P破=432kN。鋼絲繩安全系數K=ΣP破×a/W=（432×4） /225=7.68＞[K]=5，式中a為鋼絲繩根數，W為額定載荷，[K]為許用安全系數（規范要求鋼絲繩安全系數必須大于5）[3]。

2.2 鋼絲繩受力計算

鋼絲繩的受力分析見圖1，由圖1可知：

2×F1+2×F2=G=225 kN

F1×L1=F2×L2

F1×9 197=F2×8 518

F2=54.1 kN；F1=58.4 kN

P1=F1/cos23°=58.7 kN

P2=F1/cos28°=66.1 kN

式中：F1、F2分別為鋼絲繩拉力P1、P2的豎向分力；G為最大穹頂塊的載荷；L1、L2分別為F1、F2的力臂長。

2.3 吊耳計算

以受最大載荷位置的吊耳進行核算。吊耳及受力分析見圖2。

（1）A-A截面剪應力τ′校核：

查得Q235B鋼材的許用應力τ為116 MPa，根據規范公式可算得許用剪應力[τ]為：

則 τ′＜ [τ]，A-A 截面剪應力滿足要求。

（2）B-B截面的應力校核：

第一，計算B-B截面的拉應力σ1：

F3=P1cos43°=58.7 cos43°=42.9（kN）

σ1=F3/（250 × 20） =8.58 （MPa）

式中：F3為鋼絲繩拉力的垂直于B-B截面的分力。

第二，計算B-B截面的剪應力τ：

F4=P1sin43°=5.87sin43°=40（kN）

τ=F4/（250 × 20） =8（MPa）

式中：F4為鋼絲繩拉力的平行于B-B截面的分力。

第三，計算B-B截面的彎曲應力σ2：

σ2=100F4/（20 × 2502/6） =19.2 （MPa）

第四，根據第四強度理論，計算B-B截面的組合應力σ：

上面A-A截面校核時已查得Q235B鋼材的許用應力τ為116 MPa，并已算得許用剪應力[τ]=66.97 MPa，據此判斷上述B-B截面拉應力σ1＜τ（許用應力）、B-B截面剪應力τ＜[τ]（許用剪應力）、B-B截面的組合應力σ＜τ（許用應力），三者均滿足要求。

3 保證措施

（1）對吊車行走路面進行沙石找平夯實處理，并進行正式吊車進場后的荷載行走試驗，如果達不到要求，則對地基進行開挖，而后實施回填法地基處理，或加設承載厚鋼板，以滿足吊裝要求[4]。

（2）吊車進場前進行吊車報驗，吊車組裝完畢后對吊車進行空載試車和滿負荷試驗[5]。滿負荷試驗時選用SB標準工況，吊載離地100 mm，空中停留10 min。滿負荷試驗時，檢查吊車各部位，若無異常則為合格。

（3）對吊裝索具進行外觀檢查和證件檢查。起重工和吊車指揮要持證上崗[5]。吊裝前進行吊裝技術交底，做到現場指揮、吊車指揮和現場作業人員明確吊裝全過程的操作細節。吊裝前進行聯合檢查，確認各項吊裝條件具備。吊車指揮應采用對講機并使用專用頻道進行指揮，吊車司機駕駛室旁應設信號傳遞崗。

（4）拱頂塊應設4根溜繩。中心柱及邊緣柱處腳手架搭設嚴格執行規范，做到通道雙護欄、踢腳板斜拉齊全、鋼跳板滿鋪。風速超過10.8 m/s或者大霧天氣條件下禁止進行吊裝作業[6]。在吊裝過程中，需要塔吊司機在崗，提前告知具體吊裝方位，配合旋轉塔吊的吊臂，避免塔吊吊臂與履帶吊的吊臂發生空中碰撞的情況。

4 結束語

國內LNG產業已經進入了核心技術自主化的階段，但仍有許多課題和關鍵技術需要進一步去優化和研究。本文簡單介紹了LNG儲罐穹頂模塊的定長鋼絲繩吊裝方法，該方法不僅簡化了傳統6點吊裝方法，也簡化了工人用吊鏈來調整安裝角度的過程，該項目的成功實施可為類似項目的施工提供借鑒。