LNG開架式氣化器支撐框架設計與施工

王 俊 嶺

(中國石油天然氣管道工程有限公司，河北 廊坊 065000)

天然氣作為一種優質、高效、清潔的能源和化工原料，在世界能源結構中的地位和作用不斷提升。根據國產氣產量現狀及規劃進展，國產氣量難以達到規劃目標，同時考慮LNG接收站不能滿負荷運行和進口管道氣的負荷，預計在2025年之前我國天然氣市場供需形勢將處于偏緊的狀態。隨著全國天然氣用量的不斷增長，避免出現天然氣供應緊張局面，加強儲氣和調峰能力，LNG接收站的建設勢在必行[1，2]。

LNG是-165 ℃的低溫液體，在LNG接收站進行外輸時，需要將LNG氣化并恢復到常溫以后才能使用，LNG氣化器是一種專門用于將LNG氣化的熱交換器，是接收站的主要設備之一。目前，全球的LNG接收站主要采用四種類型的氣化器，環境空氣氣化器(AAV)、浸沒燃燒式氣化器(SCV)、中間介質氣化器(IFV)及開架式氣化器(ORV)[3]。下面結合接收站實際工程，對LNG站場內開架式氣化器支撐框架進行研究分析，探討在開架式氣化器支撐框架結構設計和施工中的主要問題，為以后其他項目的設計和施工提供參考。

1 開架式氣化器結構和工作原理

1.1 開架式氣化器結構

LNG開架式氣化器的結構示意圖見圖1。氣化器的基本單元是傳熱管，有若干傳熱管組成板狀排列，兩端與集氣管或集液管焊接形成一個管束板，再由若干個管束板組成氣化器。氣化器的機械結構簡單，主要外部接口有海水進出口、LNG 入口和氣化后的NG出口，換熱管安裝在框架結構內[4]。

1.2 開架式氣化器工作原理

LNG從下部總管進入，然后分配到每個小的換熱管內，在換熱管束內由下向上流動。利用海水作為熱源，氣化器頂部有海水噴淋裝置，在板型管束外表面上形成連續液膜自上而下流動與逆向流動的LNG換熱，LNG被加熱氣化，氣化為常溫氣體后由NG支管匯至NG總管送出，海水則依重力流至混凝土支撐框架底部，由排水渠自流排出[5]。LNG開架式氣化器工作原理示意圖見圖2。

LNG開架式氣化器懸掛在支撐框架上，易于維護保養，改變氣化器的運行負荷也很簡單；但對海水質量要求較高，尤其是固體懸浮物顆粒及Cu離子及陰離子濃度。

2 開架式氣化器支撐框架設計

開架式氣化器支撐框架是一個正面敞開、另三面由鋼筋混凝土墻圍閉的結構，背面的混凝土墻下部由通道與海水渠相通，供換熱后的海水排出。汽化組塊的懸吊框架即安裝于兩側墻的頂部。

2.1 工程設計條件

場地內分布的地層自上而下有：雜填土、填石、含有機質粉砂、粗砂、含有機質粉砂、含卵石礫砂、砂質粉質粘土、全風化中粒花崗巖和強風化中粒花崗巖。其中含有機質粉砂層的液化等級為輕微液化。

場地設計地震動峰值加速度為0.10g，相應的地震基本烈度值為7度，場地設計地震分組為第一組。

場地地下水和場地土對混凝土結構具強腐蝕性；對鋼筋混凝土結構中鋼筋具弱腐蝕性；對鋼結構具弱腐蝕性。

2.2 框架基礎設計

為滿足框架基礎承載力和沉降要求，根據現場土層情況，基礎型式選用樁基筏板基礎，采用預應力高強混凝土管樁(PHC)，樁基穿過軟弱土層，樁端持力層為強風化中粒花崗巖。樁位布置圖見圖3。

根據場地土和水的腐蝕性，為滿足混凝土耐久性要求，筏板混凝土強度選用C40，墊層為C20，基礎底面混凝土保護層厚度為100 mm，其他各面為50 mm。基礎與土壤接觸混凝土表面涂瀝青冷底子油兩遍，瀝青膠泥涂層，厚度不小于300 μm。

因開架式氣化器與周圍海水管，外輸管等相連接，要保證框架基礎的沉降與周圍管線的沉降保持一致，避免不均勻沉降，對樁基礎應進行沉降計算，基礎沉降要滿足設備運行的要求。

樁頂與承臺的連接應滿足《預應力混凝土管樁》[6]中的相關做法和要求。樁身質量與承載力的檢測應滿足《建筑基樁檢測技術規范》[7]中的相關規定。

2.3 上部框架結構設計

開架式氣化器上部結構類型為鋼筋混凝土框架結構，三面由鋼筋混凝土墻圍閉，總高度約7.6 m；框架計算應考慮抗震設計，并按抗震等級提高一級采取抗震措施。

站場位于沿海地區，受海風侵蝕嚴重，為保證構件的耐久性，梁、墻、柱、板的混凝土等級均選用C40，梁、柱、墻的鋼筋混凝土保護層厚為50 mm，板的鋼筋混凝土保護層厚為40 mm。

上部NG管鋼支架和海水管架的材質均為Q235B，在制作前鋼材表面應進行拋丸除銹，除銹等級為Sa2.5級，并對鋼結構涂刷防腐材料。

2.4 特殊設計要求

施工單位應結合廠家圖紙進行施工，特別是預埋件，應嚴格按照圖紙和廠家資料預埋或預留孔洞。

ORV設備預埋件除部分由廠家提供，其余預埋件、中間維修甲板、走道結構等設計圖紙未說明的構件應由施工單位提供，施工單位應根據廠家資料圖紙進行深化設計，以滿足現場施工要求，并注意防腐措施。

在ORV支撐框架底部斜對角位置應設置沉降觀測點，并在施工和運行階段進行沉降觀測和記錄。

框架頂部應有避雷帶和引下線的做法，并選擇合適的防雷接地措施。

支撐框架內部有海水流動，保證混凝土內表面均涂有聚合物水泥砂漿，厚度滿足防腐蝕設計要求。

3 開架式氣化器支撐框架施工

支撐框架的施工順序見圖4。

3.1 基坑開挖

開挖基坑按圖紙的尺寸合理確定開挖順序和分層開挖深度，連續地進行施工，并盡快地完成。為防止基底土被擾動，結構被破壞，不應直接挖到坑底，應根據機械種類，在基底標高以上留出200 mm～300 mm，待基礎施工前用人工鏟平修整。挖土不得挖至基坑的設計標高以下，如個別處超挖，應用與基底土相同的土料填補，并夯實到要求的密實度。基礎施工前應對基坑進行驗槽。

3.2 管樁定位及打樁

根據設計圖紙中管樁的位置進行放線測量，標記好管樁的位置，架立好打樁機，起吊預制管樁，使樁尖對準樁位中心。樁尖插入樁位后，先用低錘擊一二下，保證樁的垂直穩定；打樁前應在樁身上設置尺寸標志，以便在施工中觀測和記錄，打樁開始時應用較低落距，并在兩個方向觀察其垂直度，確認無誤后再用高落距錘擊。管樁現場應采用焊接接樁，接樁位置在距地面1 m左右，樁終止錘擊的控制應按貫入度為主，標高為輔[8]。

3.3 筏板鋼筋綁扎及混凝土澆筑

筏板基礎與排水渠搭接處應嚴格按照圖紙施工，提前做好鋼筋放樣加工和模板的制作。筏板上下層鋼筋之間應設置架立馬登筋。混凝土應連續澆筑并注意對大體積混凝土的養護，加強觀測，防止水化熱過大，產生溫度裂縫。

3.4 上部結構鋼筋綁扎及混凝土澆筑

為防止混凝土澆筑時高度過高，產生離析現象，影響混凝土的質量，對整個框架結構高度范圍分成兩次進行澆筑。混凝土自料口下落必須采取有效的措施，如采用串筒，溜管下料。柱鋼筋連接采用對接焊接頭或機械連接，其他構件可采用綁扎連接，并做好腳手架的搭建，做好圍護安全措施。鋼筋綁扎過程應注意其中的預留錨件、預留洞口、預留管、沉降觀測點和預埋板等的埋設。現場施工圖如圖5所示。

3.5 管支架焊接、涂漆等

管支架整體可在工廠根據圖紙進行深化加工，再把整個鋼支架吊裝到框架頂正確的位置，把鋼支架焊接到框架上的預埋板上，再涂刷防腐材料，并做好高空焊接作業時對施工人員的保護。走道欄桿、框架外墻的涂漆應與整個站場的涂漆要求保持一致。

3.6 施工注意事項

開架式氣化器外側海水管架基礎應與開架式氣化器筏板基礎同時施工，先施工深基礎后施工淺基礎，同時做好對開架式氣化器管樁的保護。

開架式氣化器支撐框架中的預埋錨栓的數量較多，錨栓的位置和對應的型號應與廠家資料圖紙上的位置和型號保持一致。核實位置無誤后再澆筑混凝土，保證氣化器安裝正確。

開架式氣化器與支撐框架接觸的部位，如懸吊裝置、支座、支撐架、支撐梁等的安裝位置，應進行平整處理；處理時一般使用砂輪機打磨平整，需灌漿的部位還應用鑿子鑿毛。

4 結論

1)LNG開架式氣化器支撐框架設計和施工時要嚴格和設備廠家資料結合，不同廠家的設備對支撐框架的要求有所不同，要保證建造出的支撐框架和ORV廠家要求一致，滿足功能要求。

2)LNG接收站建設在沿海地區，LNG開架式氣化器支撐框架里面有海水流動，設計時要充分考慮海風和海水對支撐框架的腐蝕，做好構件的防腐處理，保證支撐框架滿足耐久性要求。

3)LNG開架式氣化器支撐框架根據不同的地層情況，應采取適用的基礎型式或地基處理方式；施工和安裝時要提前做好人、材、機的組織計劃，提高施工效率。