鋁吊頂在LNG吊頂儲罐中的應用

孟樹森，郭旭，陳杰，翟耀峰，顧楓，唐志光，孫娟，張偉

（張家港中集圣達因工程有限公司，江蘇 張家港 215600）

隨著國家政策的扶持，近幾年來LNG儲罐的市場需求量呈現井噴之勢，其中絕大多數是吊頂儲罐。

吊頂儲罐常用于儲存低溫液體，如LNG、液態乙烯、液態丙烯等。根據API620對吊頂儲罐（全容式儲罐系統）的圖解可知，吊頂儲罐應由：主液體容器（低溫鋼）、次液體容器（低溫鋼）、溫熱蒸氣容器（罐頂）、混凝土基礎、帶隔熱材料的懸掛甲板、隔熱材料（環形空間）、底部絕熱材料、泵柱等零部件組成。

其中帶隔熱材料的懸掛甲板就是通常所講的LNG吊頂儲罐的懸頂。懸頂的主要作用是作為鋪設玻璃纖維棉的支撐，玻璃纖維棉用于儲罐罐頂保冷，防止主容器內的LNG蒸發過快導致儲罐內BOG量急劇上升造成安全事故，是LNG吊頂儲罐整個保冷系統中的至關重要的一環。因此懸頂是吊頂儲罐不可或缺的部分。

1 傳統LNG吊頂儲罐懸頂的制作

LNG吊頂儲罐的設計溫度為-196 ℃，所以傳統LNG吊頂儲罐懸頂的材質選用S30408不銹鋼。LNG吊頂儲罐的懸頂組成部件有：懸頂板、懸頂加強筋、懸頂拉桿。

懸頂板是由一塊塊車間內預制好的鋼板在現場拼接完成后，通過焊接的方法來連接。懸頂板的直徑通常在25 m左右，因為外形尺寸過大在拼接時需要多名現場工作人員同時配合施工。在拼接完成后還需要進行焊接工作。在焊接過程中不僅要保證角焊縫的余高，每道焊縫至少焊接兩遍，還需要適當地控制懸頂板的變形量。另外焊縫溫度過高時應停止施焊，等焊縫層間溫度下降后再進行焊接。

在懸頂板拼接施焊完成后進行下一步的懸頂加強筋裝配工作。懸頂加強筋的數量根據懸頂板的直徑有關，通常為4圈。懸頂加強筋同樣是車間內預制好的鋼板現場拼接而成。不同于懸頂板的拼接方式（板與板之間搭接，焊縫型式角焊縫），懸頂加強筋拼接處為對接焊縫。懸頂加強筋的厚度至少為12 mm，需要花費較多的時間來進行焊接。

當懸頂加強筋焊接完成后，需要進行懸頂與次容器徑向梁的連接。用幾十根長短不一的扁鋼將次容器頂蓋與懸頂加強筋連接起來，將次容器頂蓋和懸頂構成一個整體，連接方式仍為焊接連接。

這就是傳統LNG吊頂儲罐不銹鋼懸頂的現場制作的全過程。

2 傳統LNG吊頂儲罐懸頂不足及優化方向

通過上述描述可清晰地了解到傳統LNG吊頂儲罐懸頂從開始制作到最終完工，整個過程相當繁瑣，需要耗費大量的人工（尤其需要焊工）、機具等，導致懸頂制作的工期較長，無法縮短建造周期，不能提前交付給業主。另外S30408不銹鋼價格偏高，使得LNG吊頂儲罐的原材料成本較高。這些因素直接提高了儲罐的建造成本，參與投標時不具有價格優勢，不能提高公司在市場上的競爭力。

為了在LNG吊頂儲罐需求量暴增的市場環境下提高中標率，所以降低儲罐的建造成本勢在必行。

懸頂主要是作為鋪設玻璃纖維棉的支撐，那么是否可以通過優化懸頂結構，在滿足支撐需求的同時，減少S30408不銹鋼材料的用量，來達到降低建造成本的目的。很顯然這個假設不可行，首先LNG吊頂儲罐的懸頂的結構相對固定，進行結構優化需要從零開始，還需要建立3D模型進行應力分析等工作。另外懸頂上還需要安裝管道，優化后可能導致管道沒有空間安裝。

既然不能通過優化結構的方法來實現降低懸頂建造成本，那么可以尋找價格低于S30408不銹鋼的材料來代替。查閱相關資料后了解到LNG混凝土全容罐的懸頂大多采用鋁材料來制作，現已有很少一部分的LNG吊頂儲罐的懸頂采用鋁材料且成功運行。從材料性能方面分析，鋁材料完全可以在BOG環境下使用；從材料價格方面考慮，鋁材料價格遠低于S30408不銹鋼。在與相關的制作廠家的溝通后，了解到鋁制懸頂（以下簡稱鋁吊頂）在LNG吊頂儲罐中有成功的案例，而且鋁吊頂LNG儲罐在整個行業內也的得到了業主的認可。

3 鋁吊頂的設計及制作

3.1 鋁吊頂設計的前提條件

在設計鋁吊頂時需要儲罐的相關設計參數，如地震條件、設計壓力、試驗壓力、設計溫度、儲存介質、外形尺寸等。

設計過程中應當考慮吊頂的載荷及載荷組合，載荷通常為吊頂自重、保冷層重量、吊頂安裝均布載荷、熱收縮載荷、地震載荷等。在不同的工況下（建造工況、正常運行工況、地震工況）載荷工況不相同。因此必須選最危險的工況對吊頂的強度、穩定性及剛度進行校核計算。

3.2 鋁吊頂的組成零部件

鋁吊頂由瓦楞形鋁板（懸頂板）、鋁板支撐梁、圓鋼吊桿、連接板等組成。

瓦楞形鋁板是由鋁平板經過機具壓制成瓦楞形狀，材質為 5083-O（固溶）且滿足 GB/T 3880.1～3—2012相關要求。因為鋁平板的厚度為1 mm，通壓制成瓦楞形狀，提高鋁板的受力強度。瓦楞形鋁板均為車間內預制，運到項目施工現場后可直接安裝，不需要現場加工。

鋁板支撐梁為T型鋼，材質為6061-T6或6082T6（固溶），鋁型材應滿足GB/T 6892—2015要求。因為支撐梁采用鋁型材加工，所以只需按加工圖截取對應的長度，在圖中標注的位置機加工螺栓孔。

圓鋼拉桿由材質為S30408的圓鋼和正反旋螺栓（用于調節拉桿長短）組成?？烧{節螺栓可以避免因加工、或者現場施工過程中的誤差導致不能安裝。連接板材質為S30408，直接焊接在圓鋼拉桿上，均為車間內預制。

3.3 鋁吊頂現場制作

整個鋁吊頂的零部件均為車間內預制，加工完成后直接發往項目現場進行安裝?，F場施工人員按照施工藍圖將鋁板支撐梁放置在指定的位置后可直接在梁上鋪設瓦楞形鋁板，鋪設完成后通過螺栓和鉚釘固定；接著將圓鋼吊桿兩端的連接板的螺栓分別與次容器頂蓋徑向梁上的連接板、鋁板支撐梁上的連接件用固定，可適當通過調節正反旋螺栓確?？梢园惭b；最后對正反旋螺栓進行微調，保證各瓦楞形鋁板處于同一水平位置。

通過分析鋁吊頂的整個制作過程可知，鋁吊頂零部件之間的連接不需要焊接，只需施工人員通過螺栓及鉚釘進行連接即可。還有很重要的一點是與不銹鋼懸頂板相比，瓦楞形鋁板較為輕便，在現場安裝中很少需要使用機具進行吊裝。

4 結束語

鋁吊頂不僅在原材料的價格上遠低于不銹鋼懸頂的價格，而且安裝制作簡易、重量較輕，在整個制作過程中只需要耗費少量的人工和機具，可縮短建造周期，另外鋁吊頂在業內也逐步得到認可。在現在市場競爭這么激烈的情況下，業主往往要求LNG吊頂儲罐的價格低、建造周期短。用鋁吊頂來代替傳統的不銹鋼懸頂無疑是有效提高公司市場競爭力的方法之一。