22 萬m3薄膜罐拱頂安裝技術措施

李金城張曉光

1.中國石油天然氣第六建設有限公司 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

北京燃氣天津南港LNG 應急儲備項目儲罐一階段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，目前國內尚未開始應用。薄膜型儲罐的穹頂結構由材質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表面為56 邊形且沒有襯板預埋件，內罐標高EL+5.2m 熱角保護預埋件由56 塊直邊鋼板及56 塊173.6°折角邊鋼板組成，且每塊預埋件上有相應的錨栓，在部分直邊鋼板上需要開孔連接不銹鋼氮氣管線。其罐內壁主要由絕緣填充層內、二級薄膜及一級波狀薄膜構成。

2 拱頂參數

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，在預制胎具預制成型吊入罐內進行組裝，因拱頂塊跨度約43m 長，撓度大，重量重，為了保證拱形要求，必須要通過設計邊緣支撐、中間支撐及中心支撐來維持這個拱度及承重。因穹頂重約900t，采用非常規方法（充氣頂升）進行安裝。

3 拱頂安裝流程

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

3.1 拱頂塊地面預制存放

（1）根據施工現場需要制作若干個預制胎具，拱頂結構梁需要在現場組對，另外頂板需要現場進行下料預制。拱頂塊主要包含徑向主梁、環向次梁及風撐。

（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的環上，位置無誤后進行焊接，焊接時應遵循焊工均布、先焊翼板后焊腹板的順序，盡可能減小變形。焊接工藝參數應按照焊接工藝指導書進行焊接，進一步減小變形。

（4）安裝頂板。頂板到貨現場驗收合格后，根據設計圖紙尺寸下料預制，安裝時應按已標識的件號進行安裝，之后先均勻焊接仰焊縫，再焊接平焊縫。因為平焊縫為連續焊縫，所以焊接必須由下到上進行跳焊，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。因為預制胎具有限，而1 臺儲罐拱頂塊共有28 塊，所以必須把預制好的移位到存放胎具上。一個儲罐需預制8 個存放胎具。存放胎具地面需要進行壓平、壓實處理。

3.2 邊緣支撐固定預埋件設計及安裝

（1）基于薄膜罐內部結構與9%Ni 罐不同，沒有混凝土外罐罐內及罐底襯板，即缺少這部分預埋件，導致薄膜罐邊緣支撐無法固定，經與設計多次溝通，由現場施工根據實際情況制定解決措施，根據施工經驗及22 萬m3薄膜罐56 邊形的結構特征，邊緣支撐固定預埋件優化設計詳圖如圖1 所示。

圖1 預埋件詳圖

（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，設計預埋件見上圖1詳圖，每塊預埋件之間中心標高一致，安裝時預埋件表面要與混凝土罐內表面相平，預埋件安裝過程無特殊要求、耗材少、施工簡單、安全系數高、對薄膜罐后續工序無任何影響，經設計核算完全滿足拱頂邊緣支撐固定結構安全使用要求。

3.3 拱頂邊緣、中間、中心支撐預制安裝

（1）因拱頂塊跨度約43m 長，撓度大，數量多，重量重，為了保證拱形要求，必須要通過設計邊緣支撐、中間支撐及中心支撐來維持這個拱度及承重。下面主要以拱頂邊緣支撐優化預制安裝進行闡述。

（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，橫撐112 個，如上圖2 所示，無需連接臨時構件。20 萬m39%Ni 罐需邊緣支撐108 個，橫撐108 個，如上圖3 所示，需108 個連接臨時構件（由型鋼下料、預制、滿焊在108 根拱頂徑向梁上）。經優化后的一臺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、強度也越小，安全穩定性也就越小，即22 萬m3薄膜罐邊緣支撐較20 萬m39%Ni 罐結構安全使用可靠。

3.4 拱頂塊吊裝就位組裝

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

（2）罐頂的安裝標識。安裝罐頂前應先安裝中心圈，調整完成后，應在中心圈的上表面標識出大塊兩側兩根梁的位置和大塊的標號，以便安裝罐頂塊時迅速找準位置。之后，大塊的支座也應在安裝前劃出十字線。另外，大塊中心所對應的邊緣立柱也應標識，以便現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及時檢查中心支架的頂部是否發生位移。每一個大塊在安裝時應檢查支座位置是否與立柱所標識位置一致。

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

（5）罐頂大小塊之間環梁的組對焊接使用升降機進行作業。

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相對密閉的空間，再利用鼓風設備向儲罐內強制送入大風量低壓力的空氣。當空氣總浮升力大于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，儲罐拱頂和吊頂等一起沿著PC 墻浮升至儲罐PC（預應力）墻頂部的抗壓環，最終與抗壓環焊接連接就位。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構成：平衡系統、密封系統、監測系統、風機系統和通訊系統。

（3）氣頂升過程步驟：檢查每個風機的節氣閥處于關閉狀態，每個壓力計的刻度要調節到0 刻度；啟動4 臺發電機，給4 臺風機送電，啟動4 臺風機；準備就緒后，指揮長向項目經理報告，項目經理發布正式開始氣頂升命令；緩慢打開節氣閥——2 臺風機用于正常供氣，1 臺風機用于調節，1 臺風機備用；壓力上升之后，要對照預氣頂升所做的記錄來檢查空氣消耗量和罐內壓力；在拱頂離開支架的時候要檢查節氣閥打開度，電流和壓力；拱頂緩慢的以100mm/ min 的速度提升到1000mm 高度；拱頂穩定在1000mm 高度，檢查平衡壓力，風機的電流，節氣閥的打開度；繼續慢慢打開節氣閥，使拱頂以平均200mm/ min（最大300mm/ min）的速度持續提升；拱頂保持以平均200mm/ min 的速度提升到離罐頂抗壓環最后的1000mm 處；慢慢關閉節氣閥或打開泄壓口，使拱頂降至以平均100mm/ min 的速度提升，直到離罐頂抗壓環最后的500mm 處；在即將接觸到抗壓環之前，要穩定拱頂的高度，并檢查和調整拱頂方位；在拱頂接觸到抗壓環板后，要用卡具和夾具將拱頂固定到抗壓環板上，焊接好448 個限位塊；在完成拱頂焊接固定并經QC 人員對焊接情況檢查合格后，通知指揮長，停止4 臺風機運轉；最后停止4 臺發電機運行；氣頂升完成。

4 結語

因薄膜罐在國內尚未開始應用，且22 萬m3薄膜罐的規模在國內或在世界上是首例。設計、施工、投產運行等各方面不熟練，施工需要不斷地在過程中摸索，不斷地改進和優化施工工序與施工缺陷，通過不斷地總結形成一套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施工這部分的空白。