LNG儲罐罐頂拱架吊裝方案研究

段圣杰 張 健

中國成達工程有限公司 成都 610041

近年來，以“低能耗、低污染、低排放”為基礎的低碳經濟模式全面發(fā)展，液化天然氣由于具有少污染、高熱值、存儲、運輸方便及相對較為安全等特點，在經濟發(fā)展中的重要性也逐漸的突顯出來。LNG存儲行業(yè)也隨之大力發(fā)展。大型LNG儲罐作為LNG接收站的核心設備，具有施工工藝復雜、質量標準要求高等特點，其罐頂拱架的安裝尤為重要，下面將就拱架網片的吊裝方案進行論述。

廣州某LNG應急調峰儲氣庫項目，包括兩臺16萬m3LNG儲罐，剛拱架球面半徑為82m，矢高約為11m，采用96根徑向梁及11圈環(huán)向梁組成，鋼梁采用國家標準熱軋H型鋼，型號為HN350×175×7×11mm，材質為Q355NE，拱架頂蒙皮為6mmm厚16MnDR鋼板。剛拱架結構形式見圖1。

圖1 剛拱架布置圖

由于剛拱架整體尺寸較大，現場采用模塊化分片預制的施工方案。單臺罐剛拱架共分為24片，其中大、小拱架網片各12片。包括蒙皮板在內的大片重量為20.5t，小片重量為17.10t，所有網片均在預制場地完成預制后由履帶吊車吊入罐內進行整體拼裝，大網片的結構形式見圖2，小網片的結構形式見圖3。

圖2 大拱架網片形式圖

圖3 小拱架網片形式圖

1 吊裝工藝

大、小拱架網片均在頂部設置6個吊點，吊耳的位置設置見圖4，拱架網片從預制場地吊入罐內采用260T履帶吊，鋼絲繩選用φ28-6×37+FC-1670型號，鋼絲繩與吊耳、鋼絲繩與倒鏈之間均通過卡環(huán)連接。吊點的位置設置要使拱架結構整體穩(wěn)定，避免偏心引起傾斜。

圖4 拱架網片吊點布置圖

吊裝前根據預設鋼絲繩長度，調整拱頂塊與安裝角度基本吻合，并進行試吊，試吊時吊機緩慢起鉤，速度控制為400mm/min。整個試吊過程中觀察地基的沉降情況和吊索具的承載情況。試吊起升高度離地面約為300mm，靜止3分鐘，若無異常情況即可繼續(xù)吊裝，反之，應立即停止吊裝作業(yè)。當拱架網片吊至安裝位置上方后，吊機緩慢落鉤，速度為400mm/min，待拱架網片距安裝支撐上方200mm時停止落鉤。通過預先設置的2根麻繩及手拉葫蘆微調拱頂塊，使拱架網片與安裝角度吻合后緩慢落鉤，安裝拱架網片外端于邊緣支撐上，然后緩慢落鉤將拱架網片內端安裝于中心立柱上，重心位置處立柱立于承臺上。拱架網片三端的支撐連接限位均焊接固定，完成整片拱頂塊的安裝和固定，吊機摘鉤。

履帶吊在吊裝過程中，主臂長度為77m，主臂夾角為71.8°，吊車在環(huán)形走道的位置與儲罐的相對關系如圖5。

圖5 吊裝示意圖

2 吊裝計算

2.1 拱架吊裝整體計算

拱架整體吊裝計算采用SAP2000有限元軟件進行分析，由于大、小拱頂塊吊裝受力相似，本文僅對大拱頂塊進行受力分析。在軟件分析中，拱架梁采用框架單元模擬，蒙皮板采用薄殼單元模擬，吊繩采用索單元模擬。具體計算分析模型見圖6，分析計算結果見圖7～9。

圖6 計算模型簡圖

圖7 節(jié)點反力圖(單位：kN)

圖8 吊繩軸力圖(單位：kN)

圖9 變形圖(單位：mm)

2.2 鋼絲繩安全系數計算

從拱架吊裝的整體計算可知，鋼絲繩的最大拉力為71kN，吊裝鋼絲繩選用φ28-6×37+FC-1670型號，破斷拉力為432kN[1]，鋼絲繩的安全系數K=432/71=6.08>[K]=6，其中[K]為鋼絲繩的允許安全系數[2]。

2.3 吊耳計算

吊裝用的吊耳材質為Q345，厚度為20mm，具體尺寸詳見圖10，計算時采用單根鋼絲繩最大受力值對吊耳進行校核。

圖10 吊耳截面示意圖(單位：mm)

(1)對于1-1截面進行剪應力計算：

(2)對于2-2截面，垂直于該截面的拉應力為

1000=13.06MPa

平行于該截面的剪應力為

1000=14.51MPa<[τ]

由于荷載偏心引起的拉應力為：

6×1000=43.52MPa

應力組合值為：

(3)對于焊縫的驗算如下：

吊耳的角焊縫高度為hf=12mm，雙面角焊縫，焊縫單面長度l=200mm。設計中按照直角角焊縫強度進行驗算，其中：

正面角焊縫的計算值為：

側面角焊縫的計算值為：

由于荷載偏心引起的拉應力為：

在各種力的綜合作用下，σf和τf共同作用處：

綜上計算可知，吊耳及焊縫均滿足承載力設計要求[3]。

3 結語

本文對某LNG儲罐拱架結構的預制化及吊裝方案進行了詳細介紹及完整的設計計算分析，可為國內的其他類似 LNG 儲罐工程中拱架吊裝施工提供方案參考。