超低溫LNG儲罐內罐鋼穹頂氣頂升施工技術

王宇 周凈 王震宇

中國建筑一局（集團）有限公司 北京 100161

1 氣頂升概況

大型LNG儲罐穹頂氣頂升考驗的是施工單位整體組織、協調能力，以及對整體現場管控能力、后勤保障能力；需要施工單位現場所有職能部門的通力協作才能夠順利完成。

溫州液化天然氣（LNG）接收站項目接收站工程兩臺200000m3LNG儲罐，外罐幾何尺寸滿足設計要求，第十二層混凝土強度已達到氣頂升要求，穹頂、鋁吊頂組焊驗收合格，各吊耳、焊接錨固點等固定件強度復核完成，具備穹頂氣頂升條件[1]。

外罐為預應力混凝土結構，內罐為06Ni9DR低溫鋼結構，外罐頂為自支撐的拱頂結構，內罐的鋁制吊頂用不銹鋼吊桿懸吊在拱頂上。儲罐混凝土罐壁內直徑88m，穹頂結構跨度87.62m，高13.675m，氣頂升上升高度約為39.703m。穹頂上共安裝131個接管，由于接管分布不均勻，為避免穹頂重心偏移，用鋼筋做平衡配重，保證對稱的兩個區域力矩相等，從而保證整個穹頂重心不發生偏移。3臺電動葫蘆成120°角均布于內軌道梁之上。經過計算本次氣頂升的穹頂理論重量約為866.6t，頂升截面面積6079m2。

2 工法特點

工藝新穎、安全性高：創新了一種穹頂氣頂升施工系統，該系統由平衡系統、密封系統、鼓風系統、固定系統、測量與監測系統五大系統組成，能夠有效保證施工質量，安全可靠。

同步施工、節約工期：實現了外罐與鋼穹頂預制、鋁吊頂安裝、鋼穹頂接管等同步施工，可有效縮短工期。

操作簡便、經濟性好：鋼穹頂的氣頂升系統采用的材料、設備較為常見，操作簡便，經濟效益良好。

3 施工工藝流程及操作要點

3.1 氣頂升前置工作

3.1.1 在外面罐底板工程施工環節，鋼穹頂開展分片預制構件，外罐罐壁工程施工至第四帶，即模版提高至第四帶使罐內壁底部騰出空間，以利于安裝鋼穹頂邊沿柱及核心支撐架。

鋼穹頂按圖進行預制構件，分片吊裝至罐內放置于核心支撐架及邊沿柱頂固定不動，全部吊裝進行后開展組對電焊焊接成總體。以上工作中進行后，外罐壁再次工程施工至頂部承壓環部位，運用外罐壁工程施工時間進行鋁吊頂安裝等工作中。

3.1.2 外罐罐壁工程施工至檐梁部位安裝抗壓環，抗壓環系用以鋼穹頂頂升就位后與鋼穹頂開展電焊焊接固定不動。

3.2 鋼穹頂氣頂升準備工作中

均衡系統軟件安裝。①均衡系統軟件關鍵目的是通過鋼絲繩連接底部鎖架與對向頂部T型架，具有固定不動效果，確保鋼穹頂在頂升全過程中可以確保平穩，不偏位。②底部鎖架：在罐內壁首帶埋件部位，應用12mm厚厚鋼板電焊焊接在襯板環向預埋件上構成錨點。③T型架的安裝部位，將T型架組焊到承壓環斜向板上，T型架的型鋼立桿與承壓環斜向板觸碰的位置均要電焊焊接，焊角相對高度不低于8mm；T型架電焊焊接完后安裝斜拉筋（13組T型架用斜拉筋，均勻分布），斜拉筋為角鋼；T型架及斜拉筋電焊焊接后都要開展100%外形查驗，T型架與承壓環斜向板的焊縫做100%PT檢驗。④從頂部T型架的外端學會放下線墜，在蒙皮板上相匹配部位開一個Φ30×100的長圓孔，蒙皮板下方為薄厚8mm、100×300的橡膠板，應用密封膠將二者連接，防水套管焊角相對高度為3mm，防水套管外沿外擴呈喇叭形，避免割傷鋼絲繩。⑤從上向下安裝均衡鋼絲繩，留意在越過蒙皮板時維護防水套管；鋼絲繩越過蒙皮板前，可以運用線墜和厚鋼板尺等專用工具精準定位，安裝坐落于軌道梁上的滑輪組。⑥安裝均衡鋼絲繩，先后越過第一組滑輪組對面滑輪組，最后固定不動到底部鎖架上。⑦為防止均衡鋼絲繩下沉、纏繞，在鋁吊頂核心安裝一個均衡鋼絲繩的托架；核心與罐核心重疊，半徑R=2.5m；托架立桿底部采用維護對策，防止立即與鋁板觸碰。⑧鋼絲繩全部固定不動結束后應用抗拉力計和倒鏈對稱性安裝均衡鋼絲繩，氣頂升前一天開展鋼絲繩預緊，將鋼絲繩的原始抗拉力調節為9000N（張拉時調節到15kN，經鋼絲繩12h回彈至9kN），各自在0°、90°、180°、270°順時針方向第一根鋼絲繩部位上各自安裝1個抗拉力計，有利于氣頂升期間測量鋼絲繩抗拉力。⑨均衡配重。

3.2.1 穹頂均衡配重測算表。由于鋼穹頂頂部帶有防水套管、埋件等構件而且遍布不勻稱，造成穹頂各點位重量遍布不均勻，使頂升發生偏位、滑移、扭轉等狀況，因而需提升相對應配重，用以均衡各點位重量，配重選用建筑鋼筋和沙包，建筑鋼筋為主導配重；

3.2.2 鼓風系統軟件安裝。風機布局及安裝調節：全部氣頂升全過程中，以發電機組為主導開關電源開展,與此同時4強臺風機連接現場工程施工用電量網。所應用的轉換開關具有全自動轉換的作用，此舉是為了防止發電機組出現意外終止工作中產生的影響[2]。

3.2.3 密封性系統軟件安裝。①安裝主密封性板（鍍鋅鐵皮），主密封性板之間搭接量為100mm，用臨時工裝（龍門板、楔子）固定不動在蒙皮板下表層，安裝進行后避免楔子松動，將楔子點固焊在龍門板上。②逐件安裝密封性板，確保密封性板之間是密切連接且搭接量達到規定。③密封性板安裝進行后，用密封性膠布封住密封件之間的間隙，避免漏風。④主密封性板安裝進行后，開始安裝輔助密封性，即鋁箔玻璃布。輔助密封性總寬為360mm，與主密封性搭接尺寸為160mm。⑤穹頂防水套管封堵。a.由于穹頂在接手、防水套管安裝后再開展氣頂升，對于有防水套管的，氣頂升前安裝防水套管，防水套管設計標高應預埋50～100mm。b.對于無防水套管、而且不影響后面罐頂加工工藝配管的液位計、溫度計、感應器、變送器、換置管、真空泵閥、珍珠巖填充口、抽樣管等管路，氣頂升前安裝宣布法蘭。c.全部與空氣聯通的防水套管或是接手法蘭均應在頂升前選用盲板或盲法蘭封堵。⑥尺寸門洞封閉式。a.罐內密封性系統軟件及均衡系統軟件零配件全部制作進行后開始大小門洞封閉式的預制構件工作中。b.尺寸門洞密封性的預制構件及安裝按照規定開展。c.尺寸門洞密封性板與埋件之間開展電焊焊接，電焊焊接選用斷續焊，焊100mm隔300mm。

3.3 鋼穹頂預頂升

3.3.1 預氣頂升的目的是為了檢查氣頂升各系統的可靠性，穹頂是否不受臨時支柱的約束，穹頂重心是否穩定，穹頂的水平度是否在可控范圍之內（平衡鋼絲繩預緊力9000N，穹頂水平度應在150mm以內）。

3.3.2 人員進罐主要檢查密封情況；檢查人員佩戴頭燈，提前從太空艙進入罐內待命。在預氣頂升開始時，在組長的指揮下進行檢查。第一，檢查密封是否有大的漏氣點，檢查密封跟混凝土內罐壁的貼合情況，檢查密封本身在上升過程中有沒有褶皺、損壞；第二，檢查鋼絲繩、滑輪組的運轉情況，有無異常；第三，若一切正常，檢查組人員在預氣頂升結束后出罐。

3.3.3 切換風機，測試風機關閉到啟動及備用風機調試是否順暢，并檢測風機從發電機發電切換至市電，是否順暢。

3.4 鋼穹頂正式頂升

①再次檢查確認所有的設備和人員就位情況。②確認鼓風機及電源在正常工作狀態。③啟動1#、2#鼓風機，慢慢增加風量達到壓力升起穹頂。④通過無線測量傳感器收集四個位置的數據，判斷穹頂上升時是否平衡，每隔5min進行一次數據分析，編制專門的氣頂升數據記錄表。a.現場通過電腦連接使用4個激光測距儀進行測量，測距儀分別布置在4個方位，通過發射和接收激光信號來測量穹頂上升高度。b.使用提前編輯好的應用程序可自動完成測量過程及結果匯總。⑤繼續增加壓力，監控穹頂的上升情況，同時檢查確認26根導向鋼絲繩工作正常。⑥繼續增加壓力，并根據測量組計算的穹頂上升速度，確認穹頂一直保持在平衡狀態。⑦保持一定壓力，使穹頂上升速度控制在200-450mm/min。⑧若一處密封失效，穹頂繼續保持氣頂升，氣頂升總指揮下令，啟動備用鼓風機，增加風量彌補密封失效造成的風量損失。⑨當穹頂距承壓環還有3m時，降低風壓，保證穹頂上升速度控制在200mm/min之內，并時刻監視承壓環上四個方位的中心線與穹頂上4個方位中心線的偏移量，控制在10mm以內。⑩穩壓直到穹頂升到最高；在穹頂蒙皮板貼緊承壓環后，保證壓力維持在115mm水柱以上，極限壓力不得大于200mm水柱。?整個氣頂升過程中，以發電機為主電源進行。為保證整個過程的連續性，配備足夠數量的柴油，且風機須接入現場施工用電，轉換開關具備自動切換功能，避免油料不足帶來的問題。?氣頂升期間設置一臺備用風機，若工作中其中一臺出現故障，關閉該風機及風門，啟動備用風機，補償氣量損失。?過程中如果罐內壓力過大，穹頂上升速度過快，則需要通過打開泄壓閥門或者減小風機進氣量來調節。?若所有鼓風機不能補償風量致使穹頂下降，在這種危險狀況下，立即關閉所有泄壓孔，使穹頂減緩下降速度至最低，與此同時，第一時間恢復所有鼓風機正常工作。?穹頂與承壓環緊密接觸后，固定組人員開始進行穹頂與承壓環的組焊工作。?穹頂與承壓環焊接完成后緩慢釋放罐內壓力，并逐個關停風機，泄壓過程中嚴禁突然放壓使罐內形成負壓。

3.5 穹頂就位固定

3.5.1 臨時性固定不動件的遍布。穹頂頂升及時后，在每條徑向梁上電焊焊接1個L型板（δ=12mm），單臺罐共計104個；蒙皮板與承壓環有空隙的位置，選用長楔子、千斤頂開展調節；固定不動穹頂用楔子全部均布到承壓環上，以便捷穹頂升到部位后快速開展固定不動與電焊焊接。

3.5.2 穹頂板固定不動。

（1）穹頂頂升到間距罐頂也有10m時，固定不動組工作人員開始陸續分次上罐，每批工作人員不可超出6人，抵達特定部位后，再度查驗固定不動所應用的工機具狀況，待穹頂與承壓環斜向板觸碰后，通過提早電焊焊接在徑向梁上的L型板，穿楔子固定不動并卡緊。

（2）卡緊后焊工開始電焊焊接，以徑向梁為核心，兩側最少電焊焊接650mm。焊縫務必電焊焊接兩層，焊角相對高度不可低于6mm。

（3）若蒙皮板與承壓環觸碰不勻稱，空隙過大的地方應用長楔子、千斤頂開展調節。

（4）罐內的承壓環豎向板與104根徑向梁電焊焊接進行后再拆卸L型板，徑向梁上固定不動板切除后的位置開展負壓值不小于53KPa的真空泵試漏，以確保鋼穹頂的嚴實性合乎規定[3]。

4 結束語

隨著國家建筑產業的現代化，綠色建筑理念也越來越受到重視。在這種情況下，一種新的工法應運而生，它積極響應國家的建筑現代化和綠色建筑理念，被廣泛應用于大型低溫儲罐建設中。這種工法探索了節材、節能、高效安全的施工工藝和方法，取得了良好的社會效益。這種工法的最大優勢是能夠有效解決大型低溫儲罐的頂升難題。在以往的建設中，大噸位、大直徑鋼穹頂的頂升一直是一個難題，不僅施工難度大，而且安全風險高。但是，這種新的工法通過獨特的設計和施工方法，有效地解決了這個問題。這種新的工法在大型低溫儲罐建設中得到了廣泛應用，為國家的建筑產業現代化和綠色建筑理念的推廣做出了積極的貢獻。它不僅解決了傳統建設中的難題，而且提高了建設的效率和安全性，具有很高的經濟效益和社會效益。