16万m3储罐拱顶气吹升顶.docx

海南LNG项目储罐工程

16万M3储罐拱顶气吹顶升

目 录

1.储罐拱顶简述 1
2.储罐拱顶作业流程 1
3.气吹顶升参数 1
3.1 气吹总重量 2
3.2 风压计算 2
3.3 风机选择 3
4.气吹顶升组成 4
4.1平衡系统 4
4.2风送系统 5
4.3密封系统 6
4.4监视测量系统 6
5.气吹顶升的组织及分工 7
6.气吹顶升 7
6.1预顶升 8
6.2 正式顶升 8
7.气吹顶升的HSE管理 8
8.结束语 9
附件一 拱顶制作流程 10
附件二 相关图片 11

16万m3储罐拱顶气吹升顶

1.储罐拱顶简述
16万m3LNG低温储罐拱顶组成可分为三部分，12片大型拱顶预制块，12片小型拱顶预制块，另外加直径φ6000mm的中心环，大型拱顶预制块与小型拱顶预制块交错均匀布置，拱顶组成图见图一。
拱顶块总重293.7T，其中大型拱顶预制块每片16.1T，小型拱顶预制块每片8.2T，中心环2.84T。整个拱顶由材质为S275J2的钢板和材质S355J2的H型钢现场焊接而成，焊接全部采用手工电弧焊。
拱顶施工分为预制、储存和安装三个阶段，其中预制、储存工作在罐外进行，所需时间约30天，预制时采用25T汽车吊进行拱顶块的组装，拱顶块预制完后临时储存在储罐的周围，大（小）型拱顶块每3块堆放在一起，分为4个堆放点分布在储罐的四周，拱顶储存采用70T履带吊运输至预定位置存放。拱顶块安装就位采用260T履带吊从罐外吊入罐内进行组对、安装，中心环采用土建分包商的塔吊配合进行吊装就位，整个安装过程时间约35天。
拱顶块在罐底部安装焊接完成后用鼓风机进行气吹顶升把整个拱顶从罐底部提升至罐顶部，整个提升时间约200min，在拱顶升至罐顶部后完成拱顶块与承压环的焊接固定。
2.储罐拱顶作业流程
拱顶作业的工作流程见附件一。
3.气吹顶升参数
拱顶安装焊接完成之后，需要将拱顶从罐底部利用气吹法顶升至罐顶部，在气吹顶升前除拱顶完成外，其他的相关工作（如铝吊顶，承压环安装）都已经完成。
3.1 气吹总重量
气吹顶升重量包括拱顶和接管重量、铝吊顶重量、临时材料和配重等，见表一，计算如下：
气吹总重量计算 G总=(M1+M2+M3+M4) ×g
=（409.7+88.1+13.7+22.7）×9.8
=5235 KN
式中：G总——吹顶总重
G——力学常数，取9.8N/kg
M1——拱顶梁和拱顶衬板重量
M2——铝吊顶和拉杆重量
M3——拱顶接管和套筒重量
M4——铝吊顶和拉杆重量
考虑顶升时拱顶与混凝土墙之间的摩擦力，拱顶总重量取5500KN。
表一 拱顶顶升时的重量计算
序号
构件名称
重量
备注
1
拱顶梁和拱顶衬板
409.7T
包括内外侧轨道梁的重量
2
铝吊顶和拉杆
88.1T
包括铝吊顶走道重量
3
拱顶接管和套筒
13.7T

4
施工用临时设备和吹顶配重
22.7T

3.2 风压计算
吹顶时平衡压力计算：P平=G总/S=4 G总/πD2
=4×5500×103/（3.14×78.322）
=1142.2Pa = 116.5mm水柱
式中：P平——平衡风压
G总 ——吹顶总重
S ——吹顶时拱顶受力面积（拱顶的投影面积）
D ——混凝土罐壁内径
在气吹顶升过程中，由于需克服拱顶密封玻璃布和混凝土墙壁之间产生动摩擦力，因此在拱顶上升时其实际气压应大于116.5mm水柱，即顶升风压按120mm水柱。
3.3 风机选择
在拱顶匀速上升时，其顶升压力基本保持不变，拱顶安装的密封玻璃布和混凝土墙壁之间的摩擦力也是恒定的，此时整个拱顶系统处于动态的平衡，此时考虑单位时间1min内拱顶体积的变化来计算风量，风量的计算应以吹顶时最大提升速度来考虑，整个升顶过程中温度可假定为恒定不变的,由此可得：
进风量Q0=ΔQ (P顶+ P0)/P0
ΔQ=ΔHS
式中：Q0——初始计算风量
ΔQ——单位时间1min内体积增加量
ΔH——单位时间1min内高度上升量
S——拱顶水平投影面积
V大——最大上升速度（见表二）
P顶——顶升压力（见表二）
P0——标准大气压力（取101.325Pa）
ΔQ=ΔHS=V大S=300×10-3×3.14×78.322=1444.56m3
P顶=120×10-3×9.8=0.1176Pa
Q0=1444.56×(0.1176+101.325)/101.325=1446.24 m3/min
考虑到升顶过程中不可避免的有空气向外泄露，根据类似项目经验取35%的漏风量，则风机风量为：
Q1=(1+35%) Q0
=1.35×1446.24=1952 m3/min
式中：Q0—初始计算风量
Q1—考虑泄露量后的计算风量，即风机风量
因此选用的风机风量大于1952 m3/min即能满足气吹顶升的要求。
表二 气吹顶升主要参数一览表
序号
项目
气吹顶升参数
备 注
1
吹顶总重
5500KN
包括顶升时拱顶与混凝土墙之间的摩擦力
2
提升总高度
39888mm

3
平衡压力
116.5mm水柱

4
顶升压力
120mm水柱

5
平均提升速度
200mm/min

6
最大提升速度
300mm/min

7
顶升持续时间
200min

8
进气速度
1952m3/min
考虑了顶升时35%的漏风量
4.气吹顶升组成
拱顶气吹顶升主要包括4大系统，即平衡系统、风送系统、密封系统和监视测量系统。
4.1平衡系统
平衡系统包括平衡配重系统和平衡校正系统。
4.1.1平衡配重系统
为了保证气吹顶升时拱顶的平稳升起，必须保证整个拱顶重量的对称分布。拱顶和铝吊顶本身重量本身就是对称分布的，但是铝吊顶通道，拱顶接管和套筒的分布却不是对称分布，而且在气吹顶升前都已经安装完毕，可以利用铝吊顶盖板，施工用临时设备（如电动葫芦，配电箱，电焊机等）放置在铝吊顶上来调整配重；在拱顶上配置土建施工用的钢筋来调整配重，以达到整个拱顶的重量平衡。
4.1.2平衡校正系统
平衡校正系统共24套，沿圆周均匀分布，主要包括T型架，底部中心固定块，中心滑轮，导向滑轮，开口滑轮以及钢丝绳，平衡校正系统详细构成见表三。
表三 平衡校正系统构件表
序号
构件名称
说 明
备注
1
底部中心固定块
固定块设置于罐底部中心，由钢管和H型钢组成，通过事先预埋在混凝土里的地脚螺栓连接固定在罐底部，是钢丝绳的固定装置，钢丝绳缠绕固定在底部中心固定块
见图二
2
中心滑轮组
中心滑轮组由24个滑轮组成，焊接在拱顶中心放空管上，用来改变钢丝绳的方向
见图三
3
导向滑轮
导向滑轮总共48个，分两处焊接在拱顶上，一处位于投影半径R15350mm（24个），另一处位于投影半径R28000mm（24个），用来支撑钢丝绳，减少摩擦力
见图四
4
开口滑轮
开口滑轮与临时吊耳连接，设置于拱顶上投影半径R39063mm，总共24个，用来改变钢丝绳的方向
见图五
5
T型架
总共24个，焊接在承压环上，作为钢丝绳的支撑
见图六
6
钢丝绳
1-5号构件通过钢丝绳连接形成完整的气吹顶升平衡校正装置，分别在00、900、1800、2700安装4个拉力计，拉力计预紧力为13KN
见图六
4.2风送系统
风送系统包括供电系统和风机系统。供电系统采用双回路，即由2台发电机和市电组成，可以进行切换；风机系统由4台鼓风机（2台备用），4台控制柜（与鼓风机配套使用）、4组风道（与鼓风机配套）和风量控制阀组成。
4组风道通过临时大门洞口与罐内相连，在风道上需要设置紧急闸阀，鼓风机需要固定于地面上防止运转时震动，在小门洞口设置人行通道以便在气吹顶升时人员进出罐内；在顶升前需要提前调试好鼓风机并做好调试记录。
风送系统通过向罐内不停的输送压缩空气，当罐内空气压力达到顶升平衡压力时，拱顶开始上升。
4.3密封系统
密封系统分为三大部分
4.3.1拱顶开孔密封
已经安装在拱顶上的接管和套筒都都要用盲板密封住，对于带法兰的接管可以用盲板加临时垫片密封，对套筒可以在末端焊接临时盲板，但是必须考虑足够的余量以便吹顶后与外部管道的连接。
4.3.2 混凝土外罐洞口密封
主要有临时洞口，混凝土承台上预留的排水孔和锚固箱孔。临时门洞可以用钢板进行封闭，但必须在钢板上设置足够的支撑防止顶升时受罐内空气压力导致变形甚至破坏；排水孔可以由土建施工单位进行灌浆密封；锚固箱孔通过锚固带、下方的止动板焊接密封。
4.3.3 拱顶衬板与混凝土墙之间的间隙密封
此处密封最为重要和关键，用密封玻璃布（带钢丝网）进行密封。在拱顶衬板下方焊接U型卡，通过U型卡把密封玻璃布（与钢丝网一起）固定在衬板上密封布与密封布之间为搭接，搭接长度不小于150mm，在密封布安装完后在密封布与拱顶衬板间再贴上铝箔胶带进行密封（见图八）。
4.4监视测量系统
本系统包括罐内压力测量系统和拱顶位移测量系统。
4.4.1压力测量系统
在气吹顶升时，需要时刻关注罐内压力变化，可以利用透明塑料管制作U型压差液位计，用来测量罐内与罐外（大气压力）的压力差。U型压差液位计需要制作3套，2处压力取源点在临时大门洞，1处取源点在小门洞口；压差计一端与罐内相通，另一端与大气相通，用标尺固定在塑料管旁以便读数（见图九）。对于大门洞的2处压力取源点，其压差计设置在大门洞附近；而小门洞的1处压力取源点，其压差计在预吹顶时设置在罐内指挥台旁，在正式吹顶时需要放置在罐顶部指挥台旁。
4.4.2拱顶位移测量系统
气吹顶升时，在罐顶四周设置均布8个测量点（预顶升12个测量点），通过在拱顶上设置8个固定点，将8把50m量程的盘尺一端固定在拱顶上，另一端引到罐顶部承压环上，通过盘尺的刻度来记录顶升时拱顶的位移。同时，在罐壁混凝土墙壁上00和1800处标出刻度。
5.气吹顶升的组织及分工
为了完成拱顶气吹顶升工作，应根据气吹顶升组成的主要控制点将人员进行分工分组，明确各组人员的岗位和职责，便于统一控制和管理，组织分工如下：
Ø 指挥组：包括总指挥、设计代表和数据统计人员；
Ø 巡视组：负责巡视监督各组人员；
Ø 风机组：按总指挥指令控制风机；
Ø 测量组：按总指挥指令测量拱顶高度；
Ø 拱顶监视组：负责拱顶密封、拱顶与PC墙间隙观测；
Ø 拱顶平台巡视组：负责对拱顶人员进行管理，防止人员聚集或引导人员出入；
Ø 焊接组：由钳工和焊工组成，各自按分工负责拱顶气吹到顶后与承压环的焊接工作；
Ø HSE管理组：负责气吹顶升工作人员的HSE培训，对进入现场的人数进行控制和管理，组织应急与响应人员待命；
Ø 应急组：负责紧急情况的紧急和响应。
6.气吹顶升
气吹顶升包括预顶升和正式顶升两个阶段。
6.1预顶升
预顶升之前需要确认以下工作已全部完成：
Ø 鼓风机调试运行完成且运转良好，发电机供电正常。
Ø 钢丝绳已拉紧，4个拉力计已调整至设定值13KN。
Ø 平衡配重已按照设计要求摆放至指定位置。
Ø U型压差计已安装完成。
Ø 密封材料已安装完成，对于损坏的已经修补完毕。
预顶升是验证主要计算参数选用的正确性，同时检验密封材料是否完好，检测拱顶配重位置是否准确，风机风量是否满足要求等，同时也是训练和检验气吹顶升各系统组织机构人员在统一号令下的熟悉、协调和配合情况。
预顶升时在罐内四周均布设置12个测量记录点，在拱顶开始起升时，按总指挥台统一指令，12个测量记录员同时记录起升高度，起升高度至300mm时停止顶升，预顶升时拱顶最大倾斜值小于150mm为合格。罐内开始降压，拱顶下降时需要注意密封材料被损坏。
对预顶升存在的问题要马上进行整改，一般预顶升工作应进行2次。
6.2 正式顶升
正式顶升时在罐顶四周设置均布8个测量点，通过这8个测量点来测定拱顶上升位移。拱顶开始上升时（上升高度1000mm以内），上升速度应控制在100mm/min；拱顶上升平稳后可提高上升速度至300mm/min，上升过程中每隔5min记录下拱顶上升位移（由总指挥台统一发号指令）；在上升的最后500mm需要降低速度为100mm/min，同时当拱顶上升至32000mm高度后，所有的焊工和铆工应分派到相应位置，待拱顶与承压环接触后开始焊接，对于缝隙较大处可用楔子或者千斤顶进行调整；由于拱顶下方的支撑未安装，因此需要在拱顶上安装支撑以防止关闭风机后拱顶下塌。风机关闭罐内泄压后完成间隙大的部位的焊接。
7.气吹顶升的HSE管理
气吹顶升前，必须做好HSE管理的策划，并制定相应的管理程序，同时做好参与气吹顶升工作人员的安全培训和技术交底工作，包括：
Ø 进行危险源识别，编制JSA，让工作人员清楚工作场所、环境的危险因素和预防措施；
Ø 工作人员在作业现场必须严格遵守HSE管理程序和作业程序，听从指挥，服从管理；
Ø 建立气吹顶升HSE培训管理制度，通过培训的员工发放可识别的帽贴；
Ø 建立气吹顶升期间现场准入制度，为了控制进入拱顶平台人数，对垂直通道进行监管；
Ø 参观领导进入前，需接受现场HSE工程师的安全交底；
8.结束语
通过气吹顶升实践的检验，本次拱顶气吹顶升的平衡风压为116.4mm水柱，顶升风压为120～122mm水柱，证明上述计算是正确的，风机的选择完成满足所需风量。同时也表明上述组织、指挥和HSE管理能保证气吹顶升工作的顺利实施，是有效的。
气吹顶升在整个储罐安装工作中是最关键的工序，由于整个拱顶其体积大，重量大，因此在气吹顶升前必须进行严格的工艺计算和制定严密的施工方案，同时在吹顶前要指定专人对每项工作逐个检查核对以确保都按要求完成。
在吹顶时要明确组织指挥机构，成立气吹顶升队伍，各级组织人员分工明确；吹顶过程中各小组人员要密切配合，服从总指挥的统一指挥安排，随时保持信息畅通。因此，为确保吹顶工作的质量和安全，应从人、机、料、法、环各个方面进行全方位的策划和管理。
附件一 拱顶制作流程

拱顶梁组对、焊接
拉杆、轨道梁连接件，临时支撑焊接
胎具制作
预制场地平整

拱顶板敷设、焊接
吊耳焊接

拱顶梁及附件下料

拱顶板下料

大（小）型拱顶块预制完成
拱顶块安装支撑制作

中心环安装
拱顶中心立柱安装

我们
大（小）型拱顶块存运

拱顶块存放支撑制作

拱顶边缘支撑安装
我们
外侧轨道梁安装
我们
大型拱顶块安装与调整
我们
小型拱顶块安装与调整

铝吊顶安装

拱顶气吹顶升
准备

拱顶接管安装
我们
拱顶板螺柱焊接
我们
内侧轨道梁安装
我们
拱顶板敷设、焊接

拱顶与承压环焊接固定

拱顶气吹顶升

附件二 相关图片
图一 拱顶组成图

图二 底部中心固定块

图三 中心滑轮组

图四 导向滑轮

图五 开口滑轮

图六 T型架

图七 风送系统

图八 密封系统

图九 监视测量系统

图十 拱顶与承压环缝隙调整