LNG储罐气升顶平衡导向系统比较

中海油石化工程有限公司 山东济南250000

液化天然气(LNG)是通过在常压下将气态的天然气冷却至-165℃,使之凝结成液体。液化后的天然气可以大大节约储运空间和成本,而且具有热值大、性能高等特点,近年来正在成为世界油气工业新的热点。我国对LNG产业的发展越来越重视,已经完成的LNG接收站有广东大鹏、福建莆田、浙江宁波、上海洋山港、江苏南通、山东青岛、唐山、珠海等,正在规划和实施的沿海LNG项目有江苏、舟山、福建漳州、天津、潮州等。

在LNG项目中,LNG储罐的施工是重中之重,而储罐施工中的罐顶气升是一个关键环节,技术含量高、操作难度大。如果罐顶始终处于平稳状态,罐顶构件分布满足中心力矩平衡和重量平衡就能保证罐顶平稳的升起。但是,一旦罐顶发生倾斜,罐顶构件的中心力矩平衡和重量平衡就会受到破坏,罐顶平衡状态将会趋向进一步的恶化,最终导致失稳破坏。因此,罐顶气升需要一套平衡导向系统,以达到随时对罐顶的倾斜、水平方向上的转动进行纠偏和校正,保证罐顶的平稳升起。本文主要就德国TGE(宁波LNG、深圳LNG)、西班牙TR(珠海LNG)、美国CB&I(粤东LNG、莆田LNG)、日本IHI(海南LNG、上海LNG)采用的气升顶平衡技术为例,简要分析各家平衡系统的优缺点。

1 德国TGE和美国CB&I气升顶平衡系统工作原理

由于德国TGE公司和美国CB&I公司气升顶平衡系统采用的原理基本相同,所以在此统一介绍。图1为德国TGE和美国CB&I气升顶平衡系统示意图。

图1 德国TGE和美国CB&I气升顶平衡系统示意图

1.1 工作原理

该平衡装置利用中心对称平衡原理,一端固定在外墙承压环的外侧,通过花篮螺栓联结调节钢丝绳的张力;另一端绕过T型支架竖直向下穿过罐顶板,通过固定在拱顶钢结构径向梁一侧的第一个导向滑轮,引向对称方向的第二个滑轮,然后向下固定于底部锚固件上。底部边缘对称锚固平衡装置的相互对称的两组平衡钢丝绳共同作用,将罐顶钢结构的运动方向锁定在平衡钢丝绳向上平移的路径中,从而使罐顶处于水平状态,达到平衡效果。

1.2 优缺点

该平衡装置操作简单,对拱顶在水平方向上的转动能够起到很好地限位作用。主要缺点为不能在拱顶失衡状态下起到调节作用,对拱顶平衡配重计算要求极高。

1.3 运用实例

浙江宁波LNG一期工程(德国TGE)、深圳LNG(跌幅站址)工程(德国TGE)、深圳大鹏LNG三期工程(德国TGE)、新奥舟山LNG一期工程(德国TGE)、福建莆田LNG一期(美国CB&I)、福建莆田LNG二期工程(美国CB&I)、粤东LNG工程(美国CB&I)。

2 日本IHI气升顶平衡系统工作原理

海南LNG和上海洋山LNG采用了日本IHI气升顶平衡系统,该系统示意图见图2。

图2 日本IHI气升顶平衡系统示意图

2.1 工作原理

该平衡系统的钢丝绳绕过T型架竖直向下后,经过固定在拱顶钢结构径向梁上的转向滑轮改变方向;沿着两组导向滑轮引向位于罐顶顶部的中心滑轮组,再次改变方向向下穿过罐顶板引至固定于底部中心锚固件上。锚固件预埋在承台中心。

2.2 优缺点分析

该平衡装置的每组平衡钢丝绳并不完全依赖对称方向的平衡钢丝绳共同作用,而是通过钢丝绳的张力和滑轮组锁定的行走方向,限制罐顶的运动路径,多组平衡钢丝绳的共同作用使罐顶被锁定在水平状态下平稳上升。

3 西班牙TR气升顶平衡系统工作原理

珠海LNG项目一期工程采用了西班牙TR气升顶平衡系统,该系统示意图见图3。

图3 西班牙TR气升顶平衡系统示意图

3.1 工作原理

该平衡装置利用力矩平衡原理,利用外加重量使整个拱顶处于平衡状态;然后利用钢丝绳作为拱顶上升的轨道,使拱顶在平衡状态下,沿着钢丝绳轨道上升;上升过程中钢丝绳轨道随着拱顶的上升行走,从而实现拱顶安全平衡的上升。

3.2 优缺点分析

该平衡系统工作时,会对两种情况起到校正作用:一是罐顶向某一方向倾斜时,该方向上的平衡系统钢丝绳将被拉长,产生的反作用力将对倾斜进行校正;二是罐顶在水平方向上转动时,则所有钢丝绳将被拉长,产生的反作用力将对转动进行校正。

4 结论与建议

通过以上对各家不同设计单位的气顶升平衡系统的简要分析,总结气顶升平衡系统主要分为三大类,即以CB&I和TGE公司为代表的边缘固定即双平衡系统,IHI为代表的中心固定即单平衡系统,TR为代表的自调节平衡系统。

单平衡的主要特点:施工简单,需要的辅助机具较少,成本较低,但对径向的旋转控制较差,对平衡配重的依赖性较高。

双平衡的主要特点:双平衡施工技术相对单平衡施工技术较复杂,需要的滑轮组等辅助工具较多,对穹顶的径向旋转限位较好,但对平衡配重的依赖性较高。

自调节平衡系统:施工复杂,预制工作量较大,成本较大,但对水平方向和竖直高差、径向限位均较好,对平衡的配重计算依赖性较低。

通过以上比较及优缺点的分析,对于10万m3以上20万m3以下的储罐建议使用双平衡,对于20万m3以上的建议使用自调节系统,对于10万m3以下的建议使用单平衡。