LNG 储罐气顶升施工原理及其应用分析

段炼

中石化第四建设有限公司 天津 300000

1 气压顶升施工原理

LNG 储罐钢制穹顶、铝吊顶、吊杆、罐顶接管及单轨吊车梁等在罐底上组装、焊接、检验完毕后，在穹顶最外周安装密封装置，以使穹顶与PC 墙（或外罐壁板）及混凝土承台（或外罐底板）形成密闭空间，采用鼓风设备向储罐内相对密闭的空间强制送入大风量低压力的空气，当密闭空间的压力上升到一定程度，即在空气总浮升力大于穹顶及附件的总重量和密封装置与PC 墙（外罐壁板）之间的摩擦力后，储罐穹顶和吊顶灯一起沿PC 墙浮升至储罐顶部的抗压环，在穹顶升至抗压环部位后，作业人员利用卡具使穹顶与抗压环贴紧而与抗压环焊接固定好后，气顶升作业才算完成[1]。

2 LNG 储罐气顶升施工应用分析

2.1 案例概况

下面以某160000m3 的LNG 储罐为例，对顶升施工的难点进行分析。该施工作业采用底部中心锚固平衡顶升，基本数据如下：H1 为外罐壁高度，39.9m；H2 为内罐顶拱高，11.7m；H3 为罐顶提升高度，35.96m；D1 为外罐内径，84m；D2 为内罐外径，82m；L1 为内罐顶密封材料宽度，1m；S 为受力面积（外罐内底部面积），5539m2。

该顶升施工包括以下主要部分：①鼓风机系统，为顶升作业提供动力；②平衡导向装置（含配重平衡系统），利用安装在罐顶、罐壁上部、拱形顶部、内罐底部的一套吊索具系统，以及平衡设施，限定罐顶运动的路径以及倾斜角度，当罐顶的一侧运动速度过快，对应一侧索具将产生拉力，限制其运动，以达到平衡运动的目的；③密封系统，在罐顶与外罐内壁间形成密封，保障顶升压力的持续稳定。

可见，确定施工所需的动力系统，制定可靠的平衡导向系统，确保稳定的密封系统，这是保障顶升施工的三个重点内容。密封系统是顶升作业的保障条件，动力系统提供罐顶匀速上升的动力，平衡导向装置（含配重平衡系统），可以确保顶升平衡运动，不发生偏斜和扭转。这三部分相互密切配合，才能保证施工顺利进行。

2.2 罐顶气顶升主要步骤

①对通讯系统完整性进行检查，同时对各类器械、备件进行检查，启动风机，使其处于空载运转状态，判断其运转情况是否正常。在对所有机械设备的运行情况进行检查，并确认合格后，即可进行顶升施工。②开启进风阀，持续向罐内鼓风，当顶升高度在1m 以内时，对于顶升速率，应控制在100mm/min 左右，当顶升高度达到1m 时，需对风压进行调整，使得罐顶悬浮，并对平衡压力、供风系统、钢丝绳张力等进行检查。③将风压控制在200-300mm/min 之间，然后持续顶升。④当顶升达到罐顶，并且与承压环之间的间距在1m 以内时，要求将风压控制在100mm/min 以内，然后继续顶升，直至达到罐顶。⑤当罐顶就位后，即可锁定固定装置挂件与承压环。⑥调整鼓风机风压，罐内泄压，同时关闭鼓风机[2]。

2.3 气顶升相关准备工作

提前检查储气罐整体性是否完好，比如底圈壁板表面，量油管、导向管铅垂；转变浮梯中间线的水平投影；罐壁高度；罐壁铅垂；罐底焊接后，有些凸凹变形的深度；船舱顶板有些是不是变形。气顶升前要对穹顶、吊顶相关焊接和开孔工作完毕并验收合格，这是保证能准确而安全安装的关键。要对穹顶上部以及罐内与气升顶内的杂物进行清理，防止后期在进行安装设备检验时出现问题。要将临时配重提前进行相应安装。其次要确保顶升设备正常工作并且安装人员要进行过相关培训。要提前对天气情况进行查取，保证无雨雪天气和大风天气，以免影响正常的安装。

2.4 气压顶升设备安装

储罐气顶升在施工中，将外罐混凝土墙体先浇注完成后，再保证承压环、承压杆已经安装好。当这些基础部分到位后就需要开始吊顶施工工作。吊顶中需要做的有如平衡，配重等一系列工作。除此之外，再将顶部移至罐顶上方处后就需要选择风力系统，控制好风力系统就能实现气顶升的移动速度等一系列的相关量，保证顶在合适的速度下与罐体一点点接触，最终完成相应的配合。其次，在整个供风前，要对罐体内部的密封性进行检查，保证整个系统密封性的完好，这样可以保证供风系统正常工作的同时避免相应资源的浪费。并且在整个吊顶及安装过程中也要保证有备用方案，防止中途出现类似动力系统故障之类的问题时，有及时有效的可行应急方案来进行弥补，确保顶升施工一次成功[3]。

2.5 气顶升工艺控制

气压顶升开始时，安排检查小组通过安全通道进入罐内检查拱顶的密封、平衡以及确认拱顶是否与边缘立柱仅仅只是重力连接。拱顶顶升在现场经理命令下开始进行，依次启动4 台发电机和4台风机，在平均速度为100mm/min 的条件下，拱顶需缓慢上升到200mm，将拱顶维持在200mm 的提升标高下，检查平衡压力、控风板开度角，如果拱顶倾斜度大于控制值，需将拱顶维持在当时所处的位置，调查问题因素并采取适当措施，以200mm/min 的平均速度，连续顶升拱顶直至到达最后5m，以50-60mm/min 的平均速度顶升拱顶，直至到达在拱顶接触到承压圈之前稳住拱顶。气升顶的过程中严格控制顶升速度，防止速度过大拱顶发生偏转和倾斜。顶升过程中通过测量系统对拱顶的顶升速度和倾斜度进行测量从而根据测量结果对气压顶升速度和倾斜度随时进行调整。

3 结语

LNG 罐顶顶升作业，风险高，难度大，是一项细致复杂的工作，只有通过科学周密的计算，结合现场实际情况，制定严谨科学的施工措施计划，才能保证施工平稳顺利。同时，每次顶升后，应进行总结，不断改进完善。随着国内LNG 产业的快速发展，以及新材料、新技术、新设备的出现，顶升施工技术会得到更多的应用，并不断进步。