大型低温储罐罐顶气吹顶升施工新工艺

肖 然

(中石化第四建设有限公司，天津 300270)

大型低温储罐罐顶金属结构通常包括拱顶钢结构、吊顶结构、罐顶配管附件等，总质量约占罐体金属总质量的25%。罐顶施工是工程工期、质量保障的核心环节。罐顶施工目前有正装和倒装两种安装方法。正装施工一般适用于50 000 m3以下的低温储罐，该方法需设立中心柱，将罐顶骨架、吊顶、罐顶板等分片预制成形后，采用吊车对称依次吊装就位；正装法安装，作业均在高空进行，需搭设大量脚手架，措施用料多、施工周期长、安全风险大。倒装施工适用于大型储罐，该方法在罐底板上方将罐顶各部分结构预制件组合成整体，采用机械抬升方式或气吹顶升方式抬升至外罐壁顶部，与罐顶承压环相连接；倒装法安装，作业面低、不需大型施工机械、安全风险小，目前国内外广泛应用。

罐顶气吹顶升方式相比机械抬升方式，更适用于大容积储罐的施工。该方式通过在金属罐顶与外罐罐壁间采取措施，使之形成相对密闭空间，并向密封空间内持续输送空气，使罐顶结构从底部平稳上升至罐顶承压环，实现结构连接。国内最初的LNG储罐施工作业，气吹顶升均执行外方施工方案，其工艺方法复杂、措施用料多、施工周期长。我公司是国内最早进行低温储罐施工的单位，多年的实践中对气吹顶升施工工艺(特别是平衡系统和密封系统)不断进行优化，大大减少了措施用料，缩短了施工周期，取得了很好的应用效果。

1 工艺特点

1) 利用大型鼓风机向罐顶与罐体组成的密闭空间内持续送入空气，当空气达到一定压力时，在平衡装置的控制下，罐顶沿外罐内壁实现平稳上升。这种施工工艺最大的特点就是受罐顶直径和质量的影响小、罐顶顶升速度快、操作平稳、成本低廉。

2) 本文所述的罐顶气吹顶升施工新工艺，以平衡系统、密封系统为改进和优化的重点，减少了很多配件及加工步骤，同时螺栓紧固作业也大幅减少，工艺更加合理，结构更加优化且利于施工。

3) 气吹顶升作业，因其采用平稳施压的方法使罐顶上升，因此罐顶的构件不易因为吊装时受力不均而导致变形，而且较之机械吊装方法，不仅可以大大节省吊装时间(机械方式提升罐顶约需5 h，而气吹顶升方法只需要约2 h即可将罐顶安装就位)，还可以节省使用大型吊车等机械设备的费用开支。同时此项工艺还可以提高安全性。传统的倒装法和采用机械设备进行吊装的方法随着罐顶直径、质量的增加在施工上受到很大的限制；而采用气吹顶升工艺则不受以上因素的影响，反而储罐直径和质量越大，其优势越明显。

4) 容积50 000 m3以上、储存各类介质的低温储罐均适用于该施工工艺；储罐结构形式从全包容混凝土外罐结构，到单容/全容双金属结构储罐，再到三层罐壁低温罐，其罐顶气吹顶升施工均可按照该施工工艺执行。

2 工艺流程

气吹顶升工艺流程见图1。

图1 气吹顶升工艺流程

3 工艺优化要点

3.1 平衡系统安装改进

平衡系统安装程序如图2所示。新旧平衡系统数据对比见表1。

表1 新旧平衡系统数据对比

图2 平衡系统安装程序

3.1.1 原施工工艺

原施工工艺中平衡系统(见图3)在金属罐顶上部安装。平衡系统所用滑轮、支架数量多，钢丝绳张拉困难，配重分配困难，钢丝绳位置很容易与罐顶套管位置冲突，造成平衡控制力不均匀、安全系数低。

图3 原施工工艺平衡系统

3.1.2 新施工工艺

新施工工艺中平衡系统(见图4～图6)在金属罐顶下部安装，一般可由24个T形平衡支架、24组导向滑轮组和24根钢丝绳组成，且每组仅用1个滑轮。新工艺的平衡系统具有以下特点：无需支架，钢丝绳张拉及固定简单，配重分配方便；易操作，钢丝绳位置与罐顶套管位置可以及时调整；施工成本低；安全系数高。

图4 新工艺T形平衡支架和导向滑轮组安装示意

图5 新工艺钢丝绳系索架系统安装示意

图6 新施工工艺平衡系统

3.2 密封系统安装改进

密封系统通过密封装置的有效设置，使罐顶金属结构与外罐壁之间形成相对封闭的空间，以保证密封空间内气体压力的稳定。其施工程序如图7所示。

图7 密封系统施工程序

3.2.1 原施工工艺

原施工工艺密封系统(见图8和图9)的一次密封焊接固定到拱顶上，二者之间采用螺栓连接；二次密封也是采用螺栓固定连接。原工艺密封系统的组成配件较多且繁杂，工序繁琐；施工过程消耗人力、物力多，且不易倒运；安全性差(螺栓紧固不到位，易脱落)。

图8 原施工工艺密封系统的一次密封

图9 原施工工艺密封系统的二次密封(防雨布)

3.2.2 新施工工艺

新施工工艺密封系统(见图10～图12)的一次密封通过卡码、圆楔固定到拱顶上；二次密封也是采用卡码、圆楔固定。新工艺密封系统的组成配件少且结构简单，施工作业量小(密封结构质量较原施工工艺减少2/3)、周期短、工艺方法简练；施工过程人工消耗可较原施工工艺减少50%，倒运方便。

图10 新施工工艺密封系统结构形式

图11 新施工工艺密封系统的一次密封

图12 新施工工艺密封系统的二次密封(铝箔玻璃布)

新旧密封系统数据对比见表2。

表2 新旧密封系统数据对比

3.3 鼓风机系统安装

鼓风机系统是为罐顶上升提供动力的系统，该系统通过鼓风机的进、出气量达到控制罐顶上升速度快慢的目的。其安装的主要步骤见图13。

图13 鼓风机系统安装主要步骤

3.4 测量系统

测量系统是对罐顶气吹顶升全过程进行监控的系统，包括罐内压力检测、上升高度检测和罐顶位移量的检测等。其主要通过检测罐顶上升高度计算出上升速度，进而达到控制鼓风机系统、确保罐顶气吹顶升在规定的时间内完成的目的。

4 主要安全措施

气吹顶升施工新工艺的主要安全措施包括：

1) 气吹顶升工具箱要稳固，防止工具坠落。

2) 2名以上专业电气人员操作发电机，检查接地电阻。

3) 在预气吹顶升鼓风机刚刚开启时，按规定人数进罐检查罐内密封和平衡系统，罐外人员做好监护工作。

4) 气吹顶升作业过程中，要防止作业面上任何物体坠落到拱顶上，以避免密封破坏或卡住。

5) 气吹顶升作业过程中，顶部人员要远离T形平衡支架和平衡钢丝绳固定点。

6) 严格控制罐顶上的人数，如有作业需要超出规定人数，实行替换上下。

7) 应对作业人员进行技术交底和安全培训；作业人员应熟知岗位操作要点和安全撤离通道；无关人员不得进入作业区。

8) 保证通讯设备的正常运行；应急预案完善并经演练。

5 环保措施

气吹顶升施工新工艺的环保措施包括：

1) 做好施工用发电机柴油燃料用量测算，保证油桶和供油管线等严密性良好，杜绝泄漏污染环境。

2) 施工用发电机均采用集装箱式电站，减少噪音污染，同时便于设备在恶劣天气条件下正常运行。

3) 严格限制作业范围，做到布局合理，标识清晰。

4) 对风机和临时电站等施工场地进行硬化处理，经常对临时道路进行洒水降尘处理，防止污染周边环境。

5) 储罐气吹顶升完成后，拆除的密封材料、塑料、铁皮、胶带等要集中存放，回收处理，严禁随意丢弃。

6 应用实例与效益分析

本文所述气吹顶升施工新工艺，从储罐顶升平衡系统、密封系统等的结构设计和施工工艺等方面进行了改进和优化，其中的平衡系统、密封系统零部件制备及安装周期大大缩短，同时施工措施用料也大幅减少；气吹顶升完成后，工装拆卸容易而且可以重复利用，为施工带来很大便利。

该工艺已在10多台100 000 m3以上低温储罐施工中得到应用，单台储罐施工措施用料较原施工工艺节省一半以上，顶升作业周期缩短近2个月，且工装可以重复利用，取得了非常显著的经济效益和社会效益。