超低温LNG储罐内罐钢穹顶气顶升施工技术

王宇 周净 王震宇

中国建筑一局（集团）有限公司 北京 100161

1 气顶升概况

大型LNG储罐穹顶气顶升考验的是施工单位整体组织、协调能力，以及对整体现场管控能力、后勤保障能力；需要施工单位现场所有职能部门的通力协作才能够顺利完成。

温州液化天然气（LNG）接收站项目接收站工程两台200000m³LNG储罐，外罐几何尺寸满足设计要求，第十二层混凝土强度已达到气顶升要求，穹顶、铝吊顶组焊验收合格，各吊耳、焊接锚固点等固定件强度复核完成，具备穹顶气顶升条件[1]。

外罐为预应力混凝土结构，内罐为06Ni9DR低温钢结构，外罐顶为自支撑的拱顶结构，内罐的铝制吊顶用不锈钢吊杆悬吊在拱顶上。储罐混凝土罐壁内直径88m，穹顶结构跨度87.62m，高13.675m，气顶升上升高度约为39.703m。穹顶上共安装131个接管，由于接管分布不均匀，为避免穹顶重心偏移，用钢筋做平衡配重，保证对称的两个区域力矩相等，从而保证整个穹顶重心不发生偏移。3台电动葫芦成120°角均布于内轨道梁之上。经过计算本次气顶升的穹顶理论重量约为866.6t，顶升截面面积6079m2。

2 工法特点

工艺新颖、安全性高：创新了一种穹顶气顶升施工系统，该系统由平衡系统、密封系统、鼓风系统、固定系统、测量与监测系统五大系统组成，能够有效保证施工质量，安全可靠。

同步施工、节约工期：实现了外罐与钢穹顶预制、铝吊顶安装、钢穹顶接管等同步施工，可有效缩短工期。

操作简便、经济性好：钢穹顶的气顶升系统采用的材料、设备较为常见，操作简便，经济效益良好。

3 施工工艺流程及操作要点

3.1 气顶升前置工作

3.1.1 在外面罐底板工程施工环节，钢穹顶开展分片预制构件，外罐罐壁工程施工至第四带，即模版提高至第四带使罐内壁底部腾出空间，以利于安装钢穹顶边沿柱及核心支撑架。

钢穹顶按图进行预制构件，分片吊装至罐内放置于核心支撑架及边沿柱顶固定不动，全部吊装进行后开展组对电焊焊接成总体。以上工作中进行后，外罐壁再次工程施工至顶部承压环部位，运用外罐壁工程施工时间进行铝吊顶安装等工作中。

3.1.2 外罐罐壁工程施工至檐梁部位安装抗压环，抗压环系用以钢穹顶顶升就位后与钢穹顶开展电焊焊接固定不动。

3.2 钢穹顶气顶升准备工作中

均衡系统软件安装。①均衡系统软件关键目的是通过钢丝绳连接底部锁架与对向顶部T型架，具有固定不动效果，确保钢穹顶在顶升全过程中可以确保平稳，不偏位。②底部锁架：在罐内壁首带埋件部位，应用12mm厚厚钢板电焊焊接在衬板环向预埋件上构成锚点。③T型架的安装部位，将T型架组焊到承压环斜向板上，T型架的型钢立杆与承压环斜向板触碰的位置均要电焊焊接，焊角相对高度不低于8mm；T型架电焊焊接完后安装斜拉筋（13组T型架用斜拉筋，均匀分布），斜拉筋为角钢；T型架及斜拉筋电焊焊接后都要开展100%外形查验，T型架与承压环斜向板的焊缝做100%PT检验。④从顶部T型架的外端学会放下线坠，在蒙皮板上相匹配部位开一个Φ30×100的长圆孔，蒙皮板下方为薄厚8mm、100×300的橡胶板，应用密封胶将二者连接，防水套管焊角相对高度为3mm，防水套管外沿外扩呈喇叭形，避免割伤钢丝绳。⑤从上向下安装均衡钢丝绳，留意在越过蒙皮板时维护防水套管；钢丝绳越过蒙皮板前，可以运用线坠和厚钢板尺等专用工具精准定位，安装坐落于轨道梁上的滑轮组。⑥安装均衡钢丝绳，先后越过第一组滑轮组对面滑轮组，最后固定不动到底部锁架上。⑦为防止均衡钢丝绳下沉、缠绕，在铝吊顶核心安装一个均衡钢丝绳的托架；核心与罐核心重叠，半径R=2.5m；托架立杆底部采用维护对策，防止立即与铝板触碰。⑧钢丝绳全部固定不动结束后应用抗拉力计和倒链对称性安装均衡钢丝绳，气顶升前一天开展钢丝绳预紧，将钢丝绳的原始抗拉力调节为9000N（张拉时调节到15kN，经钢丝绳12h回弹至9kN），各自在0°、90°、180°、270°顺时针方向第一根钢丝绳部位上各自安装1个抗拉力计，有利于气顶升期间测量钢丝绳抗拉力。⑨均衡配重。

3.2.1 穹顶均衡配重测算表。由于钢穹顶顶部带有防水套管、埋件等构件而且遍布不匀称，造成穹顶各点位重量遍布不均匀，使顶升发生偏位、滑移、扭转等状况，因而需提升相对应配重，用以均衡各点位重量，配重选用建筑钢筋和沙包，建筑钢筋为主导配重；

3.2.2 鼓风系统软件安装。风机布局及安装调节：全部气顶升全过程中，以发电机组为主导开关电源开展,与此同时4强台风机连接现场工程施工用电量网。所应用的转换开关具有全自动转换的作用，此举是为了防止发电机组出现意外终止工作中产生的影响[2]。

3.2.3 密封性系统软件安装。①安装主密封性板（镀锌铁皮），主密封性板之间搭接量为100mm，用临时工装（龙门板、楔子）固定不动在蒙皮板下表层，安装进行后避免楔子松动，将楔子点固焊在龙门板上。②逐件安装密封性板，确保密封性板之间是密切连接且搭接量达到规定。③密封性板安装进行后，用密封性胶布封住密封件之间的间隙，避免漏风。④主密封性板安装进行后，开始安装辅助密封性，即铝箔玻璃布。辅助密封性总宽为360mm，与主密封性搭接尺寸为160mm。⑤穹顶防水套管封堵。a.由于穹顶在接手、防水套管安装后再开展气顶升，对于有防水套管的，气顶升前安装防水套管，防水套管设计标高应预埋50～100mm。b.对于无防水套管、而且不影响后面罐顶加工工艺配管的液位计、温度计、感应器、变送器、换置管、真空泵阀、珍珠岩填充口、抽样管等管路，气顶升前安装宣布法兰。c.全部与空气联通的防水套管或是接手法兰均应在顶升前选用盲板或盲法兰封堵。⑥尺寸门洞封闭式。a.罐内密封性系统软件及均衡系统软件零配件全部制作进行后开始大小门洞封闭式的预制构件工作中。b.尺寸门洞密封性的预制构件及安装按照规定开展。c.尺寸门洞密封性板与埋件之间开展电焊焊接，电焊焊接选用断续焊，焊100mm隔300mm。

3.3 钢穹顶预顶升

3.3.1 预气顶升的目的是为了检查气顶升各系统的可靠性，穹顶是否不受临时支柱的约束，穹顶重心是否稳定，穹顶的水平度是否在可控范围之内（平衡钢丝绳预紧力9000N，穹顶水平度应在150mm以内）。

3.3.2 人员进罐主要检查密封情况；检查人员佩戴头灯，提前从太空舱进入罐内待命。在预气顶升开始时，在组长的指挥下进行检查。第一，检查密封是否有大的漏气点，检查密封跟混凝土内罐壁的贴合情况，检查密封本身在上升过程中有没有褶皱、损坏；第二，检查钢丝绳、滑轮组的运转情况，有无异常；第三，若一切正常，检查组人员在预气顶升结束后出罐。

3.3.3 切换风机，测试风机关闭到启动及备用风机调试是否顺畅，并检测风机从发电机发电切换至市电，是否顺畅。

3.4 钢穹顶正式顶升

①再次检查确认所有的设备和人员就位情况。②确认鼓风机及电源在正常工作状态。③启动1#、2#鼓风机，慢慢增加风量达到压力升起穹顶。④通过无线测量传感器收集四个位置的数据，判断穹顶上升时是否平衡，每隔5min进行一次数据分析，编制专门的气顶升数据记录表。a.现场通过电脑连接使用4个激光测距仪进行测量，测距仪分别布置在4个方位，通过发射和接收激光信号来测量穹顶上升高度。b.使用提前编辑好的应用程序可自动完成测量过程及结果汇总。⑤继续增加压力，监控穹顶的上升情况，同时检查确认26根导向钢丝绳工作正常。⑥继续增加压力，并根据测量组计算的穹顶上升速度，确认穹顶一直保持在平衡状态。⑦保持一定压力，使穹顶上升速度控制在200-450mm/min。⑧若一处密封失效，穹顶继续保持气顶升，气顶升总指挥下令，启动备用鼓风机，增加风量弥补密封失效造成的风量损失。⑨当穹顶距承压环还有3m时，降低风压，保证穹顶上升速度控制在200mm/min之内，并时刻监视承压环上四个方位的中心线与穹顶上4个方位中心线的偏移量，控制在10mm以内。⑩稳压直到穹顶升到最高；在穹顶蒙皮板贴紧承压环后，保证压力维持在115mm水柱以上，极限压力不得大于200mm水柱。⑪整个气顶升过程中，以发电机为主电源进行。为保证整个过程的连续性，配备足够数量的柴油，且风机须接入现场施工用电，转换开关具备自动切换功能，避免油料不足带来的问题。⑫气顶升期间设置一台备用风机，若工作中其中一台出现故障，关闭该风机及风门，启动备用风机，补偿气量损失。⑬过程中如果罐内压力过大，穹顶上升速度过快，则需要通过打开泄压阀门或者减小风机进气量来调节。⑭若所有鼓风机不能补偿风量致使穹顶下降，在这种危险状况下，立即关闭所有泄压孔，使穹顶减缓下降速度至最低，与此同时，第一时间恢复所有鼓风机正常工作。⑮穹顶与承压环紧密接触后，固定组人员开始进行穹顶与承压环的组焊工作。⑯穹顶与承压环焊接完成后缓慢释放罐内压力，并逐个关停风机，泄压过程中严禁突然放压使罐内形成负压。

3.5 穹顶就位固定

3.5.1 临时性固定不动件的遍布。穹顶顶升及时后，在每条径向梁上电焊焊接1个L型板（δ=12mm），单台罐共计104个；蒙皮板与承压环有空隙的位置，选用长楔子、千斤顶开展调节；固定不动穹顶用楔子全部均布到承压环上，以便捷穹顶升到部位后快速开展固定不动与电焊焊接。

3.5.2 穹顶板固定不动。

（1）穹顶顶升到间距罐顶也有10m时，固定不动组工作人员开始陆续分次上罐，每批工作人员不可超出6人，抵达特定部位后，再度查验固定不动所应用的工机具状况，待穹顶与承压环斜向板触碰后，通过提早电焊焊接在径向梁上的L型板，穿楔子固定不动并卡紧。

（2）卡紧后焊工开始电焊焊接，以径向梁为核心，两侧最少电焊焊接650mm。焊缝务必电焊焊接两层，焊角相对高度不可低于6mm。

（3）若蒙皮板与承压环触碰不匀称，空隙过大的地方应用长楔子、千斤顶开展调节。

（4）罐内的承压环竖向板与104根径向梁电焊焊接进行后再拆卸L型板，径向梁上固定不动板切除后的位置开展负压值不小于53KPa的真空泵试漏，以确保钢穹顶的严实性合乎规定[3]。

4 结束语

随着国家建筑产业的现代化，绿色建筑理念也越来越受到重视。在这种情况下，一种新的工法应运而生，它积极响应国家的建筑现代化和绿色建筑理念，被广泛应用于大型低温储罐建设中。这种工法探索了节材、节能、高效安全的施工工艺和方法，取得了良好的社会效益。这种工法的最大优势是能够有效解决大型低温储罐的顶升难题。在以往的建设中，大吨位、大直径钢穹顶的顶升一直是一个难题，不仅施工难度大，而且安全风险高。但是，这种新的工法通过独特的设计和施工方法，有效地解决了这个问题。这种新的工法在大型低温储罐建设中得到了广泛应用，为国家的建筑产业现代化和绿色建筑理念的推广做出了积极的贡献。它不仅解决了传统建设中的难题，而且提高了建设的效率和安全性，具有很高的经济效益和社会效益。