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20万m3LNG储罐钢制拱顶气顶升技术综述

文档作者: 向苍义 唐志和 苏瑕 江强 吕彦祈        文档来源: 中国石油天然气第六建设有限公司
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更新时间: 2021年01月07日
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E垒曼I里曲!Q衄 工程技术 向苍义唐志和苏瑕江强吕彦祈 中国石油天然气第六建设有限公司广西桂林541004 摘要系统地描述了成功完成20万m3LNG储罐拱顶气顶升的工作过程,主要包括罐顶气顶升平衡装置的 设计及预埋板的确定、委托第三方进行的核算论证、技术方案的专家评审、相关详细计算、气顶升前的 检查确认和技术交底、预气顶升和气顶升。 关键词20万mSLNG储罐平衡装置配重分析间隙分析同步分析 中图分类号TE821 文献标识码B 文章编号1672-9323(2017)03—0054—05 LNG(液化天然气)是一种清洁、高效的能源,它是 通过将天然气在常压下冷却至一165"(2,使之凝结成液 体而成,其体积约为同量气态天然气体积的1/625,天 然气经过这样的处理使其长距离运输成为可能。液化 天然气燃烧后对空气污染非常小,而且放出的热量大, 所以液化天然气是一种比较先进的能源。 2011年6月建成的江苏LNG接收站是中国石油 投资兴建的第一座LNG接收站,随后大连、曹妃甸两 座接收站陆续建成。2013年3月,江苏LNG接收站项 目二期工程开始启动建设,其LNG储罐净容积达20 万m3,是中国目前最大的LNG储罐。该储罐由中国寰 球工程公司进行EPC总承包,中国石油天然气第六建 设有限公司进行安装,于2015年3月8日完成了该罐 的气顶升工作。 本文主要对如何成功完成20万m3LNG储罐拱顶 气顶升工作进行综合描述。 54 I石油化工建设2们7.03 1 20万m3储罐拱顶气顶升平衡装置的设计及 预埋板的确定 江苏LNG接收站二期项目20万m3LNG储罐的 钢制拱顶框架分块为不对称设计,共分成了27块(108 等分)。为了确保气顶升平衡装置的对称布置,同时还 要保证平衡钢丝绳的支撑滚轮设置在罐顶梁上,以及 考虑钢丝绳的整体受力情况,最终确定将平衡装置设 计成36组。 根据罐顶中心圈的设计结构和平衡钢丝绳的组 数,我们对顶部中心滑轮组进行了详细设计,确定了中 心滑轮组的具体布置位置,同时对各位置的滑轮支座 也进行了详细设计。 中心滑轮组确定好后,在罐底上平衡钢丝绳的固 定位置就可以确定了。为了确保钢丝绳固定牢固,我们 对罐底基础上预埋板进行了详细设计,画出预埋板平 面布置详图,提出预埋板的具体结构尺寸,并交给土建 万方数据 E垒垦工塑型里业 工程技术 专业设计工程师进行锚固钢筋的设计及校核。表2罐拱顶气顶升需核算论证的系统装置及内容序号 2委托第三方对气顶升相关装置进行核算论证 为了确保中国第一台20万m3LNG全容罐罐顶气 顶升工作的顺利进行,我们就LNG储罐拱顶气顶升所 采用的相关技术及工装系统请权威机构进行核算、论 证,并提出了具体的核算条件及核算要求。 下面就气顶升技术需要进行核算论证的基本情况 及内容进行说明。 2.1储罐气顶升的基本参数 如表1所示。 表1 20万m3LNG储罐气顶升的基本参数 序号项目参数僮 1 外罐内直径(混凝土墙内壁直径) 86400mm 2 储罐公舔容积200000m3 3 气顶升总重G 核算重量按900000kg计 4 受力面积S缨国淫懑淑影面积) 鸹赣§臻|:;l 5 平衡压力P0=G/S 153.5mmH∞ 6 需求压力P=K翟蹲搽=k1~1.4) 185嘛谚璐 7 顶升速度S(mm/min) 200mm/min(平均) 8 拱顶顼舞高度40707mm 9 升顶持续时间203min(近似值) 10 最大耗风蠡(包撬35%的空气泄漏) 2374 i黾酹≯min 序号||甍黼舞称。滋簇论迓内容 1)核算风机的选型是否合理? 鼓风系统2)风机选用4台。采用3台运转。1 1 (注:把用于气顶升的风机 台备用。产生的风量是否能满足气 静压值、送风量,风机数量顶升要求? 等参数提供给核算单位。) 3)核算罐顶气顶升的压力值是否正 确? 密封装置 当需求压力值为185mmHzO,罐顶 2 (注:要把密封装置的设计 板边缘与Pc墙内侧间距为220turn 时,密封板是否能承受此条件下产 详图提供给核算单位。) 生的力而不会被吹出? 平衡装置1)平衡装置的设计是否可行? (平衡装置由钢丝绳在抗 压环顶板上拉耳、钢丝绳, 2)计算钢丝绳在平稳上升过程中的 T形架.转向滑轮、中间导受力有多大?当罐顶倾斜度偏差达 向轮.中心滑轮组.罐底部到200ram时,钢丝绳所受的力有多 钢丝绳固定装置等组成。大?钢丝绳能否承受这个力? 需提供的图纸有:20万 m3LNG储罐罐顶气顶升平 3)计算T型架的受力情况。 衡装置立面布置图1.20 3 万m3I_NG储罐罐顶气顶升 4)计算钢丝绳在抗压环上固定拉耳 平衡装置立面布置图2、20 的受力情况,拉耳设计是否可行? 万m3LNG储罐罐顶气顶升 平衡装置平面布置图,20 5)计算钢丝绳转向滑轮在罐顶上固 万m3LNG储罐罐顶气顶升定拉耳的受力情况,拉耳设计是否 平衡装置T型架图和20 可行? 万m3LNG储罐罐顶气顶升 平衡装置罐底部钢丝绳固6)计算钢丝绳在罐底上固定拉耳的 定装置图”。) 受力情况,拉耳设计是否可行? 目负责人、项目技术负责人、专项方案编制人员、项目 2.2拱顶气顶升需要进行核算论证的系统装置及内容 专职安全生产管理人员; 需要对鼓风系统、密封装置及平衡装置等进行核 算论证,具体核算内容见表2。 3气顶升技术方案的专家评审 在20万m3LNG储罐罐顶气顶升技术方案实施 前,总承包商应组织国内外相关专家对技术方案进行 评审。 3.1专家组及参加专家论证会的人员 专家组成员应当由5名及以上符合相关专业要求 的专家组成。参加专家论证会的人员应包括以下所列: (1)专家组成员; (2)业主单位项目负责人或技术负责人; (3)监理单位项目总监理工程师及相关人员; (4)EPC总承包单位项目技术负责人及相关人 员; (5)施工单位分管安全的负责人、技术负责人、项 (6)其他相关施工单位项目负责人、项目技术负 责人等。 3.2专家论证的主要内容 (1)专家论证的主要内容如下: (2)气顶升方案内容是否完整、可行; (3)气顶升方案计算分析报告和验算依据是否符 合有关标准规范; (4)安全施工的基本条件是否满足现场实际情 况。 3.3评审报告 气顶升技术方案经评审后,专家组应当提交评审 报告,对评审的内容提出明确的意见,并在评审报告上 签字。该报告作为气顶升技术方案修改完善的指导意 见。 气顶升技术方案在通过专家评审及根据评审意见 修改完善后方可实施。 I严尸 石油化工建设2017。03 00 万方数据 E鱼垦卫!型鱼鲤 工程技术 4气顶升技术的相关详细计算 4.1罐顶平衡配重的详细计算 要开发一款罐顶平衡配重分析软件对罐顶的重心 进行详细分析计算。具体参与罐顶平衡配重的相关重 量应分项统计,填写“储罐气顶升参与平衡配重的重量 清单”,其样表格式如图l所示。 进行平衡配重后的罐顶重心应尽量靠近罐顶中 心,并画出每处配重摆放详图。 储罐气顶升参与平街配重的重量清单(样表) 序号名称单位数量单量(kg) 总重(kg) 鲁注 l 罐顶板钢结构 2 ■顶板 3 铝吊顶 4 铝吊顶吊杆+X型撑 5 加强环 6 ■顶导轨 7 ■顶套管接管 8 吊顶套管 9 吊顶通道 10 ■顶螺柱 ll 密封装置 12 平衡装置 13 平衡配置l 14 平衡配重2 图1储罐气顶升参与平衡配重的重量清单(样表) 4.2拱顶板外缘与罐壁之间间隙的详细分析 要开发设计一套“罐顶与罐壁之间的间隙分析软 件”。 在施工过程中,每隔一定的高度利用全站仪对PC 墙内壁(或罐壁)的内半径进行测量,并记录下详细数 据;在罐顶顶板安装完成后,分等分对罐顶板外缘半径 进行测量,并记录数据。 将测量的罐壁内半径数据和罐顶板外缘半径数据 输入“间隙分析软件”,通过自动计算、分析,从而确定 罐顶板边缘要切割的量或要补加的量,确保罐顶在上 升过程中能顺利通过罐壁的每一处。 5气顶升前的检查工作 在气顶升操作开始前,要准备检查清单和安全检 查清单提交给业主和监理全面检查确认。 在气顶升前,制作储罐气顶升前检查清单,按照所 细化。图2为储罐气顶升前检查清单的示意样表。 话■气顶升前检查清单(样表) 序 检蠢项目检查位置检查内容 检查 检查人签字 号情况 ■硬下方检查 l ■基础和■皇上所有 蟠时捧水管 2 吊顶 3 ■顶下和边缘处■壤璜融童 平衡导肉系统检查 四灌疆土墙内t检查 五鼓风景坑捡蠢 六承压环捡童 七PC墙顼都设备检查 几其他撞壹 图2储罐气顶升前检查清单(样表) 罐顶气顶升前,要对气顶升计划日的前两天和后 两天的天气预报进行掌握,在六级风及以上或下雨的 天气不应进行气顶升工作。 罐顶气顶升宜在当天的上午进行,以便当天白天 有足够的时间进行罐顶组对和焊接。 6气顶升前的技术交底 6.1对参加气顶升工作的全体人员进行交底 6.1.1交底的主要内容 在预气顶升或气顶升前,召集所有参与人员进行 技术交底会,熟悉操作内容,并详细解释操作方法,其 中应包括: (1)就LNG储罐罐顶预升顶、升顶工作顺序进行 交底; (2)就气顶升指挥长工作流程进行交底; (3)就气顶升应急措施进行交底; (4)就预气顶升过程中要注意的事项进行交底, (5)就正式气顶升过程中要注意的事项进行交 底。 6.1.2在交底中应特别注意的工序,包括: (1)向鼓风机操作人员解释在现场如何进行操 作,以及需要检查的内容和需要向气顶升指挥提供的 信息。解释风机开关怎样换挡,服从风机工程师的指 令。 (2)解释如何读取压力计和尺子读数。要在压力 计上标出实际平衡压力的位置。 (3)解释当电源或鼓风机发生故障时如何处理。 列项目进行检查、确认,检查内容要根据实际情况进行若电源发生故障,应首先立即关闭故障风机的紧急切 56 I石油化工建设2017.03 万方数据 断闸门,其次,在连接备用电源前,将鼓风机开关切换 到关闭位置。在开始送电后,重新按原规定程序逐个打 开风机,避免电源过载。 (4)有人进行密封顶部连续检查(预气顶升时有 人上到罐顶上进行检查,正式气顶升时,采用望远镜进 行检查)。 (5)罐顶升起时,罐顶下方人员应完全了解升起 时所应检查的内容(预气顶升时),以及气室出口位置。 (6)当罐顶开始升起,边缘观察人员应撤离储罐, 不要在对讲机上闲聊,使用双频道通讯。 6.2对参加气顶升工作的部分重要人员进行单独交底 (1)对参与预气顶升测量读数的人员进行单独交 底。 (2)对参与正式气顶升测量读数的人员进行单独 交底。 (3)罐顶气顶升到位时,对参与罐顶固定的人员 进行技术交底。 6.3交底的形式 (1)采用全体列队、指挥长讲话的形式。 (2)采用PPT文档进行交底。 (3)采用模拟演练进行交底。 7进行预气顶升 (1)编制出“LNG储罐预气顶升数据分析”软件。 (2)清除与气顶升无关的杂物,确保拱顶和混凝 土墙体之间没有任何杂物存在;确保拱顶上表面没有 未清除的施工垃圾和在气顶升阶段可能滑落的物体。 (3)根据预气顶升程序开始预气顶升。 (4)各顶升高度测量人员依据统一口令进行读 数、报数,记录人员在记录表上记录好各时段拱顶顶升 高度的数据,数据同时输入电脑软件中,分析罐顶的平 稳状态。 (5)对预气顶升过程进行全面分析、总结,编制 LNG储罐预气顶升结果,并组织全体人员会议,宣读 预气顶升结果,对正式气顶升提出要求。 (6)预气顶升完成后,根据分析数据,如有需要将 调整配重。 匕 毫垒垦卫曲!鱼!Q业 工程技术 8进行气顶升 (1)拱顶预气顶升经顺利完成后,并再次确认分 析升顶压力和风量是否与计算书相符;如果在预顶升 中配重不合理,对配重进行微调;再次对密封材料进行 检查确认。如一切正常,即可进行正式气顶升工作。 (2)应在罐壁顶部、风机处、压力计、张力计检查 人员和测量罐顶上升高度的测量人员等每个关键点之 间安装通讯系统,并进行检查。 (3)操作起始阶段前,风量调节阀门关闭,紧急封 闭门打开。启动风机时逐渐打开风量调节阀门,达到要 求的压力。 (4)顶升时,若风机停转,紧急封闭门应关闭。 (5)各顶升高度测量人员依据统一口令对罐顶即 时高度数值进行测量读数、报数,电脑数据录入员把读 数输入“LNG储罐正式气顶升测量数据同步分析软件” 中,就可以得出当即罐顶的上升高度、上升速度、罐顶 上升不均匀高差及其他数据,使指挥长做到指挥升顶 心中有数,可以随时处理罐顶上升过程中出现的问题。 (6)当罐顶与承压圈底部接触时,工人将顶板限 位件按图进行安装,使罐顶与承压圈临时固定。它们的 作用是帮助罐顶板在承压圈内的安装。 (7)在顶板限位件安装时,储罐内压力应保持在 罐顶气升所要求平衡压力之上。 (8)当沿罐顶圆周焊完第1道焊道(必须达到最 终焊缝的50%),以及在每根径向梁的顶部两侧各 300mm长范围内焊2~3道后,即可泄压。 (9)顶板限位件在焊完梁与承压圈的连接牛腿时 拆除。 9结论 中国石油江苏LNG接收站项目二期国内首座最 大的20万m3 LNG储罐罐顶气升顶一次成功,标志着 中国石油大型LNG储罐建造技术取得重大突破,是公 司施工LNG项目业绩又一次质的跨越,使公司在中国 LNG项目建设领域一直处于领先地位,也再次证明了 我公司的LNG储罐建造技术是可靠、先进的。 通过以上对完成20万m3LNG储罐钢制拱顶气顶 升过程的相关阐述,可以得出以下结论: (下转69页) 石油化工建设2017.03 l 57 万方数据 罐外指定地点。拆除的阳极及其它物资应送废品站回 收,不得随意丢弃。 4.5说明 (1)罐壁浮锈。焊缝周边打磨处及罐壁凹凸不平 点会产生黄色浮锈。从未浸海水部位和浸海水部位来 看,很多部位都出现了黄色浮锈,不管是未浸海水部 位,还是浸海水部位都产生了浮锈,是由于罐内昼夜温 差大,在海水试压过程中罐内产生的大量水蒸气凝结 在罐壁上,在下流过程中堆积在焊缝周边及罐壁的凹 处后,焊缝与罐体的材质不一样而存在电位差,就产生 了黄锈;罐内的凝结水不断下流,黄锈在其重力的作用 下随着凝结水挂持在罐壁上。经现场对焊缝周边检测 与验证,黄锈的产生对焊缝无任何影响,因罐内盐雾的 影响,故其生成是不可避免的。 (2)罐底板白色结合物。牺牲阳极有保护过程中 溶解物脱落,铝离子、海水中的钙离子与氢氧根离子会 形成少量的结合物粘结在罐底板上。 亡 E垒垦工皇堂!殳!Q鲤 工程技术 5结论 16万m3LNG储罐海水试验经增加此阴极保护措 施,罐内钢板腐蚀量比单纯采用低锌硅酸盐底漆加焊 缝覆盖的方式明显减少,达到了设计要求的腐蚀裕量, 保证了工程施工质量。因此,临时阴极保护措施在大型 LNG低温储罐海水试验中的应用是一种行之有效的方 法。 参考文献 1(c哩地或水下金属管道系统的外腐蚀控制》NACE RP0169 2船羽极保护应用原则和特殊考月鼢BS7361—1991 3(汐}表面阴极保护的设计和应用》DIN30676—1985 4氆钢质石油储罐防腐工程技术规7酚GB50393—2008 5畿哩地钢质管道阴极保护技术规}酚GB/T 21448—2008 6婚巷工设施牺牲阳极阴极保护设计和安李勖GJBl56—2002 7中石化广西液化天然气一期工程液化天然气储罐相关图纸及 参数。 (收稿日期:2016一12—06) (上接57页) (1)要想气顶升工作顺利完成,就必须仔细地完 成与气顶升有关的每一项工作; (2)要重点关注鼓风系统的计算、罐顶密封装置 的核算安装、平衡配重分析计算、罐顶与罐壁间隙分析 等; (3)严格预气顶升和气顶升前的技术交底; (4)要依据数据分析软件使罐顶预气顶升和气顶 升过程即时受控,确保安全。 参考文献 l BS EN 14620-2:2006 Design and manufacture of site built。vertical,cylindrical,fiat bottomed steel切nks for the storage of refrigerated,liquefied gases with operating temperatures between 0℃and-165℃一Part 2:Metallic components[S]. 2 API 620:2014 Design and Construction of Large,Wem— ed,Low-pressure Storage Tanks IS]. 3 GE;/T 26978:201 1现场组装立式圆筒平底钢质液化天然气 储罐的设计与建造【s】. 4 GB/T 50938:2013石油化工钢制低温储罐技术规范[S】. 5 sH/T 3537:2009立式圆筒形低温储罐施工技术规程【s】. 6 SY/T 0608:2014大型焊接低压储罐的设计与建造【s】. (收稿日期:2017—03—11) 石油化工建设2017.03 l 69 万方数据
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