瓦楞型鋁吊頂在大型LNG儲(chǔ)罐中的應(yīng)用

魏 明

中國(guó)石油天然氣第六建設(shè)有限公司，廣西桂林 541004

國(guó)內(nèi)LNG 接收站建設(shè)起步于2005年的廣東大鵬LNG 接收站，該站一期工程由2 座有效容積為16 萬(wàn)m3LNG 全容罐組成；福建、上海、江蘇、大連、唐山、珠海、浙江等省市已建成的LNG 接收站均以此罐型為主[1]。在中國(guó)石油LNG接收站國(guó)產(chǎn)化思想主導(dǎo)下，LNG 接收站國(guó)產(chǎn)化建設(shè)快速發(fā)展，中國(guó)寰球工程有限公司依靠自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，建造完成了11座16萬(wàn)m3 的LNG儲(chǔ)罐[2]，這些儲(chǔ)罐均采用平板型鋁吊頂結(jié)構(gòu)。

1 瓦楞型鋁吊頂設(shè)計(jì)理念和優(yōu)點(diǎn)

傳統(tǒng)的平板型鋁吊頂結(jié)構(gòu)存在的問(wèn)題：自身結(jié)構(gòu)復(fù)雜導(dǎo)致罐直徑越大，材料浪費(fèi)越大，造價(jià)越高；鋁板膨脹系數(shù)大，焊接過(guò)程底板控制變形難度大；無(wú)法實(shí)現(xiàn)工廠化預(yù)制——吊頂板和加強(qiáng)環(huán)均需現(xiàn)場(chǎng)安裝焊接，施工工期長(zhǎng)；現(xiàn)場(chǎng)鋁焊接作業(yè)量大，鋁焊作業(yè)對(duì)焊接工人身體傷害大。

為解決傳統(tǒng)吊頂結(jié)構(gòu)存在的問(wèn)題，滿足設(shè)計(jì)要求，中國(guó)寰球工程有限公司設(shè)計(jì)研發(fā)了瓦楞型鋁吊頂結(jié)構(gòu)，并首次應(yīng)用于中石油江蘇LNG 項(xiàng)目二期工程20 萬(wàn)m3LNG 儲(chǔ)罐。

1.1 瓦楞型鋁吊頂?shù)脑O(shè)計(jì)理念

LNG 儲(chǔ)罐鋁吊頂主要用于承受吊頂保冷玻璃棉自身重量及施工過(guò)程中的施工載荷，保冷玻璃棉共10 層，每層厚度100 mm，密度16 kg/m3，施工載荷按1 kN/m2 考慮；EN14620在“載荷工況和設(shè)計(jì)因素”一章中建議：在安裝和維護(hù)期間，建議作用在吊頂上的均布載荷應(yīng)不小于1.0 kN/m2。

在設(shè)計(jì)載荷下吊頂板結(jié)構(gòu)能否滿足強(qiáng)度及剛度要求：即設(shè)計(jì)載荷下不能超過(guò)最大許用應(yīng)力32.1 MPa（92 MPa × 0.35=32.1 MPa，吊頂板B209 5083-0 的許用應(yīng)力為92 MPa，搭接的焊接接頭系數(shù)為0.35）[3]，溫度變化引起的載荷變化較小[4]，可以忽略不計(jì)；瓦楞型鋁吊頂通過(guò)采用1.2 mm 的薄鋁板折邊的方式增加鋁板表面的承載力，在滿足同條件承載上部玻璃保溫棉的要求下，達(dá)到減輕自身重量的目的；通過(guò)吊頂及瓦楞板合理分片實(shí)現(xiàn)工廠化預(yù)制，現(xiàn)場(chǎng)模塊化拼裝，以射釘?shù)姆绞酱鎮(zhèn)鹘y(tǒng)的焊接，降低現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，進(jìn)而縮短LNG 儲(chǔ)罐的建造工期。

1.2 瓦楞型鋁吊頂?shù)膬?yōu)點(diǎn)

（1）瓦楞型鋁吊頂設(shè)計(jì)理念先進(jìn)，適合工廠化預(yù)制、現(xiàn)場(chǎng)模塊化拼裝，符合中國(guó)石油集團(tuán)“實(shí)施五化戰(zhàn)略、提升能力、創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)”的發(fā)展需要，可在國(guó)內(nèi)實(shí)現(xiàn)模塊制作，現(xiàn)場(chǎng)拼裝；尤其是在工業(yè)基礎(chǔ)薄弱的國(guó)家建造LNG 儲(chǔ)罐更具有優(yōu)勢(shì)。

（2）瓦楞型鋁吊頂由于自身重量輕，同等工況條件下更容易滿足大跨度工況條件，在后期27萬(wàn)m3甚至更大的LNG 儲(chǔ)罐的應(yīng)用中優(yōu)勢(shì)更明顯。

（3）瓦楞型鋁吊頂克服了平板型鋁吊頂由于面積較大，因而壁厚較薄、剛性差、熱收縮率高，組裝及焊接時(shí)易發(fā)生較大的變形的缺點(diǎn)[5]，該類型吊頂?shù)暮附庸ぷ髁績(jī)H為平板型鋁吊頂?shù)?/10，底板鋪設(shè)后基本上沒(méi)有焊接變形，整體尺寸和局部凸凹度控制均優(yōu)于平板型鋁吊頂。

（4）瓦楞型鋁吊頂更加環(huán)保，施工過(guò)程中產(chǎn)生的鋁粉塵較少，對(duì)作業(yè)人員的職業(yè)傷害小。

2 瓦楞型與平板型鋁吊頂結(jié)構(gòu)比選

2.1 結(jié)構(gòu)形式對(duì)比

瓦楞型鋁吊頂上、下部結(jié)構(gòu)如圖1 ～2 所示，包括底部鋁型材框架、上部瓦楞鋁板（t=1.2 mm）和連接吊桿3 部分。鋁型材框架采用不銹鋼安裝螺栓連接，瓦楞板采用不銹鋼拉絲鉚釘與型鋼框架固定，瓦楞板間采用鋁箔膠帶密封粘貼，所有構(gòu)件全部在廠家預(yù)制完成，現(xiàn)場(chǎng)只進(jìn)行簡(jiǎn)單拼裝。

圖1 瓦楞型鋁吊頂上部結(jié)構(gòu)

圖2 瓦楞型鋁吊頂?shù)撞拷Y(jié)構(gòu)

平板型鋁吊頂結(jié)構(gòu)形式見(jiàn)圖3，包括底部鋁板浮盤(pán)（t=6 mm）、上部13 圈鋁板加強(qiáng)環(huán)和連接吊桿3 部分，底部鋁板浮盤(pán)采用鋁板間搭接焊接而成，上部鋁板加強(qiáng)環(huán)為板材對(duì)接連接成環(huán)形，底部鋁板和加強(qiáng)環(huán)間采用75 ～150 mm 交錯(cuò)花焊。

圖3 平板型鋁吊頂結(jié)構(gòu)形式

2.2 材料消耗及建設(shè)工時(shí)對(duì)比

以16 萬(wàn)m3LNG 儲(chǔ)罐為例，兩種鋁吊頂各部位材料消耗對(duì)比見(jiàn)表1，結(jié)構(gòu)建設(shè)工時(shí)對(duì)比見(jiàn)表2。

表1 兩種鋁吊頂各部位材料消耗對(duì)比

表2 兩種鋁吊頂結(jié)構(gòu)建設(shè)工時(shí)對(duì)比

2.3 比選結(jié)果

通過(guò)對(duì)比可知，瓦楞型鋁吊頂現(xiàn)場(chǎng)建設(shè)工時(shí)比平板型鋁吊頂節(jié)省了3 890 h，由于采用拉絲鉚釘固定，施工過(guò)程中投入的高技能鉚工和鋁焊工的人員大幅減少。以20 萬(wàn)m3LNG 儲(chǔ)罐為例：采用瓦楞型鋁吊頂結(jié)構(gòu)可節(jié)省材料費(fèi)用約170 萬(wàn)元；單位面積上的鋁材消耗量減少41%，不銹鋼材料消耗量減少23%；節(jié)約工期約30個(gè)工作日、減少焊接長(zhǎng)度約6 200 m、減少穹頂受力610 kN。

3 瓦楞型鋁吊頂?shù)陌惭b工藝

3.1 瓦楞型鋁吊頂施工流程

工廠預(yù)制構(gòu)件驗(yàn)收→罐內(nèi)基礎(chǔ)放線→拱頂?shù)鯒U連接板焊接→吊桿安裝→框架梁安裝→瓦楞板鋪設(shè)→周邊平板鋪設(shè)→吊桿調(diào)節(jié)螺栓調(diào)整鎖緊（儲(chǔ)罐升頂前、后各調(diào)整一次）→鋁接套管安裝→外側(cè)封邊板安裝焊接（待內(nèi)罐壁板組裝完成后）→安裝珍珠巖保冷庫(kù)配件→瓦楞板縫隙粘貼低溫膠帶→上部保溫玻璃棉施工。

3.2 吊桿安裝

采用升降車按照?qǐng)D紙及吊桿編號(hào)，從中心位置將吊桿通過(guò)螺栓和穹頂連接板連接在一起，允許吊桿因吊頂收縮導(dǎo)致的吊桿轉(zhuǎn)動(dòng)，升降車依次從罐中心第1 圈開(kāi)始到第9 圈結(jié)束。

3.3 框架梁安裝

組裝中心環(huán)梁，采用M16×45 的配套螺母墊片，初步手動(dòng)擰緊，待梁調(diào)平后用扳手?jǐn)Q緊，螺栓從連接板側(cè)穿向腹板側(cè)，效果如圖4 所示。

圖4 中心環(huán)梁組裝

按照繪制的輔助線安裝其余主梁和環(huán)梁，輔助線為主梁的中心線，安裝方法和中心環(huán)梁一樣；待所有的梁安裝完，調(diào)平梁的上表面，鎖緊安裝螺栓，螺栓和螺母焊接點(diǎn)固。

3.4 瓦楞板安裝

瓦楞板按圖紙劃分的區(qū)域，單片、雙片、四片地鋪設(shè)在梁上，每塊瓦楞板最少跨兩組經(jīng)向梁；調(diào)整好后采用拉絲鉚釘槍將瓦楞板和梁翼板錨固在一起，鉚釘間距不大于500 mm。

3.5 施工注意事項(xiàng)

（1）由于瓦楞板自身只有1.2 m，施工過(guò)程中應(yīng)避免尖銳物體擊傷鋁板。

（2）鋁型框架為不銹鋼安裝螺栓連接，螺栓緊固后應(yīng)逐一檢查，螺母采用焊條點(diǎn)焊防止脫扣。

（3）由于瓦楞板施工完成后，對(duì)接縫位置若不能及時(shí)采用鋁箔膠帶粘貼密封，施工過(guò)程中應(yīng)做好罐頂通風(fēng)口的防雨工作，避免雨水由罐頂通風(fēng)管口和吊頂縫隙進(jìn)入儲(chǔ)罐導(dǎo)致施工中的保冷材料淋水。

（4）鋁箔膠帶應(yīng)滿足低溫工況使用條件，保溫棉施工前應(yīng)對(duì)吊頂所有縫隙進(jìn)行檢查驗(yàn)收，確保全部粘貼完好；避免儲(chǔ)罐投用后保溫棉棉屑通過(guò)瓦楞板縫隙掉入罐內(nèi)LNG 液體中造成LNG 高壓泵進(jìn)口濾網(wǎng)經(jīng)常性停泵檢修清理。

4 結(jié)束語(yǔ)

瓦楞型鋁吊頂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，性能優(yōu)良，安全性高，經(jīng)濟(jì)性好，在大型LNG 儲(chǔ)罐建設(shè)上具有推廣價(jià)值，社會(huì)效益顯著。目前該吊頂結(jié)構(gòu)已經(jīng)推廣到中天能源江陰LNG 項(xiàng)目、唐山LNG 項(xiàng)目三期、江蘇LNG 項(xiàng)目三期等在建工程。