LNG低温双壁罐的施工工艺

LNG低温双壁罐的施工工艺

张传超

陕西化建西安公司 , 陕西 西安 710000

摘要：在LNG低温双壁罐的施工中，有必要对施工程序的顺序进行控制。安排不当会导致困难的安装安装中的下一个程序或失败,导致返工和经济损失。

关键词：LNG低温双壁罐;施工工艺;工序控制;

1 LNG双壁储罐结构及主要技术数据

1. 1. LNG储罐结构形式

内罐吊顶、外罐拱顶的双壁单容罐

1. 2. 储罐几何尺寸

设计容积为1×10⁴m³ ，内罐底板及壁板主体材料为S30408；吊顶主要材料为5052-O铝合金板，公称直径25米，筒体高度24.18米；外罐主体材料为Q345R，公称直径27米，筒体高度26.65米，储罐总高度31.057米；储罐总重约566吨（不含保冷层）。

1.3 储罐结构简图如下

2 主要施工方法及工艺

根据储罐直径、高度、重量，以及复杂的罐顶结构型式，要求必须在基础平台上预制安装。本储罐的内、外罐均采用群桅杆导链提升倒装法施工，先进行外罐安装，后进行内罐安装。

2.1 基础检验、划线

对储罐混凝土基础承台进行表面平整度、轴线方位、中心位置及预埋锚件预留位置等的复验。

壁板下方基础平面或环梁平面度：罐底环形板部分的基础沿圆周方向每10m高差不得大于6mm；整个圆周长度内任意两点的高度差不得大于12mm。

锚固件的检查：沿半径方向不能超过10mm，沿垂直方向不能超过±3mm；在混凝土上面部分的高度允差为±12mm；两相邻的锚固件距离不能超过±10mm。

检查并复合基础的方位线是否正确。并按土建预留的标记划出储罐的安装方位线及底板的轮廓线。

2.2 外罐底板的铺设、焊接

2.2.1 按图示方位铺设底板的环形边缘板，并将底板直径放大0.1%~0.15%，将环形边缘板垫起，先焊接环形边缘板对接缝的反面焊缝，后焊正面焊缝，焊后对焊缝进行打磨至于母材平齐并进行RT检验，检验合格后将环形板放下。示意

图如下，按图示方位铺设底板的中幅板，铺设时应先铺设中心位置的中幅板，然后向两侧依次铺设，铺设完毕后将安装基准线移植到底板上表面。

2.2.2 中间板与环形边板的角焊应在罐底与罐壁的角焊完成后进行。焊工应均匀分布，焊接应沿同一方向分段背焊或跳焊。先焊短焊缝，再焊长焊缝。焊接长焊缝时，应从中心向两侧分段背焊。底板的变形受沙袋控制。在焊接过程中,层间温度60℃,严格控制焊接人员和焊接速度（人员：沿圆周方向对称施焊，8人）。

2.3 外罐的安装

2.3.1 外罐抗压圈的安装

在外罐底部环形边缘板上均匀的放置50个钢墩，钢墩的高度根据吊杆的长度计算为800mm（长300mm×宽300mm×高800mm），钢墩应与罐底板点焊牢固并加斜撑加固，上表面设置压缩环和壁板定位板，压缩环和壁板放在钢墩上安装。待外罐完成后将钢墩拆除。在压缩环上安装时采用临时支架固定，每块压缩环安装三个临时支架，安装的角度同压缩环与抗压圈的夹角相同。外罐压缩环安装完成后，即可安装抗压圈,将抗圈环逐块吊装就位，如下页图所示，然后焊接抗压圈间的对接焊缝，并进行检测。焊接完毕后，拆除临时支架，并将焊点打磨平。有凹陷之处应焊平后再打磨。

2.3.2 外罐拱顶的安装

在安装之前拱顶的强化,强化中心金库应该安装。中心钢筋应采用汽车起重机吊装。将中心筋提升至一定高度，在下方安装6根φ159×6的临时支撑，将中心加强筋托住，以便安装纵向筋，纵向筋为单根安装，纵向筋安装前需将环向轨道工字梁，吊顶板等材料放入承台。横向筋待纵向筋安装完成后进行，待拱顶纵向及横向筋焊接全部结束并检查合格后，再拆除临时支撑。以上工作完成后进行环形轨道安装，完成后进行吊顶安装，然后安装外罐第11~10圈壁板，最后铺设拱顶板、装配顶部的接管、人孔、平台、栏杆等附件。

2.3.3 吊顶板的安装

吊顶板放在外部储罐的底板上：首先将中间板放在中间，然后将其两侧依次放置，然后在内部储罐的天花板上安装并焊接悬挂吊环。 组装好的井架升降装置用于调节拱顶和天花板的预设高度。 当外罐的顶棚与内顶棚之间的距离相同时，应在顶棚和拱顶之间安装吊杆。

2.4 外罐壁板的安装

壁板的安装采用群桅杆提升法施工，主要由群桅柱、电动导链、胀圈等组成（见示意图如下）

群桅杆提升装置示意图

群桅柱及导链的选择计算：

外罐总重为343t，最大起吊重量为310t，桅杆选用28根φ219×6的无缝钢管制作，高度为4.7m，单根桅杆最大受力为G=310/28 cos5°=11.2T＜20T×70%=14T（按70%考虑），所以选用20t导链，桅杆底部垫板用450×450×10的钢板，3根斜撑采用∠80×80×8的角钢连接，平衡绳采用φ13.5mm的钢丝绳拉紧，平衡绳调节螺栓采用花兰螺栓CO型M24。

由上到下依次安装第9~1圈壁板， 壁板组对间隙为2mm，错变量控制在1mm内，在施焊前需经质安部、技术部、铆工班组长、电焊班组长签字确认后方可施焊。壁板纵焊缝的安装方位按设计规定。加强圈的安装按图纸要求的位置随筒体进行。顶圈壁板焊口对接后，先焊纵焊缝，后焊环焊缝，最后焊接壁板与环形板之间的角焊缝，焊后进行PT检测。

在外罐施工完成后，对外罐内壁所有施工部位进行全面检查、清理、确认罐内壁所有施工均符合设计要求后方可开始内罐的安装。内罐安装前应先在外罐壁板上预留一个临时大门，方便内罐材料和施工人员进出，内外罐门洞预留方位应注意预留在与泵井及其它接管的对称位置，方便安装（接管无法在罐内对接成整体）。待内罐施工彻底结束后，封外罐门洞。

2.5 保冷施工

罐底板的保冷材料主要采用水泥找平层上加珠光砂水泥砖、玻璃棉、干沙、泡沫玻璃砖和沥青毡等材料；内外罐夹层之间采用珠光砂进行保冷，具体不再详述。罐底保冷前，需安装完成4个仪表测温点，及罐底氮气吹扫口系统管道（测温点、氮气吹扫管在泡沫玻璃砖里）。

2.6 内罐的安装

2.6.1 内罐底板安装

待底部保冷层及干砂找平层结束后，铺设内罐底板。铺设时应注意对干砂找平层的保护。先铺设内罐底部环形边缘板，并将直径放大0.1%～0.15%。将环形边缘板垫起，先焊接环形边缘板对接缝的反面焊缝，后焊正面焊缝，焊后对焊缝进行打磨至于母材平齐并进行RT检验，检验合格后将环形板放下。铺设中幅板时，应先铺设最中间的一张中幅板，然后向两侧依次铺设。底板三层搭接处的切角处理方法同外罐底板方法。底板的搭接焊缝最少焊接两遍，且每遍的层间接头要相互错开。内罐壁板安装在内罐底部边缘板上均匀的放置96个钢墩，钢墩应与罐底板点焊牢固，上表面设置壁板定位板，壁板放在上面安装组对焊接。待内罐完成后将钢墩拆除。

2.6.2 内罐群桅杆及导链的选择。

群桅杆选用28根φ219×6的无缝钢管制作，内罐总重为180t，内罐罐体最大起吊重量为126t，高度为6m，单根桅杆最大受力为G=126/28=4.5T＜10T×70%=7T(按70%考虑)，所以选用10t导链，桅杆底部垫板用450×450×10的钢板，3根斜撑采用∠63×63×6的角钢连接，平衡绳采用φ13.5mm的钢丝绳拉紧，平衡绳调节螺栓采用CO型M24的花兰螺栓。

2.6.3 玻璃砖的抗压强度

计算单根桅杆的抗压强度

单根桅杆受力面积为：A=0.45m×0.45m=0.2025m²

单根桅杆受力为： P₁=126/28cos5.7°=4.5T

单根桅杆下玻璃砖的受力：P= P₁+ P₂=4.5+0.6=5.1T

注：P₂=0.6T （P₂为最下层玻璃砖上的桅杆、导链等重量之和按0.6T计算）

则单根桅杆所受的抗压强度为：δ=P/A=5.1/0.2025=25.2T/m²=0.246N/m，依据设计院提供的泡沫玻璃砖抗压强度性能要求：

取［δ］=0.55N/mm²

则 δ=0.246N/ mm²＜0.7［δ］=0.7×0.55=0.39N/ mm²

故泡沫玻璃砖的抗压强度能够满足施工要求。

2.6.4 内罐壁板的吊、运、就位

用25吨的汽车吊将内罐壁板从外罐的门洞送入罐内，然后用环形轨道上的电动葫芦配合，将壁板送到预定的位置。起吊重量严格按照电动葫芦说明执行。壁板的安装顺序应由上到下依次安装，与外罐壁板施工方法一致，底圈壁板组装的尺寸公差应符合GB50128中的相关规定。

2.7 附件安装

人孔、接管等所有配管按照设计图纸安装，在此不再一一介绍，仅叙述在施工过程中接管安装应注意的细节问题：

2.7.1 在接管安装时要把吊顶固定死，防止接管安装完成后，吊顶偏移不正。（应在吊顶与拱顶放线前应先把吊顶固定好，不要让它摇晃，再经行放线开孔，吊顶与拱顶放线时必须同心，吊顶开孔时应注意与拱顶不同心，为偏心。在吊顶上放线可采用全站仪，拱顶上放线可在吊顶上使用线坠引致拱顶下表面。）

2.7.2 内罐接管安装时，应注意导向支架与接管的间距，靠管壁方向间距必须保证。

2.7.3 部分接管的导向支架在安装前仔细熟悉图纸，以免与接管在焊在一起造成返工。（如液位计接管与导向支架的导波管是不能焊接的，防止图纸未看清焊在一起）。

2.8 罐体试验

2.8.1 内罐水试验

内罐充水试验前，内罐所有焊接工作应全部完成并检验合格，罐内各种杂物清理干净，内外罐壁不能与基础预埋锚固件焊接。充水应采用清洁水，氯离子含量不超过25ppm，水温不应低于5℃,充水过程中应开启人孔保证内罐始终与大气相通，充水高度按设计文件执行。充水过程应按设计文件规定进行外罐和罐基础沉降观测，沉降观测应在充水前、当水充到1/2、3/4和水充满48小时分别进行，内罐或基础发生较大沉降或不均匀沉降时应停止充水，处理后继续进行试验。

充水试验时应对内罐焊接接头的严密性及罐体各部位的变形进行检查，充水达到最高液位并保持48小时后，内罐无渗漏、罐体无异常变形为合格。

2.8.2 内罐充水外罐气压试验

外罐体所有焊接工作结束后，按设计文件规定的试验液位检查确认后充气加压。当罐内空气压力达到设计压力时，用发泡剂涂刷并检查外罐罐壁、罐顶板的所有焊缝，检查合格后继续向内罐充气。当罐内空气压力达到设计规定的试验压力时，保持压力1h，焊缝无渗漏、罐体无变形为合格。试压过程外罐气压升到试验压力时对外罐壁板、顶板所有焊缝进行检查，焊缝无渗漏无变形为合格。

内罐充水外罐气压试验合格后应立即打开排气减压阀，使罐内与大气相通。排气后应先将内外罐与基础预埋锚固件组对焊接，在排放内罐试验用水并清洗内罐，罐内不得存有积水和赃物。放水过程中排气减压阀应与大气相通，并按设计文件规定进行沉降观测。

2.8.3 外罐气压试验

外罐气压试验应在内罐充水外罐气压试验合格，将内罐水排净后进行。向罐内充气，当罐内空气压力达到设计文件规定的试验压力后，检查外罐体锚固结构和基础，无异常变形为合格，试验后应立即打开排气减压阀。

2.8.4 真空试验：

罐体真空试验使用真空泵向罐外抽气，使罐内真空度达到设计规定的实验值，保持1h,同时检查罐体有无异常变形，无异常变形为合格。试验后应立即打开进气阀，使罐内部与大气相通。最后拆除试压用临时盲板和堵板、管线，并检查罐内情况，清除罐内可能滞留的水份。

3 质量管理

在LNG罐的施工过程中，必须建立严格完善的工序质量检查确认制度，因为LNG罐的施工性质，决定了它一旦投入使用就不可能再进行故障修复。为此项目部建立了严密的工序报验检查签字确认制度，并将确认单在现场张贴，以方便检查，同时让每个施工人员都加强质量意识，以确保LNG罐施工质量万无一失。主要控制以下工序：材料报验—下料尺寸检查—组对偏差—焊条烘干领用—焊接工艺纪律执行—各种安装尺寸偏差检查等。

要求具体而详细，从数字上量化，可执行可操作，从而保证了制作质量稳定而可靠。

4 施工总结

4.1 材料的采购和质量控制

主要是不锈钢钢板和外加工件抗压圈及压缩环。根据这次施工经验，应提前3个月将定货合同完成，否则难以保证交货期。在合同中明确严格按设计的技术规格书的要求生产。

4.2 工期的安排必须科学紧凑，合理安排交叉施工。

4.3 主要施工要点

4.3.1 储罐的焊接

储罐检测要求为100%检测，所有上岗焊工必须经过培训，考试，合格后方可上岗。过程中主要是严肃焊接工艺纪律和控制线能量，采用多层多焊道。

控制好底板的变形，主要是采取先短缝、后长缝、对称施焊、分段退焊、多层多道，严格控制线能量。

4.3.2 罐体内泵井的制作安装

泵井是潜液泵上下的通道，安装精度要求极高（下部偏差要求控制在1mm内）。首先必须找有资质的专业公司定制、加工管件，并严格验收，且要求厂家要在现场指导安装。另外在预留门洞时，注意最好把罐体门洞留在泵井的对面位置，这样可以保证泵井在罐内底板上完成整段预制，再吊装就位（由于其高度大于罐直径，可伸到门洞外），否则需在安装过程中在空中组对焊接，难以保证安装精度。

4.3.3 内罐水压试验时，当水温与环境温度相差较大以及环境湿度大，在内罐壁上会形成冷凝液，要采取措施防止冷凝液流入水泥环梁、泡沫砖（含水量不能超过3%）。

参考文献：

[1]《现场设备、工业管道焊接工程施工规范》GB50236-2011；

[2]《立式圆筒型低温储罐施工技术规程》SH/T3537-2009；

[3]《压力容器制造、检验和验收规范》GB150.4-2011；

[4]《立式圆筒型钢制焊接储罐施工及验收规范》GB50128-2005；

[5]《工业金属管道工程施工规范》GB50235-2010；