瓦楞型铝吊顶在大型LNG储罐中的应用

魏 明

中国石油天然气第六建设有限公司，广西桂林 541004

国内LNG 接收站建设起步于2005年的广东大鹏LNG 接收站，该站一期工程由2 座有效容积为16 万m3LNG 全容罐组成；福建、上海、江苏、大连、唐山、珠海、浙江等省市已建成的LNG 接收站均以此罐型为主[1]。在中国石油LNG接收站国产化思想主导下，LNG 接收站国产化建设快速发展，中国寰球工程有限公司依靠自主知识产权，建造完成了11座16万m3 的LNG储罐[2]，这些储罐均采用平板型铝吊顶结构。

1 瓦楞型铝吊顶设计理念和优点

传统的平板型铝吊顶结构存在的问题：自身结构复杂导致罐直径越大，材料浪费越大，造价越高；铝板膨胀系数大，焊接过程底板控制变形难度大；无法实现工厂化预制——吊顶板和加强环均需现场安装焊接，施工工期长；现场铝焊接作业量大，铝焊作业对焊接工人身体伤害大。

为解决传统吊顶结构存在的问题，满足设计要求，中国寰球工程有限公司设计研发了瓦楞型铝吊顶结构，并首次应用于中石油江苏LNG 项目二期工程20 万m3LNG 储罐。

1.1 瓦楞型铝吊顶的设计理念

LNG 储罐铝吊顶主要用于承受吊顶保冷玻璃棉自身重量及施工过程中的施工载荷，保冷玻璃棉共10 层，每层厚度100 mm，密度16 kg/m3，施工载荷按1 kN/m2 考虑；EN14620在“载荷工况和设计因素”一章中建议：在安装和维护期间，建议作用在吊顶上的均布载荷应不小于1.0 kN/m2。

在设计载荷下吊顶板结构能否满足强度及刚度要求：即设计载荷下不能超过最大许用应力32.1 MPa（92 MPa × 0.35=32.1 MPa，吊顶板B209 5083-0 的许用应力为92 MPa，搭接的焊接接头系数为0.35）[3]，温度变化引起的载荷变化较小[4]，可以忽略不计；瓦楞型铝吊顶通过采用1.2 mm 的薄铝板折边的方式增加铝板表面的承载力，在满足同条件承载上部玻璃保温棉的要求下，达到减轻自身重量的目的；通过吊顶及瓦楞板合理分片实现工厂化预制，现场模块化拼装，以射钉的方式代替传统的焊接，降低现场作业人员的劳动强度，进而缩短LNG 储罐的建造工期。

1.2 瓦楞型铝吊顶的优点

（1）瓦楞型铝吊顶设计理念先进，适合工厂化预制、现场模块化拼装，符合中国石油集团“实施五化战略、提升能力、创新驱动”的发展需要，可在国内实现模块制作，现场拼装；尤其是在工业基础薄弱的国家建造LNG 储罐更具有优势。

（2）瓦楞型铝吊顶由于自身重量轻，同等工况条件下更容易满足大跨度工况条件，在后期27万m3甚至更大的LNG 储罐的应用中优势更明显。

（3）瓦楞型铝吊顶克服了平板型铝吊顶由于面积较大，因而壁厚较薄、刚性差、热收缩率高，组装及焊接时易发生较大的变形的缺点[5]，该类型吊顶的焊接工作量仅为平板型铝吊顶的1/10，底板铺设后基本上没有焊接变形，整体尺寸和局部凸凹度控制均优于平板型铝吊顶。

（4）瓦楞型铝吊顶更加环保，施工过程中产生的铝粉尘较少，对作业人员的职业伤害小。

2 瓦楞型与平板型铝吊顶结构比选

2.1 结构形式对比

瓦楞型铝吊顶上、下部结构如图1 ～2 所示，包括底部铝型材框架、上部瓦楞铝板（t=1.2 mm）和连接吊杆3 部分。铝型材框架采用不锈钢安装螺栓连接，瓦楞板采用不锈钢拉丝铆钉与型钢框架固定，瓦楞板间采用铝箔胶带密封粘贴，所有构件全部在厂家预制完成，现场只进行简单拼装。

图1 瓦楞型铝吊顶上部结构

图2 瓦楞型铝吊顶底部结构

平板型铝吊顶结构形式见图3，包括底部铝板浮盘（t=6 mm）、上部13 圈铝板加强环和连接吊杆3 部分，底部铝板浮盘采用铝板间搭接焊接而成，上部铝板加强环为板材对接连接成环形，底部铝板和加强环间采用75 ～150 mm 交错花焊。

图3 平板型铝吊顶结构形式

2.2 材料消耗及建设工时对比

以16 万m3LNG 储罐为例，两种铝吊顶各部位材料消耗对比见表1，结构建设工时对比见表2。

表1 两种铝吊顶各部位材料消耗对比

表2 两种铝吊顶结构建设工时对比

2.3 比选结果

通过对比可知，瓦楞型铝吊顶现场建设工时比平板型铝吊顶节省了3 890 h，由于采用拉丝铆钉固定，施工过程中投入的高技能铆工和铝焊工的人员大幅减少。以20 万m3LNG 储罐为例：采用瓦楞型铝吊顶结构可节省材料费用约170 万元；单位面积上的铝材消耗量减少41%，不锈钢材料消耗量减少23%；节约工期约30个工作日、减少焊接长度约6 200 m、减少穹顶受力610 kN。

3 瓦楞型铝吊顶的安装工艺

3.1 瓦楞型铝吊顶施工流程

工厂预制构件验收→罐内基础放线→拱顶吊杆连接板焊接→吊杆安装→框架梁安装→瓦楞板铺设→周边平板铺设→吊杆调节螺栓调整锁紧（储罐升顶前、后各调整一次）→铝接套管安装→外侧封边板安装焊接（待内罐壁板组装完成后）→安装珍珠岩保冷库配件→瓦楞板缝隙粘贴低温胶带→上部保温玻璃棉施工。

3.2 吊杆安装

采用升降车按照图纸及吊杆编号，从中心位置将吊杆通过螺栓和穹顶连接板连接在一起，允许吊杆因吊顶收缩导致的吊杆转动，升降车依次从罐中心第1 圈开始到第9 圈结束。

3.3 框架梁安装

组装中心环梁，采用M16×45 的配套螺母垫片，初步手动拧紧，待梁调平后用扳手拧紧，螺栓从连接板侧穿向腹板侧，效果如图4 所示。

图4 中心环梁组装

按照绘制的辅助线安装其余主梁和环梁，辅助线为主梁的中心线，安装方法和中心环梁一样；待所有的梁安装完，调平梁的上表面，锁紧安装螺栓，螺栓和螺母焊接点固。

3.4 瓦楞板安装

瓦楞板按图纸划分的区域，单片、双片、四片地铺设在梁上，每块瓦楞板最少跨两组经向梁；调整好后采用拉丝铆钉枪将瓦楞板和梁翼板锚固在一起，铆钉间距不大于500 mm。

3.5 施工注意事项

（1）由于瓦楞板自身只有1.2 m，施工过程中应避免尖锐物体击伤铝板。

（2）铝型框架为不锈钢安装螺栓连接，螺栓紧固后应逐一检查，螺母采用焊条点焊防止脱扣。

（3）由于瓦楞板施工完成后，对接缝位置若不能及时采用铝箔胶带粘贴密封，施工过程中应做好罐顶通风口的防雨工作，避免雨水由罐顶通风管口和吊顶缝隙进入储罐导致施工中的保冷材料淋水。

（4）铝箔胶带应满足低温工况使用条件，保温棉施工前应对吊顶所有缝隙进行检查验收，确保全部粘贴完好；避免储罐投用后保温棉棉屑通过瓦楞板缝隙掉入罐内LNG 液体中造成LNG 高压泵进口滤网经常性停泵检修清理。

4 结束语

瓦楞型铝吊顶结构设计合理，性能优良，安全性高，经济性好，在大型LNG 储罐建设上具有推广价值，社会效益显著。目前该吊顶结构已经推广到中天能源江阴LNG 项目、唐山LNG 项目三期、江苏LNG 项目三期等在建工程。