LNG储罐拱顶模块的定长钢丝绳吊装

丁小见

中海油石化工程有限公司，山东济南 250000

浙江舟山液化天然气接收及加注站项目一期LNG储罐设施的施工包括T-02-01/T-02-02两台16万m3LNG储罐主体和附件的施工[1]，根据储罐拱顶预制经验和惯例，外罐拱顶预制分为12个大模块和12个小模块，大模块质量22.5 t，小模块质量10.5 t。由于穹顶模块属于不规则模块，安装时有固定的角度，所以是整个穹顶安装的难点。由于吊装作业难度大，经过现场勘察和反复论证，兼顾安全上的可靠性，项目组决定用1台260 t履带吊和定长吊装钢丝绳来完成罐顶吊装作业[2]，本文就该吊装工艺展开论述。

1 吊装工艺

（1）穹顶模块分A、B两种规格型号，其中A型穹顶块理论净质量22.5 t（带顶板的质量），B型穹顶块理论净质量为10.5 t（带顶板的质量）。以大模块为例介绍具体的吊装设备及机具的选型和计算过程。两种形式的穹顶块均设置4个吊点、用定长钢丝绳进行吊装，选用的吊装索具及吊耳所在结构位置如图1所示，图1（a）涂绿色的位置为吊耳所在的结构位置。

（2）在骨架片翼缘板上焊接4个吊耳，用4根φ28-6×37+FC-1670钢丝绳进行吊装，其中两根长度18 m，另外两根23.73 m。钢丝绳与吊耳、钢丝绳之间均通过12 t卡环连接。注意吊耳的位置一定要放在纵横梁的节点处，防止因吊装而引起梁变形，必要时可进行筋板加固。

（3）将穹顶块从预制胎具或存放胎具上吊起，而后履带吊吊着穹顶块行走至平面图中规定的吊装位置。

（4）沿罐壁提升穹顶块至超过罐壁钢筋1.5 m处，吊车旋转；下降穹顶块，至离罐内支撑约1.5 m处，利用溜绳旋转拱顶块，先组对安装中心环与拱顶块的连接，边缘支柱端轻微接触，保持吊车的吊装状态，安装中间支柱并调整好高度，以保证拱顶块的弧度，之后回钩，骨架弹性释放。

图1 大模块吊点布置

（5）吊耳选型、制作与焊接。由于最大的吊装构件质量22.5 t，经计算研究决定选用板式吊耳，吊耳型式如图2所示。吊耳由材质为Q235B的20 mm厚度的钢板制作而成，采用E7018焊条焊接在穹顶块梁上，焊接形式为四周密封焊，焊角高度为10 mm，吊耳在构件上的焊接角度如图3所示。吊耳焊接完成后进行100%PT检测，检测合格后才能用于吊装。吊装完毕后，吊耳可不切除（因对后续施工无影响）。

（6）吊装与吊车站位。吊车采用260 t吊车，其接杆状态为主臂长度80 m，主臂夹角70°。在罐周围布置环形走道供260 t吊车行走。吊车站位与骨架片吊装示意见图4。

图2 吊耳及受力分析

图3 吊耳在构件上的焊接角度

图4 吊车站位与骨架片吊装示意

（7）罐顶骨架吊装顺序。罐顶骨架片在罐外的预制胎具上预制完毕并检查合格后存放于存放胎具上，安装时可用260 t吊车吊起行走到安装位置后吊进罐内进行安装，安装大模块骨架的原则是第一片骨架与第二片骨架对称安装，第三片骨架与第四片骨架对称安装，第三片骨架与前两片骨架垂直，第四片骨架与第三片骨架对称，前四片骨架安装完毕后，剩余大模块骨架从0°位置开始顺时针依次对称安装，大骨架片和小骨架片是间隔安装的，骨架片的安装顺序示意见图5。

图5 骨架片安装顺序示意

2 吊装核算

2.1 钢丝绳安全系数核算

最大穹顶块的载荷为225 kN，选用的结构为φ28-6×37+FC（1670） 的钢丝绳的破断力P破=432kN。钢丝绳安全系数K=ΣP破×a/W=（432×4） /225=7.68＞[K]=5，式中a为钢丝绳根数，W为额定载荷，[K]为许用安全系数（规范要求钢丝绳安全系数必须大于5）[3]。

2.2 钢丝绳受力计算

钢丝绳的受力分析见图1，由图1可知：

2×F1+2×F2=G=225 kN

F1×L1=F2×L2

F1×9 197=F2×8 518

F2=54.1 kN；F1=58.4 kN

P1=F1/cos23°=58.7 kN

P2=F1/cos28°=66.1 kN

式中：F1、F2分别为钢丝绳拉力P1、P2的竖向分力；G为最大穹顶块的载荷；L1、L2分别为F1、F2的力臂长。

2.3 吊耳计算

以受最大载荷位置的吊耳进行核算。吊耳及受力分析见图2。

（1）A-A截面剪应力τ′校核：

查得Q235B钢材的许用应力τ为116 MPa，根据规范公式可算得许用剪应力[τ]为：

则 τ′＜ [τ]，A-A 截面剪应力满足要求。

（2）B-B截面的应力校核：

第一，计算B-B截面的拉应力σ1：

F3=P1cos43°=58.7 cos43°=42.9（kN）

σ1=F3/（250 × 20） =8.58 （MPa）

式中：F3为钢丝绳拉力的垂直于B-B截面的分力。

第二，计算B-B截面的剪应力τ：

F4=P1sin43°=5.87sin43°=40（kN）

τ=F4/（250 × 20） =8（MPa）

式中：F4为钢丝绳拉力的平行于B-B截面的分力。

第三，计算B-B截面的弯曲应力σ2：

σ2=100F4/（20 × 2502/6） =19.2 （MPa）

第四，根据第四强度理论，计算B-B截面的组合应力σ：

上面A-A截面校核时已查得Q235B钢材的许用应力τ为116 MPa，并已算得许用剪应力[τ]=66.97 MPa，据此判断上述B-B截面拉应力σ1＜τ（许用应力）、B-B截面剪应力τ＜[τ]（许用剪应力）、B-B截面的组合应力σ＜τ（许用应力），三者均满足要求。

3 保证措施

（1）对吊车行走路面进行沙石找平夯实处理，并进行正式吊车进场后的荷载行走试验，如果达不到要求，则对地基进行开挖，而后实施回填法地基处理，或加设承载厚钢板，以满足吊装要求[4]。

（2）吊车进场前进行吊车报验，吊车组装完毕后对吊车进行空载试车和满负荷试验[5]。满负荷试验时选用SB标准工况，吊载离地100 mm，空中停留10 min。满负荷试验时，检查吊车各部位，若无异常则为合格。

（3）对吊装索具进行外观检查和证件检查。起重工和吊车指挥要持证上岗[5]。吊装前进行吊装技术交底，做到现场指挥、吊车指挥和现场作业人员明确吊装全过程的操作细节。吊装前进行联合检查，确认各项吊装条件具备。吊车指挥应采用对讲机并使用专用频道进行指挥，吊车司机驾驶室旁应设信号传递岗。

（4）拱顶块应设4根溜绳。中心柱及边缘柱处脚手架搭设严格执行规范，做到通道双护栏、踢脚板斜拉齐全、钢跳板满铺。风速超过10.8 m/s或者大雾天气条件下禁止进行吊装作业[6]。在吊装过程中，需要塔吊司机在岗，提前告知具体吊装方位，配合旋转塔吊的吊臂，避免塔吊吊臂与履带吊的吊臂发生空中碰撞的情况。

4 结束语

国内LNG产业已经进入了核心技术自主化的阶段，但仍有许多课题和关键技术需要进一步去优化和研究。本文简单介绍了LNG储罐穹顶模块的定长钢丝绳吊装方法，该方法不仅简化了传统6点吊装方法，也简化了工人用吊链来调整安装角度的过程，该项目的成功实施可为类似项目的施工提供借鉴。