铝吊顶在LNG吊顶储罐中的应用

孟树森，郭旭，陈杰，翟耀峰，顾枫，唐志光，孙娟，张伟

（张家港中集圣达因工程有限公司，江苏 张家港 215600）

随着国家政策的扶持，近几年来LNG储罐的市场需求量呈现井喷之势，其中绝大多数是吊顶储罐。

吊顶储罐常用于储存低温液体，如LNG、液态乙烯、液态丙烯等。根据API620对吊顶储罐（全容式储罐系统）的图解可知，吊顶储罐应由：主液体容器（低温钢）、次液体容器（低温钢）、温热蒸气容器（罐顶）、混凝土基础、带隔热材料的悬挂甲板、隔热材料（环形空间）、底部绝热材料、泵柱等零部件组成。

其中带隔热材料的悬挂甲板就是通常所讲的LNG吊顶储罐的悬顶。悬顶的主要作用是作为铺设玻璃纤维棉的支撑，玻璃纤维棉用于储罐罐顶保冷，防止主容器内的LNG蒸发过快导致储罐内BOG量急剧上升造成安全事故，是LNG吊顶储罐整个保冷系统中的至关重要的一环。因此悬顶是吊顶储罐不可或缺的部分。

1 传统LNG吊顶储罐悬顶的制作

LNG吊顶储罐的设计温度为-196 ℃，所以传统LNG吊顶储罐悬顶的材质选用S30408不锈钢。LNG吊顶储罐的悬顶组成部件有：悬顶板、悬顶加强筋、悬顶拉杆。

悬顶板是由一块块车间内预制好的钢板在现场拼接完成后，通过焊接的方法来连接。悬顶板的直径通常在25 m左右，因为外形尺寸过大在拼接时需要多名现场工作人员同时配合施工。在拼接完成后还需要进行焊接工作。在焊接过程中不仅要保证角焊缝的余高，每道焊缝至少焊接两遍，还需要适当地控制悬顶板的变形量。另外焊缝温度过高时应停止施焊，等焊缝层间温度下降后再进行焊接。

在悬顶板拼接施焊完成后进行下一步的悬顶加强筋装配工作。悬顶加强筋的数量根据悬顶板的直径有关，通常为4圈。悬顶加强筋同样是车间内预制好的钢板现场拼接而成。不同于悬顶板的拼接方式（板与板之间搭接，焊缝型式角焊缝），悬顶加强筋拼接处为对接焊缝。悬顶加强筋的厚度至少为12 mm，需要花费较多的时间来进行焊接。

当悬顶加强筋焊接完成后，需要进行悬顶与次容器径向梁的连接。用几十根长短不一的扁钢将次容器顶盖与悬顶加强筋连接起来，将次容器顶盖和悬顶构成一个整体，连接方式仍为焊接连接。

这就是传统LNG吊顶储罐不锈钢悬顶的现场制作的全过程。

2 传统LNG吊顶储罐悬顶不足及优化方向

通过上述描述可清晰地了解到传统LNG吊顶储罐悬顶从开始制作到最终完工，整个过程相当繁琐，需要耗费大量的人工（尤其需要焊工）、机具等，导致悬顶制作的工期较长，无法缩短建造周期，不能提前交付给业主。另外S30408不锈钢价格偏高，使得LNG吊顶储罐的原材料成本较高。这些因素直接提高了储罐的建造成本，参与投标时不具有价格优势，不能提高公司在市场上的竞争力。

为了在LNG吊顶储罐需求量暴增的市场环境下提高中标率，所以降低储罐的建造成本势在必行。

悬顶主要是作为铺设玻璃纤维棉的支撑，那么是否可以通过优化悬顶结构，在满足支撑需求的同时，减少S30408不锈钢材料的用量，来达到降低建造成本的目的。很显然这个假设不可行，首先LNG吊顶储罐的悬顶的结构相对固定，进行结构优化需要从零开始，还需要建立3D模型进行应力分析等工作。另外悬顶上还需要安装管道，优化后可能导致管道没有空间安装。

既然不能通过优化结构的方法来实现降低悬顶建造成本，那么可以寻找价格低于S30408不锈钢的材料来代替。查阅相关资料后了解到LNG混凝土全容罐的悬顶大多采用铝材料来制作，现已有很少一部分的LNG吊顶储罐的悬顶采用铝材料且成功运行。从材料性能方面分析，铝材料完全可以在BOG环境下使用；从材料价格方面考虑，铝材料价格远低于S30408不锈钢。在与相关的制作厂家的沟通后，了解到铝制悬顶（以下简称铝吊顶）在LNG吊顶储罐中有成功的案例，而且铝吊顶LNG储罐在整个行业内也的得到了业主的认可。

3 铝吊顶的设计及制作

3.1 铝吊顶设计的前提条件

在设计铝吊顶时需要储罐的相关设计参数，如地震条件、设计压力、试验压力、设计温度、储存介质、外形尺寸等。

设计过程中应当考虑吊顶的载荷及载荷组合，载荷通常为吊顶自重、保冷层重量、吊顶安装均布载荷、热收缩载荷、地震载荷等。在不同的工况下（建造工况、正常运行工况、地震工况）载荷工况不相同。因此必须选最危险的工况对吊顶的强度、稳定性及刚度进行校核计算。

3.2 铝吊顶的组成零部件

铝吊顶由瓦楞形铝板（悬顶板）、铝板支撑梁、圆钢吊杆、连接板等组成。

瓦楞形铝板是由铝平板经过机具压制成瓦楞形状，材质为 5083-O（固溶）且满足 GB/T 3880.1～3—2012相关要求。因为铝平板的厚度为1 mm，通压制成瓦楞形状，提高铝板的受力强度。瓦楞形铝板均为车间内预制，运到项目施工现场后可直接安装，不需要现场加工。

铝板支撑梁为T型钢，材质为6061-T6或6082T6（固溶），铝型材应满足GB/T 6892—2015要求。因为支撑梁采用铝型材加工，所以只需按加工图截取对应的长度，在图中标注的位置机加工螺栓孔。

圆钢拉杆由材质为S30408的圆钢和正反旋螺栓（用于调节拉杆长短）组成。可调节螺栓可以避免因加工、或者现场施工过程中的误差导致不能安装。连接板材质为S30408，直接焊接在圆钢拉杆上，均为车间内预制。

3.3 铝吊顶现场制作

整个铝吊顶的零部件均为车间内预制，加工完成后直接发往项目现场进行安装。现场施工人员按照施工蓝图将铝板支撑梁放置在指定的位置后可直接在梁上铺设瓦楞形铝板，铺设完成后通过螺栓和铆钉固定；接着将圆钢吊杆两端的连接板的螺栓分别与次容器顶盖径向梁上的连接板、铝板支撑梁上的连接件用固定，可适当通过调节正反旋螺栓确保可以安装；最后对正反旋螺栓进行微调，保证各瓦楞形铝板处于同一水平位置。

通过分析铝吊顶的整个制作过程可知，铝吊顶零部件之间的连接不需要焊接，只需施工人员通过螺栓及铆钉进行连接即可。还有很重要的一点是与不锈钢悬顶板相比，瓦楞形铝板较为轻便，在现场安装中很少需要使用机具进行吊装。

4 结束语

铝吊顶不仅在原材料的价格上远低于不锈钢悬顶的价格，而且安装制作简易、重量较轻，在整个制作过程中只需要耗费少量的人工和机具，可缩短建造周期，另外铝吊顶在业内也逐步得到认可。在现在市场竞争这么激烈的情况下，业主往往要求LNG吊顶储罐的价格低、建造周期短。用铝吊顶来代替传统的不锈钢悬顶无疑是有效提高公司市场竞争力的方法之一。