LNG储罐罐顶拱架吊装方案研究

段圣杰 张 健

中国成达工程有限公司 成都 610041

近年来，以“低能耗、低污染、低排放”为基础的低碳经济模式全面发展，液化天然气由于具有少污染、高热值、存储、运输方便及相对较为安全等特点，在经济发展中的重要性也逐渐的突显出来。LNG存储行业也随之大力发展。大型LNG储罐作为LNG接收站的核心设备，具有施工工艺复杂、质量标准要求高等特点，其罐顶拱架的安装尤为重要，下面将就拱架网片的吊装方案进行论述。

广州某LNG应急调峰储气库项目，包括两台16万m3LNG储罐，刚拱架球面半径为82m，矢高约为11m，采用96根径向梁及11圈环向梁组成，钢梁采用国家标准热轧H型钢，型号为HN350×175×7×11mm，材质为Q355NE，拱架顶蒙皮为6mmm厚16MnDR钢板。刚拱架结构形式见图1。

图1 刚拱架布置图

由于刚拱架整体尺寸较大，现场采用模块化分片预制的施工方案。单台罐刚拱架共分为24片，其中大、小拱架网片各12片。包括蒙皮板在内的大片重量为20.5t，小片重量为17.10t，所有网片均在预制场地完成预制后由履带吊车吊入罐内进行整体拼装，大网片的结构形式见图2，小网片的结构形式见图3。

图2 大拱架网片形式图

图3 小拱架网片形式图

1 吊装工艺

大、小拱架网片均在顶部设置6个吊点，吊耳的位置设置见图4，拱架网片从预制场地吊入罐内采用260T履带吊，钢丝绳选用φ28-6×37+FC-1670型号，钢丝绳与吊耳、钢丝绳与倒链之间均通过卡环连接。吊点的位置设置要使拱架结构整体稳定，避免偏心引起倾斜。

图4 拱架网片吊点布置图

吊装前根据预设钢丝绳长度，调整拱顶块与安装角度基本吻合，并进行试吊，试吊时吊机缓慢起钩，速度控制为400mm/min。整个试吊过程中观察地基的沉降情况和吊索具的承载情况。试吊起升高度离地面约为300mm，静止3分钟，若无异常情况即可继续吊装，反之，应立即停止吊装作业。当拱架网片吊至安装位置上方后，吊机缓慢落钩，速度为400mm/min，待拱架网片距安装支撑上方200mm时停止落钩。通过预先设置的2根麻绳及手拉葫芦微调拱顶块，使拱架网片与安装角度吻合后缓慢落钩，安装拱架网片外端于边缘支撑上，然后缓慢落钩将拱架网片内端安装于中心立柱上，重心位置处立柱立于承台上。拱架网片三端的支撑连接限位均焊接固定，完成整片拱顶块的安装和固定，吊机摘钩。

履带吊在吊装过程中，主臂长度为77m，主臂夹角为71.8°，吊车在环形走道的位置与储罐的相对关系如图5。

图5 吊装示意图

2 吊装计算

2.1 拱架吊装整体计算

拱架整体吊装计算采用SAP2000有限元软件进行分析，由于大、小拱顶块吊装受力相似，本文仅对大拱顶块进行受力分析。在软件分析中，拱架梁采用框架单元模拟，蒙皮板采用薄壳单元模拟，吊绳采用索单元模拟。具体计算分析模型见图6，分析计算结果见图7～9。

图6 计算模型简图

图7 节点反力图(单位：kN)

图8 吊绳轴力图(单位：kN)

图9 变形图(单位：mm)

2.2 钢丝绳安全系数计算

从拱架吊装的整体计算可知，钢丝绳的最大拉力为71kN，吊装钢丝绳选用φ28-6×37+FC-1670型号，破断拉力为432kN[1]，钢丝绳的安全系数K=432/71=6.08>[K]=6，其中[K]为钢丝绳的允许安全系数[2]。

2.3 吊耳计算

吊装用的吊耳材质为Q345，厚度为20mm，具体尺寸详见图10，计算时采用单根钢丝绳最大受力值对吊耳进行校核。

图10 吊耳截面示意图(单位：mm)

(1)对于1-1截面进行剪应力计算：

(2)对于2-2截面，垂直于该截面的拉应力为

1000=13.06MPa

平行于该截面的剪应力为

1000=14.51MPa<[τ]

由于荷载偏心引起的拉应力为：

6×1000=43.52MPa

应力组合值为：

(3)对于焊缝的验算如下：

吊耳的角焊缝高度为hf=12mm，双面角焊缝，焊缝单面长度l=200mm。设计中按照直角角焊缝强度进行验算，其中：

正面角焊缝的计算值为：

侧面角焊缝的计算值为：

由于荷载偏心引起的拉应力为：

在各种力的综合作用下，σf和τf共同作用处：

综上计算可知，吊耳及焊缝均满足承载力设计要求[3]。

3 结语

本文对某LNG储罐拱架结构的预制化及吊装方案进行了详细介绍及完整的设计计算分析，可为国内的其他类似 LNG 储罐工程中拱架吊装施工提供方案参考。