摘要：某項(xiàng)目完成了27萬方低溫罐拱頂?shù)臍忭斏鳂I(yè)，是目前國內(nèi)、國際上單臺容量.大、氣頂升重量.重、頂升高度.高的一次作業(yè)，文章論述分析了此次氣頂升作業(yè)的施工準(zhǔn)備內(nèi)容、頂升系統(tǒng)施工技術(shù)要點(diǎn)、頂升施工操作要領(lǐng)，并有一些在原有傳統(tǒng)頂升工藝技術(shù)上的改進(jìn)。

關(guān)鍵詞：27萬方、低溫罐、氣頂升系統(tǒng)、頂升工藝改進(jìn)

0引言

近年來，我國LNG產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，LNG接收站建設(shè)進(jìn)入大發(fā)展期，LNG低溫儲罐的容量也是越建越大，拱頂?shù)恼w氣頂升作業(yè)作為LNG低溫罐施工一項(xiàng)常用、重大的作業(yè)內(nèi)容，各家研究很多，但本次27萬方低溫罐拱頂?shù)臍忭斏鳂I(yè)是一個(gè).新的突破，安全風(fēng)險(xiǎn)較大，因此，有必要對此次頂升作業(yè)的準(zhǔn)備、檢查及過程控制進(jìn)行充分說明和論證。

1氣頂升基本情況

氣頂升是利用罐內(nèi)外空氣壓差推動(dòng)拱頂上升到罐頂。在拱頂頂升到達(dá)安裝位置后，保持罐內(nèi)一定壓力的情況下進(jìn)行拱頂與承壓環(huán)的焊接，通過焊接將拱頂固定在承壓環(huán)上，完成拱頂安裝。本次氣頂升拱頂結(jié)構(gòu)跨度93.8m，高15.8 m，重量達(dá)到1100t，氣升頂上升高度為45.8m，頂升截面面積6969m2。

2頂升施工準(zhǔn)備

（1）技術(shù)準(zhǔn)備熟悉圖紙和相關(guān)規(guī)范，審核圖紙，編制施工技術(shù)方案，并經(jīng)過各級審批，組織..論證審核同意后，方可進(jìn)行施工作業(yè)。根據(jù)規(guī)范、施工技術(shù)方案對作業(yè)人員進(jìn)行施工前的安全技術(shù)交底。相關(guān)焊接作業(yè)的焊接工藝評定文件和焊接工藝規(guī)程（WPS）均已批準(zhǔn)。（2）材料準(zhǔn)備氣升頂?shù)乃胁牧习ㄤ摻z繩、密封材料等供貨材料應(yīng)具有質(zhì)量證明文件，其規(guī)格、特性數(shù)據(jù)應(yīng)符合相應(yīng)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和訂貨技術(shù)條件的要求。進(jìn)場焊材、耗材、氣體等應(yīng)按規(guī)定及時(shí)報(bào)驗(yàn)，未經(jīng)檢驗(yàn)或材質(zhì)證明文件不全、不合格材料不得使用。準(zhǔn)備足夠的氣升頂使用的臨時(shí)措施材料，包括勞保用品、安全帶、對講機(jī)等，準(zhǔn)備充足的發(fā)電機(jī)燃料。（3）現(xiàn)場準(zhǔn)備儲罐臨時(shí)大門的坡道應(yīng)暢通，靠近大門處鋪設(shè)鋼板制作作業(yè)平臺，靠近罐壁大門處搭設(shè)防砸棚。臨時(shí)大門坡道兩側(cè)區(qū)域應(yīng)平整、硬化，放置發(fā)電機(jī)、配電箱等工具及設(shè)備。在罐壁.高處寬敞位置，如扶壁柱處，安裝指揮平臺，方便氣升頂過程中監(jiān)測操作及指揮工作。用于作業(yè)人員上下的樓梯通道應(yīng)安全牢固，以保證人員緊急撤離的通道暢通。所有進(jìn)罐作業(yè)人員應(yīng)佩戴頭燈或手電等應(yīng)急照明設(shè)備，按受限空間管理，禁止單獨(dú)進(jìn)、出罐，小門口的進(jìn)出口設(shè)置專職人員進(jìn)行管理，所有進(jìn)出人員進(jìn)行登記管理。（4）主要機(jī)具準(zhǔn)備風(fēng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、電焊機(jī)、空壓機(jī)、角向磨光機(jī)等設(shè)備機(jī)具到場應(yīng)經(jīng)過檢查，合格后并完成報(bào)驗(yàn)。氣升頂用工具、機(jī)具準(zhǔn)備齊全，數(shù)量足夠。使用的檢查量具精度應(yīng)符合國家計(jì)量局規(guī)定的精度標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)過檢定并在有效期之內(nèi)。

3頂升系統(tǒng)施工技術(shù)要點(diǎn)

（1）平衡系統(tǒng)平衡系統(tǒng)是利用鋼絲繩的張力來控制氣升過程中拱頂傾斜的裝置，有中心輪式【1】和貫穿式的，本次頂升采用貫穿式平衡系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)布置，如圖1所示，由鋼絲繩、T型支架、雙導(dǎo)向滑輪、錨固吊耳、花籃螺栓、鋼絲繩夾等組成。

圖1  貫穿式平衡系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意平衡系統(tǒng)安裝前先進(jìn)行放線，在抗壓環(huán)上安裝T型支架，周向均勻分布，一般為24組，本次施工優(yōu)化為36組，受力狀況更好；T型支架應(yīng)安裝牢固，與抗壓環(huán)的焊接角縫進(jìn)行PT檢測，穿鋼絲繩端點(diǎn)處應(yīng)有防止鋼絲繩滑脫設(shè)置。T型支架安裝完成后，采用線墜或激光垂準(zhǔn)儀將鋼絲繩安裝位置垂直投影到拱頂板上，用記號筆進(jìn)行標(biāo)記后，鉆穿鋼絲繩用的橢圓孔，橢圓孔尺寸一般為80mm×30mm，開孔后邊緣應(yīng)打磨圓滑、無棱角。根據(jù)T型支架和開孔位置，確定雙向滑輪組和上下兩端固定吊耳位置，應(yīng)能保證5個(gè)位置在同一垂直平面內(nèi)，并和對稱面的T型支架、雙導(dǎo)向滑輪、錨固吊耳等位置對稱。確定兩端吊耳位置后，進(jìn)行吊耳安裝焊接，焊接角縫應(yīng)經(jīng)PT檢測合格。雙向滑輪安裝在軌道梁上，采用螺栓把緊固定，在鋼絲繩漲拉完成后應(yīng)再逐個(gè)檢查一遍。上述工作完成后，進(jìn)行鋼絲繩穿裝和漲拉工作，鋼絲繩規(guī)格為φ17.5mm，穿裝時(shí)自上向下進(jìn)行，在周向方向上按順序依次穿裝，穿裝完畢后，再按順序進(jìn)行漲拉施工，漲拉過程應(yīng)用拉力計(jì)進(jìn)行測控，預(yù)拉力不小于12kN。鋼絲繩安裝后將整個(gè)橢圓孔密封防水膠帶，氣頂升工作完成后在開孔位置焊接封堵板，并進(jìn)行相關(guān)檢測。

為減少頂升過程中拱頂發(fā)生的偏沉量，應(yīng)對整體拱頂進(jìn)行重量平衡力的計(jì)算，以90°方向?yàn)?span>X軸正方向， 0°為Y軸正方向,如下圖2所示，進(jìn)行力矩計(jì)算。

圖2  配重計(jì)算示意圖

對力矩不平衡處設(shè)置配重，應(yīng)使.終的計(jì)算力矩為零或接近零；計(jì)算方法：統(tǒng)計(jì)所有拱頂及吊頂上重物的重量、所在半徑、角度，繪制成下表1：

 其中： X1=sinα1×R1×M1×9.8 Y1=cosα1×R1×M1×9.8X2=sinα2×R2×M2×9.8 Y2=cosα2×R2×M2×9.8Xn=sinαn×Rn×Mn×9.8 Yn=cosαn×Rn×Mn×9.8Xp1=sinαp1×Rp1×Mp1×9.8 Yp1=cosαp1×Rp1×Mp1×9.8Xp2=sinαp2×Rp2×Mp2×9.8 Yp2=cosαp2×Rp2×Mp2×9.8Xpn=sinαpn×Rpn×Mpn×9.8 Ypn=cosαpn×Rpn×Mpn×9.8.終：X1+X2+…+Xn+Xp1+Xp2+…Xpn=0 Y1+Y2+…+Yn+Yp1+Yp2+…Ypn =0

拱頂上的配重一般采用鋼筋，升頂前應(yīng)完成對配重穩(wěn)固性的檢查，確保配重固定牢靠，不移位、不散落。為防止頂升過程中偏沉超標(biāo)，現(xiàn)場還應(yīng)配備應(yīng)急配重，應(yīng)急配重應(yīng)分別綁扎成捆，并標(biāo)注出各捆重量，放置于便于吊裝的位置。

（2）密封系統(tǒng)

臨時(shí)門洞封閉：罐內(nèi)密封系統(tǒng)和平衡系統(tǒng)配件全部制作完成并運(yùn)輸?shù)焦迌?nèi)，罐內(nèi)影響氣升頂工作的物件清理干凈后開始進(jìn)行臨時(shí)門洞的封閉工作。大小門洞的封堵采用鋼板焊接到門洞處預(yù)留的埋件上，可采用斷續(xù)焊，未焊部位采用密封膠進(jìn)行密封，但應(yīng)保證強(qiáng)度，必要時(shí)在封堵鋼板上加設(shè)槽鋼。大門洞處應(yīng)設(shè)置緊急泄風(fēng)通道，小門洞處設(shè)置帶減壓艙的通道，用于試吹過程檢查及緊急情況下人員的進(jìn)出。減壓艙的設(shè)置見下圖3所示。

圖3  減壓艙示意

為了保證拱頂氣吹期間的罐體嚴(yán)密性，拱頂與外罐墻體間設(shè)計(jì)臨時(shí)密封，本次密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在原有的基礎(chǔ)上【2】進(jìn)行優(yōu)化，不需要焊接密封環(huán)，結(jié)構(gòu)更簡單；用錫箔紙?zhí)娲鷤鹘y(tǒng)的鋁箔玻璃布，在升頂過程中，吸附的效果更好，安裝的結(jié)構(gòu)形式見下圖4。

圖4  拱頂氣升密封布置示意

在拱頂板下表面邊緣，每隔一定距離焊接一個(gè)通孔方鐵，方鐵安裝時(shí)傾斜15°～20°。依次安裝鍍鋅鐵皮、錫箔紙和壓條，全部安裝完后，采用圓銷銷死，應(yīng)保證氣頂升過程中圓銷不得松動(dòng)或脫銷，如有必要，可以進(jìn)行點(diǎn)焊固定。當(dāng)壓條固定件等安裝合格之后，采用防水膠帶對密封材料與拱頂襯板、密封材料之間的縫隙進(jìn)行封堵，防水膠帶粘貼兩層，兩層之間的接頭應(yīng)錯(cuò)開至少300mm，粘貼防水膠帶之前應(yīng)將水和鐵銹處理干凈。

（3）動(dòng)力風(fēng)機(jī)系統(tǒng)  理論上只要拱頂受到的空氣浮力與它的自重形成一對平衡力，拱頂便可平穩(wěn)上升，所以理想狀態(tài)下拱頂氣吹的風(fēng)壓與大氣壓的差值為拱頂自重與罐內(nèi)空間水平橫截面積之比，但實(shí)際中由于存在風(fēng)量損失、拱頂密封系統(tǒng)與外罐壁之間摩擦力等因素的影響，頂升壓力的計(jì)算應(yīng)考慮附加系數(shù)，其計(jì)算公式：

P升＝P平＋P附

式中：

P升---為頂升風(fēng)壓，單位Pa；

P平---為靜平風(fēng)壓，P平=G/S，單位Pa；

P附---為附加風(fēng)壓，根據(jù)現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)確定P附為0.05～0.1P平，單位Pa；

G---為頂升.大重量，單位N；

S---為罐體橫截面積，單位㎡。

.終計(jì)算得到P升約為1600Pa。

拱頂氣升頂速率宜為200mm/min～300mm/min，再根據(jù)上述風(fēng)壓計(jì)算出單位時(shí)間進(jìn)風(fēng)需求量，.后根據(jù)單位時(shí)間進(jìn)風(fēng)需求量及風(fēng)壓選擇風(fēng)機(jī)型號，風(fēng)機(jī)數(shù)量為N+1，其中N為計(jì)算所需風(fēng)機(jī)數(shù)量，“1”為備用風(fēng)機(jī)；本次頂升.終選用4臺流量為大于57000M3/H、風(fēng)壓大于2200pa的鼓風(fēng)機(jī)。

在大門洞口處布置風(fēng)機(jī)，根據(jù)洞口位置合理布置風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)通過風(fēng)道連通到門洞封板，風(fēng)道與風(fēng)機(jī)相配套，在風(fēng)道上安裝閘板，以控制進(jìn)入的風(fēng)量，風(fēng)道和風(fēng)機(jī)應(yīng)采用撓性連接，連接材料完好無破損。

風(fēng)機(jī)安裝調(diào)試合格后，進(jìn)行連續(xù)2h的試驗(yàn)，檢查其性能及穩(wěn)定性，測定風(fēng)壓是否滿足要求。風(fēng)機(jī)應(yīng)以柴油發(fā)電機(jī)作為主供電源，根據(jù)氣壓升頂作業(yè)時(shí)間，配備足夠的柴油。風(fēng)機(jī)所使用的轉(zhuǎn)換開關(guān)具備自動(dòng)切換的功能，一旦發(fā)電機(jī)出現(xiàn)故障，應(yīng)能直接切換到臨時(shí)用電線路上，不必等氣壓升頂指揮下達(dá)指令。

（4）測量系統(tǒng)

頂升壓力測量：采用U型管壓力計(jì)進(jìn)行測量，U型管壓力計(jì)應(yīng)能保證可以讀出500mm水壓，設(shè)置2套，一套在風(fēng)機(jī)附近，另一套在拱頂抗壓環(huán)指揮臺附近。壓力計(jì)一端與罐內(nèi)相通，另一端與罐外大氣相通，用透明塑料管制作U型管，并固定在有刻度標(biāo)記的木板上。

頂升速率測量：本次測量采用2種方法同時(shí)進(jìn)行，第1 種為傳統(tǒng)的人工測量法，即利用鋼絲繩和盤尺進(jìn)行，幾人同時(shí)一時(shí)間進(jìn)行讀數(shù)、計(jì)數(shù)，再進(jìn)行匯總后進(jìn)行比較，從而判斷頂升過程的狀況；第2種是采用頂升姿態(tài)智能監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行，提前在抗壓環(huán)上安裝信號發(fā)射和接收設(shè)備，利用無線傳送、信息集合處理系統(tǒng)，整合數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)頂升過程動(dòng)態(tài)可視化、數(shù)據(jù)自動(dòng)比對預(yù)警及遠(yuǎn)程監(jiān)測。

4氣頂升操作要領(lǐng)

氣頂升剛開始時(shí)，風(fēng)機(jī)要嚴(yán)格控制進(jìn)風(fēng)量，在聽到拱頂脫離支撐的聲音后，要穩(wěn)定風(fēng)量，并組織人員迅速檢查拱頂?shù)拿撾x情況，在拱頂上升400mm左右時(shí)，快速測量拱頂上升的偏差以及密封與墻體的貼合情況。

正式頂升期間控制拱頂上升速率，測量組持續(xù)測量，將數(shù)據(jù)反饋到指揮臺副指揮處進(jìn)行匯總比對，分析各測量點(diǎn)的上升速率、拱頂?shù)钠燎闆r。風(fēng)機(jī)組及指揮臺處做好頂升壓力記錄。當(dāng)拱頂還有3000mm就達(dá)到設(shè)計(jì)位置時(shí)，拱頂上升速度應(yīng)控制在200mm/min左右。當(dāng)拱頂繼續(xù)提升到離拱頂抗壓環(huán).后的1000mm處時(shí)，慢慢關(guān)閉節(jié)氣閥或打開大門洞處泄壓風(fēng)道，使拱頂以100mm/min的速度提升，直到離拱頂抗壓環(huán)500mm處。在即將接觸抗壓環(huán)之前，穩(wěn)定拱頂高度，檢查并調(diào)整拱頂方位。當(dāng)拱頂板與抗壓環(huán)環(huán)板接觸后，焊接班組及鉚工班組作業(yè)人員應(yīng)立即通過提前焊接在拱頂梁上的龍門板，穿楔子固定并壓緊拱頂梁。當(dāng)拱頂?shù)轿缓髴?yīng)及時(shí)進(jìn)行拱頂板與抗壓環(huán)的固定焊接，并繼續(xù)使用風(fēng)機(jī)對儲罐進(jìn)行鼓風(fēng)加壓，但控制壓力不應(yīng)超過氣升頂壓力的1.15倍。當(dāng)出現(xiàn)拱頂梁邊緣與抗壓環(huán)接觸不均勻，有間隙時(shí)，應(yīng)采用L板與千斤頂進(jìn)行調(diào)整減小組裝的縫隙。在拱頂梁上表面與抗壓環(huán)焊接完，經(jīng)檢查合格后，停止風(fēng)機(jī)送風(fēng)，降低罐內(nèi)壓力至0，完成頂升作業(yè)。

5氣頂升主要風(fēng)險(xiǎn)及應(yīng)對措施

（1）臨時(shí)密封的拆翻

當(dāng)密封間距、結(jié)構(gòu)形式、鍍鋅鐵皮的厚度等等因素發(fā)生變化，在設(shè)計(jì)考慮臨時(shí)密封結(jié)構(gòu)時(shí)，都應(yīng)對密封板進(jìn)行拆翻性能試驗(yàn)，見下圖5所示，并進(jìn)行可靠性評估。

圖5  密封強(qiáng)度試驗(yàn)示意圖

（2）風(fēng)機(jī)系統(tǒng)突然失效  

拱頂在頂升過程中不能有任何回落，這就需要風(fēng)機(jī)要持續(xù)供氣，在頂升作業(yè)前要充分考慮設(shè)備故障，突然停電等突發(fā)狀況，在頂升前對設(shè)備的檢查需要認(rèn)真到位，必須進(jìn)行設(shè)備的試運(yùn)行并檢查確認(rèn)；風(fēng)機(jī)的電路部分：包括電源切換開關(guān)功能要全部試驗(yàn)一遍、電路總閘中的保險(xiǎn)絲要有備用、備用風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)向要確認(rèn)；做好以上措施能確保頂升動(dòng)力部分無問題。

6結(jié)束語  

本次氣頂升作業(yè)的順利進(jìn)行，意味著27萬方低溫儲罐氣頂升施工技術(shù)已較為成熟，同時(shí)對于其它儲罐的類似作業(yè)具有指導(dǎo)意義。