摘要：某項目完成了27萬方低溫罐拱頂的氣頂升作業(yè)，是目前國內、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)的施工準備內容、頂升系統(tǒng)施工技術要點、頂升施工操作要領，并有一些在原有傳統(tǒng)頂升工藝技術上的改進。

關鍵詞：27萬方、低溫罐、氣頂升系統(tǒng)、頂升工藝改進

0引言

近年來，我國LNG產業(yè)發(fā)展迅速，LNG接收站建設進入大發(fā)展期，LNG低溫儲罐的容量也是越建越大，拱頂的整體氣頂升作業(yè)作為LNG低溫罐施工一項常用、重大的作業(yè)內容，各家研究很多，但本次27萬方低溫罐拱頂的氣頂升作業(yè)是一個.新的突破，安全風險較大，因此，有必要對此次頂升作業(yè)的準備、檢查及過程控制進行充分說明和論證。

1氣頂升基本情況

氣頂升是利用罐內外空氣壓差推動拱頂上升到罐頂。在拱頂頂升到達安裝位置后，保持罐內一定壓力的情況下進行拱頂與承壓環(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。本次氣頂升拱頂結構跨度93.8m，高15.8 m，重量達到1100t，氣升頂上升高度為45.8m，頂升截面面積6969m2。

2頂升施工準備

（1）技術準備熟悉圖紙和相關規(guī)范，審核圖紙，編制施工技術方案，并經過各級審批，組織..論證審核同意后，方可進行施工作業(yè)。根據規(guī)范、施工技術方案對作業(yè)人員進行施工前的安全技術交底。相關焊接作業(yè)的焊接工藝評定文件和焊接工藝規(guī)程（WPS）均已批準。（2）材料準備氣升頂的所有材料包括鋼絲繩、密封材料等供貨材料應具有質量證明文件，其規(guī)格、特性數據應符合相應產品標準和訂貨技術條件的要求。進場焊材、耗材、氣體等應按規(guī)定及時報驗，未經檢驗或材質證明文件不全、不合格材料不得使用。準備足夠的氣升頂使用的臨時措施材料，包括勞保用品、安全帶、對講機等，準備充足的發(fā)電機燃料。（3）現場準備儲罐臨時大門的坡道應暢通，靠近大門處鋪設鋼板制作作業(yè)平臺，靠近罐壁大門處搭設防砸棚。臨時大門坡道兩側區(qū)域應平整、硬化，放置發(fā)電機、配電箱等工具及設備。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安全牢固，以保證人員緊急撤離的通道暢通。所有進罐作業(yè)人員應佩戴頭燈或手電等應急照明設備，按受限空間管理，禁止單獨進、出罐，小門口的進出口設置專職人員進行管理，所有進出人員進行登記管理。（4）主要機具準備風機、發(fā)電機、電焊機、空壓機、角向磨光機等設備機具到場應經過檢查，合格后并完成報驗。氣升頂用工具、機具準備齊全，數量足夠。使用的檢查量具精度應符合國家計量局規(guī)定的精度標準，經過檢定并在有效期之內。

3頂升系統(tǒng)施工技術要點

（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)的結構布置，如圖1所示，由鋼絲繩、T型支架、雙導向滑輪、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)結構示意平衡系統(tǒng)安裝前先進行放線，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型支架應安裝牢固，與抗壓環(huán)的焊接角縫進行PT檢測，穿鋼絲繩端點處應有防止鋼絲繩滑脫設置。T型支架安裝完成后，采用線墜或激光垂準儀將鋼絲繩安裝位置垂直投影到拱頂板上，用記號筆進行標記后，鉆穿鋼絲繩用的橢圓孔，橢圓孔尺寸一般為80mm×30mm，開孔后邊緣應打磨圓滑、無棱角。根據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，應能保證5個位置在同一垂直平面內，并和對稱面的T型支架、雙導向滑輪、錨固吊耳等位置對稱。確定兩端吊耳位置后，進行吊耳安裝焊接，焊接角縫應經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再逐個檢查一遍。上述工作完成后，進行鋼絲繩穿裝和漲拉工作，鋼絲繩規(guī)格為φ17.5mm，穿裝時自上向下進行，在周向方向上按順序依次穿裝，穿裝完畢后，再按順序進行漲拉施工，漲拉過程應用拉力計進行測控，預拉力不小于12kN。鋼絲繩安裝后將整個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，并進行相關檢測。

為減少頂升過程中拱頂發(fā)生的偏沉量，應對整體拱頂進行重量平衡力的計算，以90°方向為X軸正方向， 0°為Y軸正方向,如下圖2所示，進行力矩計算。

圖2  配重計算示意圖

對力矩不平衡處設置配重，應使.終的計算力矩為零或接近零；計算方法：統(tǒng)計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，現場還應配備應急配重，應急配重應分別綁扎成捆，并標注出各捆重量，放置于便于吊裝的位置。

（2）密封系統(tǒng)

臨時門洞封閉：罐內密封系統(tǒng)和平衡系統(tǒng)配件全部制作完成并運輸到罐內，罐內影響氣升頂工作的物件清理干凈后開始進行臨時門洞的封閉工作。大小門洞的封堵采用鋼板焊接到門洞處預留的埋件上，可采用斷續(xù)焊，未焊部位采用密封膠進行密封，但應保證強度，必要時在封堵鋼板上加設槽鋼。大門洞處應設置緊急泄風通道，小門洞處設置帶減壓艙的通道，用于試吹過程檢查及緊急情況下人員的進出。減壓艙的設置見下圖3所示。

圖3  減壓艙示意

為了保證拱頂氣吹期間的罐體嚴密性，拱頂與外罐墻體間設計臨時密封，本次密封結構設計在原有的基礎上【2】進行優(yōu)化，不需要焊接密封環(huán)，結構更簡單；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，安裝的結構形式見下圖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通孔方鐵，方鐵安裝時傾斜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，應保證氣頂升過程中圓銷不得松動或脫銷，如有必要，可以進行點焊固定。當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行封堵，防水膠帶粘貼兩層，兩層之間的接頭應錯開至少300mm，粘貼防水膠帶之前應將水和鐵銹處理干凈。

（3）動力風機系統(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)下拱頂氣吹的風壓與大氣壓的差值為拱頂自重與罐內空間水平橫截面積之比，但實際中由于存在風量損失、拱頂密封系統(tǒng)與外罐壁之間摩擦力等因素的影響，頂升壓力的計算應考慮附加系數，其計算公式：

P升＝P平＋P附

式中：

P升---為頂升風壓，單位Pa；

P平---為靜平風壓，P平=G/S，單位Pa；

P附---為附加風壓，根據現場經驗確定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㎡。

.終計算得到P升約為1600Pa。

拱頂氣升頂速率宜為200mm/min～300mm/min，再根據上述風壓計算出單位時間進風需求量，.后根據單位時間進風需求量及風壓選擇風機型號，風機數量為N+1，其中N為計算所需風機數量，“1”為備用風機；本次頂升.終選用4臺流量為大于57000M3/H、風壓大于2200pa的鼓風機。

在大門洞口處布置風機，根據洞口位置合理布置風機，風機通過風道連通到門洞封板，風道與風機相配套，在風道上安裝閘板，以控制進入的風量，風道和風機應采用撓性連接，連接材料完好無破損。

風機安裝調試合格后，進行連續(xù)2h的試驗，檢查其性能及穩(wěn)定性，測定風壓是否滿足要求。風機應以柴油發(fā)電機作為主供電源，根據氣壓升頂作業(yè)時間，配備足夠的柴油。風機所使用的轉換開關具備自動切換的功能，一旦發(fā)電機出現故障，應能直接切換到臨時用電線路上，不必等氣壓升頂指揮下達指令。

（4）測量系統(tǒng)

頂升壓力測量：采用U型管壓力計進行測量，U型管壓力計應能保證可以讀出500mm水壓，設置2套，一套在風機附近，另一套在拱頂抗壓環(huán)指揮臺附近。壓力計一端與罐內相通，另一端與罐外大氣相通，用透明塑料管制作U型管，并固定在有刻度標記的木板上。

頂升速率測量：本次測量采用2種方法同時進行，第1 種為傳統(tǒng)的人工測量法，即利用鋼絲繩和盤尺進行，幾人同時一時間進行讀數、計數，再進行匯總后進行比較，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)進行，提前在抗壓環(huán)上安裝信號發(fā)射和接收設備，利用無線傳送、信息集合處理系統(tǒng)，整合數據，實現頂升過程動態(tài)可視化、數據自動比對預警及遠程監(jiān)測。

4氣頂升操作要領

氣頂升剛開始時，風機要嚴格控制進風量，在聽到拱頂脫離支撐的聲音后，要穩(wěn)定風量，并組織人員迅速檢查拱頂的脫離情況，在拱頂上升400mm左右時，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，將數據反饋到指揮臺副指揮處進行匯總比對，分析各測量點的上升速率、拱頂的偏沉情況。風機組及指揮臺處做好頂升壓力記錄。當拱頂還有3000mm就達到設計位置時，拱頂上升速度應控制在200mm/min左右。當拱頂繼續(xù)提升到離拱頂抗壓環(huán).后的1000mm處時，慢慢關閉節(jié)氣閥或打開大門洞處泄壓風道，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，檢查并調整拱頂方位。當拱頂板與抗壓環(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。當拱頂到位后應及時進行拱頂板與抗壓環(huán)的固定焊接，并繼續(xù)使用風機對儲罐進行鼓風加壓，但控制壓力不應超過氣升頂壓力的1.15倍。當出現拱頂梁邊緣與抗壓環(huán)接觸不均勻，有間隙時，應采用L板與千斤頂進行調整減小組裝的縫隙。在拱頂梁上表面與抗壓環(huán)焊接完，經檢查合格后，停止風機送風，降低罐內壓力至0，完成頂升作業(yè)。

5氣頂升主要風險及應對措施

（1）臨時密封的拆翻

當密封間距、結構形式、鍍鋅鐵皮的厚度等等因素發(fā)生變化，在設計考慮臨時密封結構時，都應對密封板進行拆翻性能試驗，見下圖5所示，并進行可靠性評估。

圖5  密封強度試驗示意圖

（2）風機系統(tǒng)突然失效  

拱頂在頂升過程中不能有任何回落，這就需要風機要持續(xù)供氣，在頂升作業(yè)前要充分考慮設備故障，突然停電等突發(fā)狀況，在頂升前對設備的檢查需要認真到位，必須進行設備的試運行并檢查確認；風機的電路部分：包括電源切換開關功能要全部試驗一遍、電路總閘中的保險絲要有備用、備用風機的轉向要確認；做好以上措施能確保頂升動力部分無問題。

6結束語  

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