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全包容储罐的结构建造优化方案

时间:2023-06-23 理论教育 版权反馈
【摘要】:由于储罐的顶部是钢结构的半球形拱顶,结构自重为670t。焊接采用1.2mm的AWS A5.10M ER5183,伊萨OK Autrod 18.16焊丝,氩气保护的GMAW焊接工艺,具有焊速快、熔敷金属量少的特点,并结合正确的焊接顺序,有效地控制结构变形。先进行第二层罐底环板安装;焊接完成后,进行底板铺设,接头均为搭接焊缝,采用手工焊工艺。吊装采用吊车及罐顶电动绞车。第1层壁扳安装时,要确定在环板的准确位置,并考虑焊接收缩余量。

全包容储罐的结构建造优化方案

1.钢筋土外罐建造

(1)钢筋混凝土灌筑桩基 根据土壤基础结构不同,可采用岩石桩基、钢桩或钢筋混凝土灌筑桩。

此基础设计为钢筋混凝土灌筑桩,采用C40等级水泥,屈服强度400MPa的高强度钢筋。冲击钻机钻孔到要求的深度后安装预制好的钢筋笼,混凝土浇筑,最后养护。每根桩基顶部安装有防震橡胶垫,上、下有盖板及锚固杆,分别浇筑桩基和混凝土承台内。

(2)钢筋混凝土基础承台 基础承台采用C50等级水泥,屈服强度400MPa的高强度钢筋。中心部分分四块施工,周围部分施工时,在浇筑前布置钢筋、应力护套/锚固铸件、预埋件,模板安装。混凝土按照要求的配比混合后,用混凝土泵分多次浇筑,最后进行养护。

(3)外灌壁浇筑 预应力混凝土外罐壁分十一层,从下至上逐层浇筑。首先布置钢筋、预应力护套、预埋件及模板安装,进行混凝土浇筑、养护;再以同样顺序进行上一层墙体的浇筑。在角保护上部靠近墙体内侧,考虑到工作温度较低,采用具有-20℃低温性能的高强度钢筋。

(4)罐壁顶部承压环安装 外罐壁在浇筑第十一层前,安装承压环,将重量126.45t、材质EN10025S355K2G3、板厚PL-35mm及PL-25mm的结构预制成22段,预埋螺栓焊接完成后,吊装于罐壁顶部组装焊接,检验合格后进行混凝土浇筑。

(5)罐顶结构空气升压 罐顶结构气升是工程施工的里程碑。由于储罐的顶部是钢结构的半球形拱顶,结构自重为670t。考虑到施工进度及安全性等因素,采取通常的空气压升方式:在储罐里的地面上建好的罐顶结构与罐壁密封,为防止空气升压过程的倾斜、偏移,罐顶上均布28条平衡钢索,一端固定于罐底中心,另一端固定于承压环上,中间布置滑轮及支撑件。

空气升压时用三台大型鼓风机,一台备用,两台鼓风机同时向罐顶里鼓风,在空气压力下,罐顶匀速、平稳升起。空气升压到位后,与预埋于墙体的顶部承压环固定、焊接。空气升压法的优点是投用设备少,高空作业少,节省施工机具及辅助用料。罐的密封、平衡系统是关键,要求动力源苛刻,施工安全最为重要。对10万m3以上的大型拱顶罐的制造安装,更具有其他施工方法不可替代的优点,具有广阔的发展前景,值得推广应用。

(6)球面穹顶结构的建造 穹顶为半径82m的球面结构,H型钢作为钢梁,顶部铺碳铜板,材质为EN10025 S275 J2G3,顶版上焊接预埋螺柱,升顶后固定于浇筑在混凝土罐壁顶部的承压环上。罐顶布置高强度钢筋,以加强混凝土。在罐底部拼装钢构架,支撑于15m高的中心柱及28个11.647m高的临时立柱。安装时,将预制好的钢梁单片一端固定于中心柱上,另一端搭在混凝土壁的临时支撑上,为保持结构平衡,采用对称、均匀安装。安装完成钢梁后,进行罐顶铺饭,在顶板上使用螺柱焊机进行螺柱预埋件的焊接作业;同时在罐底预制铝合金吊顶,吊顶杆用螺栓连接于罐顶钢梁上;然后将预制好的铝合金吊顶提升,与吊顶杆连接。空气升压前,将罐顶上的人孔、接管、电缆托架等附件一起安装上去,以减少高空作业的工作量。布置钢筋完成后,分两次浇筑混凝土。

(7)外罐壁预应力张拉 混凝土墙体浇筑养护完成后,竖向分布122根,环向220根,型号为19T15S、抗拉强度1860MPa钢绞线,穿进预埋于墙体的护套中,竖向钢绞线两端锚于混凝土墙底部及顶部:墙体环向的钢绞线每束围绕混凝土墙体半圈,分别锚固于布置成90°的四根竖向扶壁柱上。用液压设备拉伸到设计的应力两端固定后,进行水泥灌浆。

(8)吊顶甲板制造 吊顶甲板为厚度3.5mm的镁铝合金ASTM B209M-Alloy 5083-0,焊缝为搭接形式,罐底预制。焊接采用ϕ1.2mm的AWS A5.10M ER5183,伊萨OK Autrod 18.16焊丝,氩气保护的GMAW焊接工艺,具有焊速快、熔敷金属量少的特点,并结合正确的焊接顺序,有效地控制结构变形。甲板加强结构与甲板为断续焊,预制完成后,整体提升与已和罐顶结构连接的吊杆用不锈钢螺栓ASTM A320M Gr.B8连接。

2.内罐结构制造

(1)罐底板结构 内罐底部按照从下到上、从内到外、由四周到中间的顺序施工。内罐有两层底板,均为ASTM A553M Type1质量分数为9%Ni钢。先进行第二层罐底环板安装;焊接完成后,进行底板铺设,接头均为搭接焊缝,采用手工焊工艺。焊接时为防止变形,采用合理的焊接顺序:①环板焊接;②横向短焊缝;③纵向长焊缝从中间向两侧;④环板与边缘板焊缝;⑤边缘板之间焊缝;⑥边缘极与中心板焊缝。焊接过程中适当放置重物及点固锁板起辅助作用。第一层罐底板的铺设方法同第二层,只是在罐壁板与环板焊缝完成后才进行⑤、⑥的焊接。

(2)内罐壁板及加强结构 内罐壁板材质为ASTM A553M Typel质量分数为9%Ni钢,通常应用于LNG储罐的内罐材料。热处理状态是淬火+回火,具有理想的细晶粒组织——铁素体及少量的稳定奥氏体,并严格控制化学成分,如硫、磷含量。在出厂前或在施工现场确认合金成分Ni的含量、力学性能及化学成分。质量分数为9%Ni钢对磁性很敏感,为避免现场焊接时产生电弧偏吹,要求出厂钢材的磁感应强度最大为5×10-3T,同时现场施工时远离强磁场,并准备消磁设备。内罐壁共十层,每层由22块板组成,板的卷制、坡口准备已加工完成,施工时由下至上逐层安装、焊接。吊装采用吊车及罐顶电动绞车。第1层壁扳安装时,要确定在环板的准确位置,并考虑焊接收缩余量。用专用卡具及辅助工具以调整位置,保证组装质量。纵向焊缝定位焊时,必须四块以上板就位后才可实施。壁饭2层以上施工时,安装一周内外可拆卸临时作业平台,固定于壁板上,随壁板逐层升高而拆装。底板与壁板角焊缝的焊接,至少应安装完第3层壁板及第1、2层壁板全部焊完后方可进行。壁板厚度达到14.7mm的对接焊缝,采用双面坡口形式,小于14.7mm的对接焊缝采用单面坡口,双面焊接,以减少焊接工作量,同时可减小变形。环缝采用背面焊剂保护埋弧焊条焊工艺;其他焊缝采用焊条电弧焊工艺。焊材的选用除满足力学性能要求,更主要的是焊缝金属线膨胀系数要与质量分数为9%Ni钢接近,因为焊缝受到了激烈的热循环,在低温服役时避免产生应力集中疲劳破坏。资料显示,焊条电弧焊工艺的AWS A5.11M/ENiCrMo-6;伊萨OK92.55焊条,以及埋弧焊工艺的AWS A5.14/A5.14M ERNiCrMo-4,法国Bohler Thyssen的Thermanit Nimo C276焊丝,匹配EN 760/SA FB 255 AC H5/Marathon104焊剂,线膨胀系数最接近母材,并按照设计技术要求及BS EN ISO15614标准进行焊接工艺评定。

质量分数为9%Ni钢具有良好的焊接性能,对冷裂纹的敏感性很低。要保证焊缝高强度及低温韧性,焊接时要控制焊接参数,特别是预热/层间温度及热输入。通常厚度小于50mm的焊缝无需预热,焊前温度高于10℃即可。层间温度控制在150℃以下,以避免焊缝热影响区韧性的下降。焊缝金属属于奥氏体材料可避免热裂纹的产生。热输入的控制是保证焊缝力学性能关键,在1~3kJ/mm范围,采用直焊道技术,特别是立焊更不要摆动过宽,增大熔池。焊缝返修对焊缝性能产生不利影响,因此返修操作按照返修程序的要求操作,并相同位置的返修次数限制一次。(www.xing528.com)

LNG储罐核心是内壁质量分数为9%Ni钢的焊接,施工条件差,焊接难度大,技术要求高,需采取有效的质量控制手段:所有坡口都采用机加工,保证良好的组对质量;选择合格并富有经验的人员,进行现场培训、考试合格,取证上岗作业;严格执行相应的焊接程序,并有专人进行焊接参数测量,保证程序的严格执行。

壁板焊接时,应先进行立缝的焊接。为控制变形,在立缝焊接前,应先将焊缝用卡具进行刚性固定,焊工进行对称焊接。环缝焊接时,施焊人员必须对称分布、统一焊接规范、统一焊接方向。所有的立焊缝、环向焊缝的打底焊,均采用分段焊接;每条焊缝均先焊内侧,后焊外侧。

3.罐体保温

为了限制热泄漏进入到液化天然气储罐内,必须使用保温材料,储罐的不同部位使用不同类型的保温材料。内层罐和外层罐之间的环形空间填充膨胀珍珠岩,内层罐壁的外侧安装弹性玻璃纤维保温毯,保温毯为珍珠岩提供弹性,因为储罐由于温度变化而产生收缩,并且防止珍珠岩的沉降。保温毯还有利于储罐惰性处理过程中,吹扫气体的流动。防止液化天然气储罐罐顶的热泄漏,是在吊顶上安装保温材料,铺设厚度1.2m的膨胀珍珠岩。气密性试验合格后,进行内顶保温层的安装及夹层填珍珠岩。首先在内罐壁外包一层纤维玻璃棉,绑轧好后用专用加热设备加热到900℃后,从顶部往下装填珍珠岩,分层装填,分层夯实,直至到顶;最后进行顶部甲板珍珠岩的铺设。在进行珍珠岩灌注时,要选择良好的天气进行,以防受潮。

储罐保温的另一个关键区域是储罐底板。应用泡沫玻璃砖作为底部保温层,除了具有足够的保温性能之外,这些材料应该具有足够的机械强度可以承受液体负荷。罐内外圈为钢筋混凝土环梁,在其下部的两层硬质泡沫玻璃保冷块的密度为140kg/m3,承载内罐壁重量,中间密度为120kg/m3。最高容许液体扬程受到泡沫玻璃机械强度的限制。储罐保温由于设计复杂,层数较多,从下至上包括:防潮衬板→混凝土找平层→中间垫毡层→硬质泡沫玻璃保冷块→中间垫毡层→硬质泡沫玻璃保冷块→中间垫毡层→干沙层→罐底板→混凝土找平层→中间垫毡层→硬质泡沫玻璃保冷块→中间垫毡层→干沙层→罐底板。施工时交叉作业较多,按照从下到上、从内向外的施工顺序,并协调施工人员合理安排施工是关键。

4.罐的检验与试验

(1)储罐检验

1)PT检验。内罐底环板焊缝、壁板与环板焊缝的根部焊道和盖面焊道、罐壁板焊缝,执行标准EN571-1。

2)射线探伤(RT)。所有内罐质量分数为9%Ni钢壁板及环板的对接焊缝、加强结构的对接焊缝,按照BS7777标准进行100%检验。焊缝由于焊缝金属与母材的化学成分差别较大,单片黑度不能满足要求,必须用双片,中间隔一层铅箔,才能保证焊缝、热影响区及母材的焊接质量,以满足底片的黑度要求。

3)真空箱检验。储罐安装一个很重要的工序,就是对所有焊缝进行真空试验,以确保焊缝的气密性。内罐底板焊缝,包括环板对接焊缝(水压试验前、后检验两次)、底部防潮衬板焊缝、角保护板、混凝土壁防潮衬板焊缝、承压环焊缝、罐顶板焊缝,以及贯穿孔与罐顶板间焊缝,按照BS7777标准进行100%检验。

4)焊缝合金成分鉴定(PMI)。质量分数为9%Ni钢内罐的每个垂直焊缝、环焊缝及其他焊缝,每3m或每个焊缝抽检一点,确认焊缝金属的Ni、Cr、Mo含量在规定的范围内。

(2)储罐试验

1)内罐水压试验。罐内充海水,试验水位高度20.856m,进行盛水试漏,在空罐、1/4,1/2、3/4液位高度和盛满水时,分别进行基础沉降、环向位移、径向位移、倾斜的测量,做好记录,并检查结构是否渗漏及变形情况。水压试验完成后,对罐底板搭接焊缝、环板对接焊缝及罐壁板与环板的T形焊缝进行第二次真空检验。

2)气压试验。内罐盛水试漏合格后,将外罐开口大门复位,进行焊接。经检验合格后,进行外罐气密试验。气压试验压力36.25kPa,保持最少1h,用肥皂水检查外罐壁、罐顶是否漏气;负压0.5kPa检测真空阀(VSV阀)、安全阀(PSV阀)的性能。

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