中海油石化工程有限公司 山東濟(jì)南250000

液化天然氣(LNG)是通過(guò)在常壓下將氣態(tài)的天然氣冷卻至-165℃,使之凝結(jié)成液體。液化后的天然氣可以大大節(jié)約儲(chǔ)運(yùn)空間和成本,而且具有熱值大、性能高等特點(diǎn),近年來(lái)正在成為世界油氣工業(yè)新的熱點(diǎn)。我國(guó)對(duì)LNG產(chǎn)業(yè)的發(fā)展越來(lái)越重視,已經(jīng)完成的LNG接收站有廣東大鵬、福建莆田、浙江寧波、上海洋山港、江蘇南通、山東青島、唐山、珠海等,正在規(guī)劃和實(shí)施的沿海LNG項(xiàng)目有江蘇、舟山、福建漳州、天津、潮州等。

在LNG項(xiàng)目中,LNG儲(chǔ)罐的施工是重中之重,而儲(chǔ)罐施工中的罐頂氣升是一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié),技術(shù)含量高、操作難度大。如果罐頂始終處于平穩(wěn)狀態(tài),罐頂構(gòu)件分布滿足中心力矩平衡和重量平衡就能保證罐頂平穩(wěn)的升起。但是,一旦罐頂發(fā)生傾斜,罐頂構(gòu)件的中心力矩平衡和重量平衡就會(huì)受到破壞,罐頂平衡狀態(tài)將會(huì)趨向進(jìn)一步的惡化,最終導(dǎo)致失穩(wěn)破壞。因此,罐頂氣升需要一套平衡導(dǎo)向系統(tǒng),以達(dá)到隨時(shí)對(duì)罐頂?shù)膬A斜、水平方向上的轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行糾偏和校正,保證罐頂?shù)钠椒€(wěn)升起。本文主要就德國(guó)TGE(寧波LNG、深圳LNG)、西班牙TR(珠海LNG)、美國(guó)CB&I(粵東LNG、莆田L(fēng)NG)、日本IHI(海南LNG、上海LNG)采用的氣升頂平衡技術(shù)為例,簡(jiǎn)要分析各家平衡系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)。

1 德國(guó)TGE和美國(guó)CB&I氣升頂平衡系統(tǒng)工作原理

由于德國(guó)TGE公司和美國(guó)CB&I公司氣升頂平衡系統(tǒng)采用的原理基本相同,所以在此統(tǒng)一介紹。圖1為德國(guó)TGE和美國(guó)CB&I氣升頂平衡系統(tǒng)示意圖。

圖1 德國(guó)TGE和美國(guó)CB&I氣升頂平衡系統(tǒng)示意圖

1.1 工作原理

該平衡裝置利用中心對(duì)稱平衡原理,一端固定在外墻承壓環(huán)的外側(cè),通過(guò)花籃螺栓聯(lián)結(jié)調(diào)節(jié)鋼絲繩的張力;另一端繞過(guò)T型支架豎直向下穿過(guò)罐頂板,通過(guò)固定在拱頂鋼結(jié)構(gòu)徑向梁一側(cè)的第一個(gè)導(dǎo)向滑輪,引向?qū)ΨQ方向的第二個(gè)滑輪,然后向下固定于底部錨固件上。底部邊緣對(duì)稱錨固平衡裝置的相互對(duì)稱的兩組平衡鋼絲繩共同作用,將罐頂鋼結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)方向鎖定在平衡鋼絲繩向上平移的路徑中,從而使罐頂處于水平狀態(tài),達(dá)到平衡效果。

1.2 優(yōu)缺點(diǎn)

該平衡裝置操作簡(jiǎn)單,對(duì)拱頂在水平方向上的轉(zhuǎn)動(dòng)能夠起到很好地限位作用。主要缺點(diǎn)為不能在拱頂失衡狀態(tài)下起到調(diào)節(jié)作用,對(duì)拱頂平衡配重計(jì)算要求極高。

1.3 運(yùn)用實(shí)例

浙江寧波LNG一期工程(德國(guó)TGE)、深圳LNG(跌幅站址)工程(德國(guó)TGE)、深圳大鵬LNG三期工程(德國(guó)TGE)、新奧舟山LNG一期工程(德國(guó)TGE)、福建莆田L(fēng)NG一期(美國(guó)CB&I)、福建莆田L(fēng)NG二期工程(美國(guó)CB&I)、粵東LNG工程(美國(guó)CB&I)。

2 日本IHI氣升頂平衡系統(tǒng)工作原理

海南LNG和上海洋山LNG采用了日本IHI氣升頂平衡系統(tǒng),該系統(tǒng)示意圖見(jiàn)圖2。

圖2 日本IHI氣升頂平衡系統(tǒng)示意圖

2.1 工作原理

該平衡系統(tǒng)的鋼絲繩繞過(guò)T型架豎直向下后,經(jīng)過(guò)固定在拱頂鋼結(jié)構(gòu)徑向梁上的轉(zhuǎn)向滑輪改變方向;沿著兩組導(dǎo)向滑輪引向位于罐頂頂部的中心滑輪組,再次改變方向向下穿過(guò)罐頂板引至固定于底部中心錨固件上。錨固件預(yù)埋在承臺(tái)中心。

2.2 優(yōu)缺點(diǎn)分析

該平衡裝置的每組平衡鋼絲繩并不完全依賴對(duì)稱方向的平衡鋼絲繩共同作用,而是通過(guò)鋼絲繩的張力和滑輪組鎖定的行走方向,限制罐頂?shù)倪\(yùn)動(dòng)路徑,多組平衡鋼絲繩的共同作用使罐頂被鎖定在水平狀態(tài)下平穩(wěn)上升。

3 西班牙TR氣升頂平衡系統(tǒng)工作原理

珠海LNG項(xiàng)目一期工程采用了西班牙TR氣升頂平衡系統(tǒng),該系統(tǒng)示意圖見(jiàn)圖3。

圖3 西班牙TR氣升頂平衡系統(tǒng)示意圖

3.1 工作原理

該平衡裝置利用力矩平衡原理,利用外加重量使整個(gè)拱頂處于平衡狀態(tài);然后利用鋼絲繩作為拱頂上升的軌道,使拱頂在平衡狀態(tài)下,沿著鋼絲繩軌道上升;上升過(guò)程中鋼絲繩軌道隨著拱頂?shù)纳仙凶?從而實(shí)現(xiàn)拱頂安全平衡的上升。

3.2 優(yōu)缺點(diǎn)分析

該平衡系統(tǒng)工作時(shí),會(huì)對(duì)兩種情況起到校正作用:一是罐頂向某一方向傾斜時(shí),該方向上的平衡系統(tǒng)鋼絲繩將被拉長(zhǎng),產(chǎn)生的反作用力將對(duì)傾斜進(jìn)行校正;二是罐頂在水平方向上轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),則所有鋼絲繩將被拉長(zhǎng),產(chǎn)生的反作用力將對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行校正。

4 結(jié)論與建議

通過(guò)以上對(duì)各家不同設(shè)計(jì)單位的氣頂升平衡系統(tǒng)的簡(jiǎn)要分析,總結(jié)氣頂升平衡系統(tǒng)主要分為三大類,即以CB&I和TGE公司為代表的邊緣固定即雙平衡系統(tǒng),IHI為代表的中心固定即單平衡系統(tǒng),TR為代表的自調(diào)節(jié)平衡系統(tǒng)。

單平衡的主要特點(diǎn):施工簡(jiǎn)單,需要的輔助機(jī)具較少,成本較低,但對(duì)徑向的旋轉(zhuǎn)控制較差,對(duì)平衡配重的依賴性較高。

雙平衡的主要特點(diǎn):雙平衡施工技術(shù)相對(duì)單平衡施工技術(shù)較復(fù)雜,需要的滑輪組等輔助工具較多,對(duì)穹頂?shù)膹较蛐D(zhuǎn)限位較好,但對(duì)平衡配重的依賴性較高。

自調(diào)節(jié)平衡系統(tǒng):施工復(fù)雜,預(yù)制工作量較大,成本較大,但對(duì)水平方向和豎直高差、徑向限位均較好,對(duì)平衡的配重計(jì)算依賴性較低。

通過(guò)以上比較及優(yōu)缺點(diǎn)的分析,對(duì)于10萬(wàn)m3以上20萬(wàn)m3以下的儲(chǔ)罐建議使用雙平衡,對(duì)于20萬(wàn)m3以上的建議使用自調(diào)節(jié)系統(tǒng),對(duì)于10萬(wàn)m3以下的建議使用單平衡。