中海油石化工程有限公司 山東濟南250000

液化天然氣(LNG)是通過在常壓下將氣態(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)約儲運空間和成本,而且具有熱值大、性能高等特點,近年來正在成為世界油氣工業(yè)新的熱點。我國對LNG產(chǎn)業(yè)的發(fā)展越來越重視,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)劃和實施的沿海LNG項目有江蘇、舟山、福建漳州、天津、潮州等。

在LNG項目中,LNG儲罐的施工是重中之重,而儲罐施工中的罐頂氣升是一個關(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受到破壞,罐頂平衡狀態(tài)將會趨向進(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)到隨時對罐頂?shù)膬A斜、水平方向上的轉(zhuǎn)動進(jìn)行糾偏和校正,保證罐頂?shù)钠椒€(wěn)升起。本文主要就德國TGE(寧波LNG、深圳LNG)、西班牙TR(珠海LNG)、美國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,簡要分析各家平衡系統(tǒng)的優(yōu)缺點。

1 德國TGE和美國CB&I氣升頂平衡系統(tǒng)工作原理

由于德國TGE公司和美國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TGE和美國CB&I氣升頂平衡系統(tǒng)示意圖。

圖1 德國TGE和美國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稱平衡原理,一端固定在外墻承壓環(huán)的外側(cè),通過花籃螺栓聯(lián)結(jié)調(diào)節(jié)鋼絲繩的張力;另一端繞過T型支架豎直向下穿過罐頂板,通過固定在拱頂鋼結(jié)構(gòu)徑向梁一側(cè)的第一個導(dǎo)向滑輪,引向?qū)ΨQ方向的第二個滑輪,然后向下固定于底部錨固件上。底部邊緣對稱錨固平衡裝置的相互對稱的兩組平衡鋼絲繩共同作用,將罐頂鋼結(jié)構(gòu)的運動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

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

1.3 運用實例

浙江寧波LNG一期工程(德國TGE)、深圳LNG(跌幅站址)工程(德國TGE)、深圳大鵬LNG三期工程(德國TGE)、新奧舟山LNG一期工程(德國TGE)、福建莆田L(fēng)NG一期(美國CB&I)、福建莆田L(fēng)NG二期工程(美國CB&I)、粵東LNG工程(美國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T型架豎直向下后,經(jīng)過固定在拱頂鋼結(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)埋在承臺中心。

2.2 優(yōu)缺點分析

該平衡裝置的每組平衡鋼絲繩并不完全依賴對稱方向的平衡鋼絲繩共同作用,而是通過鋼絲繩的張力和滑輪組鎖定的行走方向,限制罐頂?shù)倪\動路徑,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;上升過程中鋼絲繩軌道隨著拱頂?shù)纳仙凶?從而實現(xiàn)拱頂安全平衡的上升。

3.2 優(yōu)缺點分析

該平衡系統(tǒng)工作時,會對兩種情況起到校正作用:一是罐頂向某一方向傾斜時,該方向上的平衡系統(tǒng)鋼絲繩將被拉長,產(chǎn)生的反作用力將對傾斜進(jìn)行校正;二是罐頂在水平方向上轉(zhuǎn)動時,則所有鋼絲繩將被拉長,產(chǎn)生的反作用力將對轉(zhuǎn)動進(jìn)行校正。

4 結(jié)論與建議

通過以上對各家不同設(shè)計單位的氣頂升平衡系統(tǒng)的簡要分析,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:施工簡單,需要的輔助機具較少,成本較低,但對徑向的旋轉(zhuǎn)控制較差,對平衡配重的依賴性較高。

雙平衡的主要特點:雙平衡施工技術(shù)相對單平衡施工技術(shù)較復(fù)雜,需要的滑輪組等輔助工具較多,對穹頂?shù)膹较蛐D(zhuǎn)限位較好,但對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,但對水平方向和豎直高差、徑向限位均較好,對平衡的配重計算依賴性較低。

通過以上比較及優(yōu)缺點的分析,對于10萬m3以上20萬m3以下的儲罐建議使用雙平衡,對于20萬m3以上的建議使用自調(diào)節(jié)系統(tǒng),對于10萬m3以下的建議使用單平衡。