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        160000m3 LNG 儲(chǔ)罐穹頂預(yù)制胎架CAD 放樣

        2022-04-02 07:50:38姚凡強(qiáng)
        石油化工建設(shè) 2022年2期

        姚凡強(qiáng)

        中石化第十建設(shè)有限公司 山東青島 266500

        廣西液化天然氣(LNG)項(xiàng)目160000m3儲(chǔ)罐穹頂鋼結(jié)構(gòu)為球形拱頂網(wǎng)殼結(jié)構(gòu),是LNG 儲(chǔ)罐的主要組成部分之一,其曲率半徑為81644mm、底部直徑為82000mm,為大跨度鋼結(jié)構(gòu),由徑向梁、環(huán)向梁和中心環(huán)組成。其中,徑向梁共有96 根,環(huán)向梁分為7 圈,中心環(huán)1 個(gè)。徑向梁根據(jù)長度不同分為①、②、③三種梁,其中①梁24 根、②梁24 根、③梁48 根;環(huán)向梁由外到內(nèi)分為L1(96 根)、L2(96根)、L3(96 根)、L4(96 根)、L5(96 根)、LR1(48 根)、LR2(24 根)。穹頂結(jié)構(gòu)及分片圖見圖1。

        目前國內(nèi)大型LNG 儲(chǔ)罐穹頂?shù)氖┕ぶ饕袃煞N方法:一是采用單根梁直接在罐內(nèi)進(jìn)行組裝;二是先預(yù)制成片,后進(jìn)行吊裝安裝。為響應(yīng)公司“模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化”施工的要求,廣西液化天然氣項(xiàng)目部采用第二種方法進(jìn)行穹頂?shù)氖┕?,加大預(yù)制深度,減少后期安裝高空作業(yè)的危險(xiǎn)性。

        根據(jù)對(duì)其他LNG 項(xiàng)目的施工了解,穹頂預(yù)制基本分三種不同方法:第一種為12 大片,12 小片;第二種為12大片,12 小片(帶側(cè)翼,即一側(cè)增加環(huán)向梁);第三種為24等片。根據(jù)青島LNG 項(xiàng)目的施工經(jīng)驗(yàn),以及現(xiàn)場的實(shí)際情況,廣西LNG 項(xiàng)目采用第二種方法進(jìn)行預(yù)制,最大化地加深預(yù)制深度。因此,穹頂預(yù)制胎架的尺寸直接決定著穹頂?shù)念A(yù)制尺寸和預(yù)制質(zhì)量,需根據(jù)穹頂圖紙尺寸采用CAD 對(duì)胎架的尺寸進(jìn)行精確放樣,來保證胎架尺寸的精準(zhǔn)性。

        以大穹頂片預(yù)制胎架為例來介紹胎架的尺寸放樣。大穹頂片組裝圖見圖2。其中大穹頂片徑向梁包括①梁2根、②梁2 根、③梁1 根;環(huán)向梁L1(4 根)、L2(4 根)、L3(4根)、L4(4 根)、L5(4 根)、LR1(2 根)、LR2(1 根)。

        圖2 穹頂大片組裝結(jié)構(gòu)示意圖

        1 放樣原理

        由于穹頂為球形拱頂,穹頂片除中間的徑向梁在水平位置上,其余4 根的位置均是在圓上旋轉(zhuǎn)一定角度后確定,導(dǎo)致穹頂?shù)膹较蚝蜋M向方向上均為圓弧形,預(yù)制胎架在放樣時(shí)必須與穹頂一樣徑向和橫向也為圓弧形。所有方向上弧線均可看作為圓弧,因此通過穹頂梁的弧形結(jié)構(gòu)截面圖,做半徑線和垂線確定胎架立柱點(diǎn)所在的相關(guān)切面圓;再通過將穹頂梁在切面上展開的方法,分別確定穹頂預(yù)制胎架的長度、立柱的具體位置,以及立柱的間距和高度,最終綜合所有數(shù)據(jù)得出整個(gè)預(yù)制胎架的尺寸。

        根據(jù)圖2,穹頂片為對(duì)稱結(jié)構(gòu),則預(yù)制胎架也同樣為對(duì)稱結(jié)構(gòu)。穹頂梁截面圖中的數(shù)據(jù)為中心位置處的數(shù)據(jù),同一排立柱中,兩側(cè)對(duì)稱立柱的間距和高度相同。放樣的難點(diǎn)在于除中間立柱外,如何確定其余4 根立柱的位置和尺寸。

        2 放樣步驟

        2.1 穹頂結(jié)構(gòu)繪制

        (1)由于預(yù)制胎架是基于穹頂徑向梁進(jìn)行放樣,因此根據(jù)圖紙尺寸,采用CAD 繪制穹頂徑向梁結(jié)構(gòu)截面圖,其弧形曲率半徑為81644mm。

        (2)由于穹頂高度為10799mm,需將穹頂梁實(shí)際放平成為拱形進(jìn)行組裝,因此預(yù)制胎架為拱形胎架。

        (3)根據(jù)其他LNG 項(xiàng)目的施工經(jīng)驗(yàn),由于穹頂外側(cè)還有一層6mm 厚的蒙皮板需要進(jìn)行焊接,外側(cè)需滿焊,焊接量大。為防止焊接導(dǎo)致穹頂變形,保證穹頂焊后的幾何尺寸,在徑向梁弧長不變的前提下,需將穹頂拱高增大50mm。采用CAD 放樣得出拱高加大后的穹頂梁的曲率半徑為80075mm,以此曲率半徑進(jìn)行預(yù)制胎架的放樣。

        (4)測量拱形內(nèi)弦長為39876mm,此長度即為胎架的整體投影長度。

        2.2 立柱位置的選擇

        (1)穹頂梁結(jié)構(gòu)圖繪制完成后,根據(jù)圖紙尺寸,標(biāo)出每圈環(huán)向梁的位置。由于穹頂梁曲率半徑已變化,但徑向梁總體弧長不變,為保證環(huán)向梁位置焊后與實(shí)際圖紙相符,環(huán)向梁采用測量弧長的方法進(jìn)行定位。

        (2)為便于環(huán)向梁安裝,選擇以每根徑向梁的中心距離環(huán)向梁800mm 的位置處各設(shè)置一個(gè)預(yù)制胎架立柱,共7 個(gè);為保證后期穹頂仰臉焊接施工,需在穹頂梁兩端額外各設(shè)置一個(gè)立柱增加穹頂高度。

        (3)7 個(gè)立柱點(diǎn)在徑向梁截面圖上標(biāo)出后,以每個(gè)點(diǎn)向徑向梁弦長上引垂線,垂點(diǎn)之間的距離為立柱的間隔距離。

        (4)立柱總數(shù)共設(shè)置9 個(gè),由大端至小端編號(hào)依次為A、B、C、D、E、F、G、H、I。

        2.3 預(yù)制胎架立柱位置放樣

        (1)預(yù)制胎架位置是指穹頂片俯視圖中每個(gè)支柱的具體位置,共9 排立柱(兩端各1 排),由大端至小端,前7排(A—G)每排5 根支撐立柱,第8 排(H)3 根立柱,最后一排(I)2 根立柱。

        (2)每排立柱之間的距離已經(jīng)確定,每排立柱相互之間的距離也采用放樣進(jìn)行確定。由于整個(gè)穹頂為球形拱頂結(jié)構(gòu),因此立柱位置應(yīng)在立柱點(diǎn)所在的球形切面上。

        (3)在穹頂截面圖中,從每排立柱點(diǎn)的位置向圓的中心線引垂線,測量出每個(gè)立柱點(diǎn)到中心線的距離。此距離為立柱點(diǎn)所在的切面半徑,依次將9 個(gè)立柱點(diǎn)所在切面的半徑在圖上標(biāo)出,具體如圖3 所示。

        圖3 胎架立柱位置總圖

        (4)以每個(gè)立柱點(diǎn)所在的球形切面半徑畫圓,并按圖紙徑向梁安裝方位將圓96 等分。由于穹頂片由5 根徑向梁組成,選取其中5 條等分線,這5 條等分線與圓的交點(diǎn)就是同一排立柱各自所在的位置。

        (5)由于拱頂?shù)那蛐谓Y(jié)構(gòu),每排的立柱點(diǎn)均在一條弧形線上。為便于胎架的制作,實(shí)際制作時(shí)立柱在同一直線上;繪制完成后,作中間一點(diǎn)的切線,并將其余4 條等分線分別延長至切線上,交點(diǎn)為立柱位置;將交點(diǎn)之間的距離標(biāo)出,即為實(shí)際立柱之間的間距。以此類推,按照同樣的方法確定8 排立柱的位置(最外端立柱A 除外)。

        (6)為保證穹頂片最外端成型后的弧度,此處的立柱位置采用弧線,按照上述第(4)條的方法將5 個(gè)立柱點(diǎn)的位置在圖上標(biāo)出。

        (7)所有立柱位置確定完成后,根據(jù)每排立柱之間的間距,以及同一排立柱相互之間的間距,可以繪制出整個(gè)穹頂預(yù)制胎架的俯視圖。

        2.4 穹頂胎架立柱高度放樣

        (1)在穹頂徑向梁截面圖中,每個(gè)立柱點(diǎn)與弦長的垂線為中間立柱的高度。

        (2)由于穹頂?shù)那蛐谓Y(jié)構(gòu),立柱的高度并成一弧形。因此其余立柱的高度放樣采用切面展開的方法進(jìn)行,將每個(gè)立柱點(diǎn)與弦長的垂線延長至與弦長平行的直徑上,此距離為立柱高度方向所在切面的半徑。

        (3)測量每排立柱所在切面的半徑,然后各以此長度為半徑畫圓,在圓上取一點(diǎn)沿半徑向中心方向畫出中間支柱的高度,然后作此直線的垂線并與圓相交。以中間立柱高度為基準(zhǔn)畫水平線與圓相交,然后根據(jù)上述2.3 第(5)條方法所繪制出的立柱間距,將中心柱所在的直線按間距距離分別向兩側(cè)進(jìn)行偏移。偏移位置為其余立柱的位置,每個(gè)立柱點(diǎn)垂點(diǎn)和與圓的交點(diǎn)之間的尺寸為該位置立柱的高度。以立柱F 為例:其立柱點(diǎn)與弦長的垂線(即中間支柱高度)為2417mm,半徑為79971mm,相鄰立柱的間距分別為1188mm 和1199mm。根據(jù)此尺寸可確定其余4 根立柱的高度為2408mm 和2381mm。以此類推,可確定其他位置立柱的高度。

        (4)放樣完成后,如圖4 中B、C、D、E、F、G、H 立柱的高度已經(jīng)確定,胎架的兩端置于水平面上。但為便于現(xiàn)場進(jìn)行穹頂仰臉焊接,需增加所有立柱的高度,增加的高度為圖4 中A、I 中間位置立柱的高度,并根據(jù)上述方法確定其余立柱的高度。

        圖4 預(yù)制胎架俯視圖

        (5)所有立柱的位置和尺寸確定后,將尺寸在胎架圖上標(biāo)明。至此,穹頂預(yù)制胎架放樣全部完成。

        3 結(jié)論

        在廣西LNG 工程項(xiàng)目部的實(shí)際施工中,經(jīng)測量,采用CAD 放樣制作的穹頂預(yù)制胎架,其立柱與穹頂梁的位置和尺寸偏差僅為0~2mm,完全滿足了穹頂?shù)念A(yù)制要求。預(yù)制后的幾何尺寸滿足設(shè)計(jì)技術(shù)要求,達(dá)到控制整體質(zhì)量的目的,對(duì)現(xiàn)場施工具有良好的指導(dǎo)作用。

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