LNG低溫儲(chǔ)罐設(shè)備施工的分析與探討

1、中國(guó)寰球工程公司 lng 低溫儲(chǔ)罐設(shè)備施工的分析與探討 編制人：: 專 業(yè): 指導(dǎo)老師: （20140422） 二零一四年四月 摘 要 正文略 關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞； 關(guān)鍵詞； 關(guān)鍵詞； 關(guān)鍵詞 （關(guān)鍵詞之間分號(hào)隔開(kāi)，并加一個(gè)空格） abstract 正文略 keywords: keyword; keyword; keyword; keyword 目 錄 摘 要.2 abstract.3 第 1 章 前 言.1 1.1 lng 概況.1 1.2 中國(guó) lng 接收站發(fā)展規(guī)劃.1 1.3 20 萬(wàn)儲(chǔ)罐建造的意義.1 1.4 本論文的結(jié)構(gòu)安排.2 第 2 章 江蘇 lng16 萬(wàn)立儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)及國(guó)產(chǎn) ni

2、9 鋼板情況.3 2.1 儲(chǔ)罐概述.3 2.2 主要施工使用標(biāo)準(zhǔn).3 2.2 儲(chǔ)罐主要設(shè)計(jì)參數(shù).4 2.3 設(shè)計(jì)情況.4 2.4 使用材料.4 2.5 主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn).5 2.5.1 罐壁結(jié)構(gòu).5 2.5.2 底板結(jié)構(gòu).5 2.5.3 拱頂結(jié)構(gòu).6 2.5.4 吊頂結(jié)構(gòu).6 2.5.5 罐內(nèi)管線分部情況.6 2.5.6 主要附件及材料.7 2.6 有關(guān)儲(chǔ)罐的其他說(shuō)明.7 2.6.1 相關(guān)的設(shè)備.7 2.6.2 暫定說(shuō)明.7 第 3 章 16 萬(wàn)儲(chǔ)罐的施工.8 3.1 總體方案.8 3.2 前期預(yù)制.8 3.2.1 罐壁埋件預(yù)制.8 3.2.2 拱頂?shù)念A(yù)制.8 3.3 拱頂氣頂升.9 3.4 外罐

3、壁襯板安裝.9 3.5 底板的鋪設(shè)安裝.9 3.6 壁板及加強(qiáng)圈的施工.10 3.7 鋁吊頂施工.10 3.8 其他附件的安裝.10 3.9 儲(chǔ)罐的水壓試驗(yàn)及氣密試驗(yàn).10 3.10 儲(chǔ)罐的氮?dú)庠囼?yàn).10 第 4 章 儲(chǔ)罐施工中的質(zhì)量控制.11 第 5 章 關(guān)于 20 萬(wàn)立儲(chǔ)罐施工的一些合理化建議.12 5.1 施工建議.12 5.2 設(shè)計(jì)建議.12 第 6 章 結(jié)論.13 致 謝.14 參考文獻(xiàn).15 附 錄 1 焊接工藝參數(shù).16 附 錄 2 質(zhì)量檢驗(yàn)計(jì)劃.17 附 錄 3 施工進(jìn)度計(jì)劃.18 作者個(gè)人簡(jiǎn)歷.19 第 1 章 前 言 1.1 lng 概況 隨著沿海地區(qū)天然氣消費(fèi)的快速增長(zhǎng)，

4、有關(guān) lng 的話題正成為越來(lái)越多業(yè)內(nèi)人 士關(guān)注的焦點(diǎn)。越來(lái)越受關(guān)注的京津冀地區(qū)霧霾天氣被證實(shí)與石油燃燒有密不可分 的關(guān)系。在當(dāng)下能源日趨緊張的情況下，清潔優(yōu)質(zhì)高效的天然氣已成為繼石油之后 最具發(fā)展前景的能源和重要的化工原料。其中，液化天然氣(lng)因其體積僅為氣 態(tài)時(shí)的 1/600，大大節(jié)約儲(chǔ)運(yùn)空間和成本，運(yùn)輸方式更為靈活，而且提高了燃燒性能， 從而備受世人關(guān)注與追捧。 中國(guó)的 lng 工業(yè)雖起步較晚，但對(duì)天然氣的利用步伐卻在不斷加快，擴(kuò)大 lng 的利用可以彌補(bǔ)石油資源的不足，實(shí)現(xiàn)能源利用多元化和環(huán)境質(zhì)量的提高。目 前，西氣東輸管線、川氣東送工程、廣東 lng 項(xiàng)目、福建 lng 項(xiàng)目、

5、上海 lng 項(xiàng)目都相繼落成投產(chǎn)。2011 年 6 月 1 日，船容達(dá) 21 萬(wàn)立方米，迄今為止我國(guó)接卸 過(guò)的最大 lng 專用運(yùn)輸船“阿爾雷卡亞” ，在由中石油寰球工程公司 epc 總承包承 建的江蘇 lng 接收站順利實(shí)現(xiàn)接卸離港。這我國(guó)首個(gè)自主設(shè)計(jì)、自主采辦、自主施 工、自主運(yùn)營(yíng)的 lng 項(xiàng)目完全達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，標(biāo)志這我國(guó)已經(jīng)完全掌握了 lng 接 收站工程的所有核心設(shè)計(jì)、建造技術(shù)，為我國(guó) lng 事業(yè)的蓬勃發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基 礎(chǔ)。 1.2 中國(guó) lng 接收站發(fā)展規(guī)劃 lng 接收站主要包括 lng 碼頭和 lng 儲(chǔ)罐區(qū)，是各國(guó)儲(chǔ)存、裝卸進(jìn)口 lng 并輸 送至國(guó)內(nèi)的必要地面設(shè)施。根

6、據(jù)預(yù)測(cè)， “十二五”期末，中國(guó)需從海上進(jìn)口 lng 資源 量 2500104 噸/年(約 333108 立方米/年)以上，才能彌補(bǔ)國(guó)內(nèi)天然氣資源 的不足，保障天然氣的供應(yīng)。如此大量地引進(jìn) lng 資源，還需要配套建設(shè)相應(yīng)規(guī)模 能力的 lng 接收站項(xiàng)目。 目前中國(guó)沿海地區(qū)已投產(chǎn)和規(guī)劃建設(shè)的 lng 項(xiàng)目共有 16 個(gè)。其中，已經(jīng)建成投 產(chǎn) 3 個(gè)，分別是廣東 lng、福建 lng 和上海 lng 項(xiàng)目;正在建設(shè)的有 7 個(gè)，分別是江 蘇 lng、浙江 lng、大連 lng、海南 lng、珠海 lng、深圳 lng1 和唐山 lng 項(xiàng)目，計(jì) 劃在 2015 年前陸續(xù)建成;處于前期研究中的有 6

7、 個(gè)，分別是粵東 lng、粵西 lng、深 圳 lng2、山東 lng、天津 lng 和廣西 lng 項(xiàng)目，計(jì)劃在 2020 年前相繼建成投產(chǎn)。 1.3 20 萬(wàn)儲(chǔ)罐建造的意義 隨著我國(guó)天然氣需求持續(xù)增大，其投資成本增大，發(fā)展大型常壓 lng 儲(chǔ)罐，尤 其是 10000m3 以上 lng 儲(chǔ)罐已是大勢(shì)所趨。其具有以下突出優(yōu)點(diǎn)：儲(chǔ)罐越大，越節(jié) 省鋼材、節(jié)省投資，布局緊湊，占地面積小。在總?cè)莘e相同的情況下，幾臺(tái)大設(shè)備 要比一群小設(shè)備占地面積節(jié)省得多；便于操作管理，幾臺(tái)大設(shè)備比一臺(tái)小設(shè)備在檢 測(cè)、維修和管理等方面都比較方便。這些優(yōu)點(diǎn)是儲(chǔ)罐大型化的動(dòng)力。大型常壓 lng 儲(chǔ)罐將會(huì)成為 lng 儲(chǔ)罐的發(fā)

8、展趨勢(shì)。lng 儲(chǔ)罐的大型化要適度，即需要經(jīng)濟(jì)規(guī)模的 大型化，這有利于 lng 的統(tǒng)一管理，從而可以使 lng 的利用更加安全、合理。lng 儲(chǔ)罐的常壓化可以使 lng 儲(chǔ)罐在建造過(guò)程中可以節(jié)省更多的人力、物力，并且也降 低了在 lng 使用過(guò)程中的危險(xiǎn)。由此可見(jiàn)綜合考慮各方面因素，進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)液化 天然氣低溫儲(chǔ)罐的研究對(duì)推動(dòng)液化天然氣工業(yè)的發(fā)展，解決日益惡化的環(huán)境問(wèn)題和 能源危機(jī)具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義，大型常壓儲(chǔ)罐是大勢(shì)所趨。1 1.4 本論文的結(jié)構(gòu)安排 第 2 章 江蘇 lng16 萬(wàn)立儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)及國(guó)產(chǎn) ni9 鋼板情 況 2.1 儲(chǔ)罐概述 本文中 16 萬(wàn)立 lng 低溫儲(chǔ)罐是雙層壁結(jié)構(gòu)

9、的立式拱頂全容儲(chǔ)罐。罐壁外層采 用混凝土墻，內(nèi)層是 9%ni 國(guó)產(chǎn)特殊材質(zhì)鋼板，厚度從下到上呈遞減型（底圈壁板 為 27.5mm，頂圈壁板為 12 mm） ，內(nèi)外層結(jié)構(gòu)間距 1 米，中間夾層填充珍珠巖絕熱 材料；外罐壁 5 米以下設(shè)置熱角保護(hù)壁板，熱角保護(hù)內(nèi)部使用 300mm 的泡沫玻璃磚 填充，并與二次底板通過(guò)轉(zhuǎn)角板焊接實(shí)現(xiàn)密封，用以預(yù)防特殊情況下從內(nèi)罐溢出的 低溫 lng 液體；罐頂也是雙層結(jié)構(gòu)，外頂層是材質(zhì)為 q345 拱頂結(jié)構(gòu)，懸掛在拱頂 下部的內(nèi)浮頂是鋁制材料，吊頂上部填充 1.2 米玻璃棉氈絕熱材料。其結(jié)構(gòu)如下圖： 2.2 主要施工使用標(biāo)準(zhǔn) 低溫工作條件下的立式平底圓筒形儲(chǔ)罐 bs

10、 7777 大型焊接低壓儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)與建造 api-620-2008 鋼制壓力容器 gb 150-2011 鋼結(jié)構(gòu)工程施工及驗(yàn)收規(guī)范 gb50205- 2008 立式圓筒鋼制儲(chǔ)罐驗(yàn)收規(guī)范 gb50128- 2005 承壓設(shè)備焊接工藝評(píng)定 jb4708-2005 承壓設(shè)備焊接工藝評(píng)定 jb4708-2005 石油化工有毒、可燃介質(zhì)鋼制管道工程施工及驗(yàn)收規(guī) sh3501-2011 2.2 儲(chǔ)罐主要設(shè)計(jì)參數(shù) 容積 160000 m 3 結(jié)構(gòu)形式 全容罐 內(nèi)罐半徑 80 m 設(shè)計(jì)液位高度 34.98 m 內(nèi)管壁板高度 35.52 m 密度 480kg/ m 3(液化天然氣) 設(shè)計(jì)溫度 -170c 設(shè)計(jì)壓力

11、 -0.5-29kpa 罐頂活載 120kg/ cm2 設(shè)計(jì)風(fēng)速 37.5m/s 允許熱損 0.05%/天 2.3 設(shè)計(jì)情況 本項(xiàng)目由中國(guó)石油寰球工程公司遵照 bs 7777低溫工作條件下的立式平底圓 筒形儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)，儲(chǔ)罐壁板采用不同厚度設(shè)計(jì)，壁板不僅可以承受自身重力，也能 極大的減小鋼材使用量。儲(chǔ)罐施工及驗(yàn)收參照 bs en 14620-2-2006低溫立式平底 圓筒型儲(chǔ)罐執(zhí)行。 2.4 使用材料 lng 儲(chǔ)罐使用的低溫 ni9 鋼板是儲(chǔ)罐使用材料中的核心部件，其鑄造技術(shù)一直 屬于國(guó)外企業(yè)嚴(yán)格保密核心機(jī)密。價(jià)格亦是十分昂貴，一塊鋼板動(dòng)則幾十萬(wàn)上百萬(wàn) 的費(fèi)用。為擺脫國(guó)外技術(shù)壟斷，寰球公司會(huì)同南鋼

12、集團(tuán)經(jīng)過(guò)刻苦的攻關(guān)，一舉研制 出了符合要求的 ni9 鋼板，并在江蘇 lng、大連 lng 兩個(gè)接收站工程的使用中證明 完全達(dá)到設(shè)計(jì)要求。 16 萬(wàn)低溫 lng 儲(chǔ)罐容器總體可分三大系統(tǒng)： 1、內(nèi)罐系統(tǒng)用于直接承接低溫 lng 液體，由依次為 27.5mm12mm 的 ni9 鋼板， 壁板下方起支撐作用的是 20mm 厚的內(nèi)罐邊緣板，內(nèi)罐底板使用 6mm 厚的 ni9 鋼板。 2、二次底板系統(tǒng)用于承接意外情況下從內(nèi)罐溢出的少量 lng 液體，由依附在外 罐襯板下方的 5 米高的熱角保護(hù)系統(tǒng)及二次底板組成，材質(zhì)也為 ni9 鋼板。 3、外罐系統(tǒng)用于密封正常狀態(tài)下?lián)]發(fā)的 lng 氣體，襯板及外罐底

13、板則選用 5mm 厚度的 16mndr 低溫鋼板。襯板與底板之間使用 90c 的轉(zhuǎn)角板搭接。其他附件包括 內(nèi)罐壁板上的 3 帶加強(qiáng)圈、鋁吊頂、拱頂及相關(guān)的管道設(shè)備等。各層底板之間用干 沙或泡沫玻璃填充。 2.5 主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 2.5.1 罐壁結(jié)構(gòu) 本項(xiàng)目?jī)?chǔ)罐罐壁直徑大（82000mm） 、高度大（38550mm） ，分 13 帶板。采用 由上至下壁厚逐步變小的設(shè)計(jì)，即保證了罐壁的承重能力，又最大限度的減少了本 身自重。同時(shí)分別在第 7 帶至 13 帶設(shè)置了 4 圈加強(qiáng)圈增強(qiáng)內(nèi)罐壁板的剛度。壁板之 間的焊縫采用雙面坡口的對(duì)接焊接方式連接，內(nèi)壁焊縫要求打磨平整以便于外觀檢 查、滲透試驗(yàn)及射線探傷。

14、 2.5.2 底板結(jié)構(gòu) 儲(chǔ)罐底板的排版形式主要根據(jù)儲(chǔ)罐存儲(chǔ)介質(zhì)特性、儲(chǔ)罐直徑及儲(chǔ)罐體總重量的 大小進(jìn)行選擇和設(shè)計(jì)。按照傳統(tǒng)，小型儲(chǔ)罐底板采用無(wú)邊緣板的條形排版，大型儲(chǔ) 罐采用邊緣板排版，邊緣板之間采用對(duì)接形式。邊緣板的承受所有的壁板重量，而 其他的底板相對(duì)的受力是比較小的。邊緣板對(duì)于減小儲(chǔ)罐的底板厚度（16 萬(wàn)儲(chǔ)罐底 板厚度僅需要 6mm）具有十分重要的作用。2 16 萬(wàn)儲(chǔ)罐底板，采取了以長(zhǎng)縫為主的中幅板搭接形式，長(zhǎng)縫的焊接焊接過(guò)程會(huì) 產(chǎn)生大量的熱應(yīng)力，不斷積累將會(huì)導(dǎo)致底板的焊接變形疊加（見(jiàn)圖） 。在施工中需要 嚴(yán)格依照焊接方案分別采用對(duì)稱施焊、先短縫后長(zhǎng)縫、由中間向兩邊、使用大量沙 袋壓邊等

15、措施控制焊接變形。 圖 1 16 萬(wàn)儲(chǔ)罐內(nèi)罐底板排版圖 2.5.3 拱頂結(jié)構(gòu) 拱頂結(jié)構(gòu)為 c 型鋼組成的球冠形結(jié)構(gòu)，高度 11 米，球罐表面鋪設(shè)共頂板，邊 緣與預(yù)埋在外墻的承壓環(huán)焊接密封，江蘇 lng 項(xiàng)目的拱頂施工使用地面組裝，氣吹 頂升的方法實(shí)現(xiàn)拱頂?shù)木臀弧闇p小高空工作量，在氣吹頂升前將拱頂?shù)慕庸芗暗?頂一起組裝整體頂升。 2.5.4 吊頂結(jié)構(gòu) 吊頂板懸掛于拱頂下方，通過(guò)數(shù)千根吊桿與拱頂連接，邊緣與內(nèi)罐底部加強(qiáng)圈搭接。 吊頂上方覆蓋玻璃棉氈實(shí)現(xiàn)內(nèi)罐的保冷。 圖 2 16 萬(wàn)儲(chǔ)罐內(nèi)罐底板排版圖 2.5.5 罐內(nèi)管線分部情況 低溫儲(chǔ)罐內(nèi)部的管線分部較多，主要的包括進(jìn)料管、bog 出口管、泵井

16、管、吹 掃口及相關(guān)的液位、壓力、溫度、含量等取源管線等。分部于內(nèi)罐、夾層及吊頂上 方，施工空間狹小，施工及檢查難度較大。 2.5.6 主要附件及材料 壁板： 06ni9 共十三圈 內(nèi)罐底板及二次底板： 06ni9(6mm) 外罐底板及襯板： 16mndr(6mm) 低壓輸送泵： （24 寸）2 臺(tái) 低壓輸送泵： （38 寸）3 臺(tái) 2.6 有關(guān)儲(chǔ)罐的其他說(shuō)明 2.6.1 相關(guān)的設(shè)備 2.6.2 暫定說(shuō)明 第 3 章 16 萬(wàn)儲(chǔ)罐的施工 3.1 總體方案 儲(chǔ)罐的主體安裝采用內(nèi)掛三腳架搭設(shè)施工平臺(tái)，外掛行走小車正裝法。壁板的 吊裝使用罐內(nèi)的 25t 汽車吊配合懸掛于拱頂下部吊車梁的電動(dòng)葫蘆吊裝就位

17、。環(huán)縫 采用埋弧自動(dòng)焊，其余的立縫、角焊縫及底板搭接縫等均使用搭接焊縫。直爬梯平 臺(tái)欄桿整體預(yù)制成型，整體吊裝就位。罐內(nèi)管線的安裝為避免高空施工作業(yè)，采取 罐內(nèi)整體焊接，使用大型吊車自拱頂套管垂下吊索具吊裝至鋁吊頂，將固定口位置 設(shè)置于吊頂上人員易于接近的位置施焊。主體施工完畢后立即進(jìn)行儲(chǔ)罐的水壓試驗(yàn) 及氣密性試驗(yàn)，至此儲(chǔ)罐的主體安裝以及全部結(jié)束，內(nèi)罐及外罐襯板已經(jīng)不再進(jìn)行 動(dòng)火作業(yè)。試驗(yàn)完畢后開(kāi)始進(jìn)行儲(chǔ)罐的保冷及罐頂相關(guān)的管道、儀表、罐內(nèi)低壓泵 的安裝工作。 3.2 前期預(yù)制 儲(chǔ)罐施工中的預(yù)制工作了比較大，主要集中在拱頂?shù)念A(yù)制加工、外罐埋件的切割 及螺柱的焊接、熱角保護(hù)雙帶板的預(yù)制加工、罐內(nèi)

18、接管的預(yù)制工作等等。儲(chǔ)罐施工 場(chǎng)地需要同時(shí)進(jìn)行土建及安裝的工作，需要合理的安排施工場(chǎng)地及施工道路。 3.2.1 罐壁埋件預(yù)制 儲(chǔ)罐的墻體內(nèi)部均布了大量的豎向、環(huán)向埋件，埋件外側(cè)焊接的螺柱埋設(shè)于混 凝土墻板內(nèi)固定，外側(cè)與外罐襯板搭接焊，加上拱頂，形成一個(gè)密閉的空間。埋件 的預(yù)制需要與儲(chǔ)罐土建施工進(jìn)度相一致，預(yù)制中需注意檢查埋件的尺寸、坡口的角 度及形式、螺柱的拉拔試驗(yàn)及彎曲試驗(yàn)等項(xiàng)目的檢查。并配合土建做好預(yù)埋及焊接 工作。 3.2.2 拱頂?shù)念A(yù)制 前期安裝的最主要工作是拱頂塊的預(yù)制，整個(gè)拱頂呈半球型。在罐外側(cè)預(yù)制成 類似于西瓜瓣（俗稱西瓜皮）的形式后吊入罐內(nèi)組裝成整體進(jìn)行頂升工作。拱頂塊 的預(yù)制

19、精度決定了吊裝后整體組裝工作的難易程度。而拱頂塊的預(yù)制精度很大程度 的取決于預(yù)制胎具。在施工中必須嚴(yán)格控制胎具的高度、位置及尺寸，做好測(cè)量及 復(fù)核檢測(cè)。胎具必須放置在水平堅(jiān)硬的地面上，放置過(guò)程中的變形，及時(shí)做好施工 中的復(fù)檢和沉降觀測(cè)，避免因胎具的變形對(duì)拱頂塊的外形尺寸形成影響。 3.3 拱頂氣頂升 3.4 外罐壁襯板安裝 頂升完成后就可以利用罐頂下部的單軌吊車梁懸掛好電動(dòng)葫蘆進(jìn)行外罐襯板的 鋪設(shè)工作。外罐襯板的工作量較大，高度有 38 米，總量 192 塊。襯板的安裝采取在 罐內(nèi)預(yù)制成帶狀，將環(huán)縫焊接合格后使用電動(dòng)葫蘆整體提升至預(yù)定高度，再焊接與 預(yù)埋件的搭接立縫。焊接后需進(jìn)行三遍仔細(xì)氣密檢

20、查工作防止有氣孔存在，因此焊 接及檢查的工作量均比較大，任何一個(gè)疏忽遺漏了一個(gè)檢驗(yàn)均會(huì)使儲(chǔ)罐使用時(shí)發(fā)生 泄露，照成無(wú)法估量的損失。因此在施工中無(wú)論是焊接或是檢查均需要認(rèn)真仔細(xì)， 做好檢查記錄，保證施工質(zhì)量。 3.5 底板的鋪設(shè)安裝 底板分三層（外罐底板、二次底板、內(nèi)罐底板） ，底板的形式如圖所示： 各板之間的連接采用搭接焊形式，從焊接變形來(lái)看，底板中幅板的焊接會(huì)產(chǎn)生 比較典型的薄板焊接波浪線失穩(wěn)變形。從施工經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，底板的焊接變形永遠(yuǎn)存在， 施工中能做到的僅僅是最大限度的減小。比較好的控制一般在 50mm 左右，若在施 工中車輛的碾壓等會(huì)照成變形的疊加重合，此時(shí)的不平整度有可能達(dá)到 100 左右。 因此，建議有條件的情況下可以采用 co2 保護(hù)焊，優(yōu)點(diǎn)在于： 1、加熱均勻，焊接收縮一致變形較小 2、焊接速度快，提高工效 3、藥渣少，清理簡(jiǎn)單，能較好的保持焊接質(zhì)量 4、易于選擇調(diào)整焊接參數(shù)，通常都有焊接工藝評(píng)定和焊接規(guī)范要求，這些要求 能保證焊接接頭的性能，但這些參數(shù)沒(méi)有考慮底板焊接整體變形問(wèn)題。在埋弧 焊施工中盡可能的采用上限值，使底板和墊板受熱均勻，讓底板