鋁吊頂在LNG吊頂儲(chǔ)罐中的應(yīng)用

孟樹(shù)森，郭旭，陳杰，翟耀峰，顧楓，唐志光，孫娟，張偉

（張家港中集圣達(dá)因工程有限公司，江蘇 張家港 215600）

隨著國(guó)家政策的扶持，近幾年來(lái)LNG儲(chǔ)罐的市場(chǎng)需求量呈現(xiàn)井噴之勢(shì)，其中絕大多數(shù)是吊頂儲(chǔ)罐。

吊頂儲(chǔ)罐常用于儲(chǔ)存低溫液體，如LNG、液態(tài)乙烯、液態(tài)丙烯等。根據(jù)API620對(duì)吊頂儲(chǔ)罐（全容式儲(chǔ)罐系統(tǒng)）的圖解可知，吊頂儲(chǔ)罐應(yīng)由：主液體容器（低溫鋼）、次液體容器（低溫鋼）、溫?zé)嵴魵馊萜鳎ü揄敚⒒炷粱A(chǔ)、帶隔熱材料的懸掛甲板、隔熱材料（環(huán)形空間）、底部絕熱材料、泵柱等零部件組成。

其中帶隔熱材料的懸掛甲板就是通常所講的LNG吊頂儲(chǔ)罐的懸頂。懸頂?shù)闹饕饔檬亲鳛殇佋O(shè)玻璃纖維棉的支撐，玻璃纖維棉用于儲(chǔ)罐罐頂保冷，防止主容器內(nèi)的LNG蒸發(fā)過(guò)快導(dǎo)致儲(chǔ)罐內(nèi)BOG量急劇上升造成安全事故，是LNG吊頂儲(chǔ)罐整個(gè)保冷系統(tǒng)中的至關(guān)重要的一環(huán)。因此懸頂是吊頂儲(chǔ)罐不可或缺的部分。

1 傳統(tǒng)LNG吊頂儲(chǔ)罐懸頂?shù)闹谱?/h2>

LNG吊頂儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)溫度為-196 ℃，所以傳統(tǒng)LNG吊頂儲(chǔ)罐懸頂?shù)牟馁|(zhì)選用S30408不銹鋼。LNG吊頂儲(chǔ)罐的懸頂組成部件有：懸頂板、懸頂加強(qiáng)筋、懸頂拉桿。

懸頂板是由一塊塊車間內(nèi)預(yù)制好的鋼板在現(xiàn)場(chǎng)拼接完成后，通過(guò)焊接的方法來(lái)連接。懸頂板的直徑通常在25 m左右，因?yàn)橥庑纬叽邕^(guò)大在拼接時(shí)需要多名現(xiàn)場(chǎng)工作人員同時(shí)配合施工。在拼接完成后還需要進(jìn)行焊接工作。在焊接過(guò)程中不僅要保證角焊縫的余高，每道焊縫至少焊接兩遍，還需要適當(dāng)?shù)乜刂茟翼敯宓淖冃瘟?。另外焊縫溫度過(guò)高時(shí)應(yīng)停止施焊，等焊縫層間溫度下降后再進(jìn)行焊接。

在懸頂板拼接施焊完成后進(jìn)行下一步的懸頂加強(qiáng)筋裝配工作。懸頂加強(qiáng)筋的數(shù)量根據(jù)懸頂板的直徑有關(guān)，通常為4圈。懸頂加強(qiáng)筋同樣是車間內(nèi)預(yù)制好的鋼板現(xiàn)場(chǎng)拼接而成。不同于懸頂板的拼接方式（板與板之間搭接，焊縫型式角焊縫），懸頂加強(qiáng)筋拼接處為對(duì)接焊縫。懸頂加強(qiáng)筋的厚度至少為12 mm，需要花費(fèi)較多的時(shí)間來(lái)進(jìn)行焊接。

當(dāng)懸頂加強(qiáng)筋焊接完成后，需要進(jìn)行懸頂與次容器徑向梁的連接。用幾十根長(zhǎng)短不一的扁鋼將次容器頂蓋與懸頂加強(qiáng)筋連接起來(lái)，將次容器頂蓋和懸頂構(gòu)成一個(gè)整體，連接方式仍為焊接連接。

這就是傳統(tǒng)LNG吊頂儲(chǔ)罐不銹鋼懸頂?shù)默F(xiàn)場(chǎng)制作的全過(guò)程。

2 傳統(tǒng)LNG吊頂儲(chǔ)罐懸頂不足及優(yōu)化方向

通過(guò)上述描述可清晰地了解到傳統(tǒng)LNG吊頂儲(chǔ)罐懸頂從開(kāi)始制作到最終完工，整個(gè)過(guò)程相當(dāng)繁瑣，需要耗費(fèi)大量的人工（尤其需要焊工）、機(jī)具等，導(dǎo)致懸頂制作的工期較長(zhǎng)，無(wú)法縮短建造周期，不能提前交付給業(yè)主。另外S30408不銹鋼價(jià)格偏高，使得LNG吊頂儲(chǔ)罐的原材料成本較高。這些因素直接提高了儲(chǔ)罐的建造成本，參與投標(biāo)時(shí)不具有價(jià)格優(yōu)勢(shì)，不能提高公司在市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力。

為了在LNG吊頂儲(chǔ)罐需求量暴增的市場(chǎng)環(huán)境下提高中標(biāo)率，所以降低儲(chǔ)罐的建造成本勢(shì)在必行。

懸頂主要是作為鋪設(shè)玻璃纖維棉的支撐，那么是否可以通過(guò)優(yōu)化懸頂結(jié)構(gòu)，在滿足支撐需求的同時(shí)，減少S30408不銹鋼材料的用量，來(lái)達(dá)到降低建造成本的目的。很顯然這個(gè)假設(shè)不可行，首先LNG吊頂儲(chǔ)罐的懸頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)相對(duì)固定，進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化需要從零開(kāi)始，還需要建立3D模型進(jìn)行應(yīng)力分析等工作。另外懸頂上還需要安裝管道，優(yōu)化后可能導(dǎo)致管道沒(méi)有空間安裝。

既然不能通過(guò)優(yōu)化結(jié)構(gòu)的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)降低懸頂建造成本，那么可以尋找價(jià)格低于S30408不銹鋼的材料來(lái)代替。查閱相關(guān)資料后了解到LNG混凝土全容罐的懸頂大多采用鋁材料來(lái)制作，現(xiàn)已有很少一部分的LNG吊頂儲(chǔ)罐的懸頂采用鋁材料且成功運(yùn)行。從材料性能方面分析，鋁材料完全可以在BOG環(huán)境下使用；從材料價(jià)格方面考慮，鋁材料價(jià)格遠(yuǎn)低于S30408不銹鋼。在與相關(guān)的制作廠家的溝通后，了解到鋁制懸頂（以下簡(jiǎn)稱鋁吊頂）在LNG吊頂儲(chǔ)罐中有成功的案例，而且鋁吊頂LNG儲(chǔ)罐在整個(gè)行業(yè)內(nèi)也的得到了業(yè)主的認(rèn)可。

3 鋁吊頂?shù)脑O(shè)計(jì)及制作

3.1 鋁吊頂設(shè)計(jì)的前提條件

在設(shè)計(jì)鋁吊頂時(shí)需要儲(chǔ)罐的相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)，如地震條件、設(shè)計(jì)壓力、試驗(yàn)壓力、設(shè)計(jì)溫度、儲(chǔ)存介質(zhì)、外形尺寸等。

設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)當(dāng)考慮吊頂?shù)妮d荷及載荷組合，載荷通常為吊頂自重、保冷層重量、吊頂安裝均布載荷、熱收縮載荷、地震載荷等。在不同的工況下（建造工況、正常運(yùn)行工況、地震工況）載荷工況不相同。因此必須選最危險(xiǎn)的工況對(duì)吊頂?shù)膹?qiáng)度、穩(wěn)定性及剛度進(jìn)行校核計(jì)算。

3.2 鋁吊頂?shù)慕M成零部件

鋁吊頂由瓦楞形鋁板（懸頂板）、鋁板支撐梁、圓鋼吊桿、連接板等組成。

瓦楞形鋁板是由鋁平板經(jīng)過(guò)機(jī)具壓制成瓦楞形狀，材質(zhì)為 5083-O（固溶）且滿足 GB/T 3880.1～3—2012相關(guān)要求。因?yàn)殇X平板的厚度為1 mm，通壓制成瓦楞形狀，提高鋁板的受力強(qiáng)度。瓦楞形鋁板均為車間內(nèi)預(yù)制，運(yùn)到項(xiàng)目施工現(xiàn)場(chǎng)后可直接安裝，不需要現(xiàn)場(chǎng)加工。

鋁板支撐梁為T(mén)型鋼，材質(zhì)為6061-T6或6082T6（固溶），鋁型材應(yīng)滿足GB/T 6892—2015要求。因?yàn)橹瘟翰捎娩X型材加工，所以只需按加工圖截取對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)度，在圖中標(biāo)注的位置機(jī)加工螺栓孔。

圓鋼拉桿由材質(zhì)為S30408的圓鋼和正反旋螺栓（用于調(diào)節(jié)拉桿長(zhǎng)短）組成。可調(diào)節(jié)螺栓可以避免因加工、或者現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程中的誤差導(dǎo)致不能安裝。連接板材質(zhì)為S30408，直接焊接在圓鋼拉桿上，均為車間內(nèi)預(yù)制。

3.3 鋁吊頂現(xiàn)場(chǎng)制作

整個(gè)鋁吊頂?shù)牧悴考鶠檐囬g內(nèi)預(yù)制，加工完成后直接發(fā)往項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行安裝?，F(xiàn)場(chǎng)施工人員按照施工藍(lán)圖將鋁板支撐梁放置在指定的位置后可直接在梁上鋪設(shè)瓦楞形鋁板，鋪設(shè)完成后通過(guò)螺栓和鉚釘固定；接著將圓鋼吊桿兩端的連接板的螺栓分別與次容器頂蓋徑向梁上的連接板、鋁板支撐梁上的連接件用固定，可適當(dāng)通過(guò)調(diào)節(jié)正反旋螺栓確保可以安裝；最后對(duì)正反旋螺栓進(jìn)行微調(diào)，保證各瓦楞形鋁板處于同一水平位置。

通過(guò)分析鋁吊頂?shù)恼麄€(gè)制作過(guò)程可知，鋁吊頂零部件之間的連接不需要焊接，只需施工人員通過(guò)螺栓及鉚釘進(jìn)行連接即可。還有很重要的一點(diǎn)是與不銹鋼懸頂板相比，瓦楞形鋁板較為輕便，在現(xiàn)場(chǎng)安裝中很少需要使用機(jī)具進(jìn)行吊裝。

4 結(jié)束語(yǔ)

鋁吊頂不僅在原材料的價(jià)格上遠(yuǎn)低于不銹鋼懸頂?shù)膬r(jià)格，而且安裝制作簡(jiǎn)易、重量較輕，在整個(gè)制作過(guò)程中只需要耗費(fèi)少量的人工和機(jī)具，可縮短建造周期，另外鋁吊頂在業(yè)內(nèi)也逐步得到認(rèn)可。在現(xiàn)在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)這么激烈的情況下，業(yè)主往往要求LNG吊頂儲(chǔ)罐的價(jià)格低、建造周期短。用鋁吊頂來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的不銹鋼懸頂無(wú)疑是有效提高公司市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的方法之一。