气顶升施工方案.docx
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气顶升施工方案
文件编号:
QSLNG-SGFA-0008-2014
晋城华港燃气有限公司沁水煤层气液化储备调峰中心
内罐工程
气顶升施工方案
编制:
审核:
批准:
中国石油天然气第一建设公司
山西晋城项目经理部
2014年8月16日
版次:
第1/A版
1编制说明
1.1适用范围
本气顶升施工方案用于指导山西晋城华港燃气有限公司沁水煤层气液化调峰储备中心低温罐罐顶气吹顶升施工任务。
本方案重点描述了低温罐罐顶顶升程序及相关安全、技术质量和施工管理要求。
1.2相关单位
晋城华港燃气有限公司沁水煤层气液化调峰储备中心项目建设单位为华港燃气有限公司、监理单位为上海宝钢工程咨询有限公司、总承包单位为中国石油工程设计有限责任公司华北分公司、LNG储罐计单位为梯杰易气体工程有限公司(以下简称TGE)、施工单位为中国石油天然气第一建设公司。
2工程概况
2.1现场地点环境
本项目位于山西省晋城市沁水县端氏镇金峰村,该地区属于山区地形,北温带季风气候,常年干旱少雨。
2.2施工工期安排
低温LNG储罐气顶升计划2014年9月22日达到顶升条件,具体日期参照当地天气情况及气象信息具体确定,一般气顶升时间为1个工作日。
2.3基本参数
参数
全容积LNG低温储罐
外罐
内罐
设计温度
环境温度
-166℃
罐直径
42000mm(内壁)
40000mm
罐壁高
26880mm
23877mm
设计最高液位
20700mm
22760mm
穹顶半径
42000
None
水压试验高度
None
13941mm
3编制依据
3.1晋城华港燃气有限公司沁水煤层气液化调峰储备中心低温LNG储运装置工程EPC承包合同
3.2已有的设计文件
3.3TGE公司提供的制作安装工艺和相关技术质量要求及图纸
3.4BSEN14620-2-2006
3.5其它现行的国家和行业标准规范
3.6晋城华港燃气有限公司沁水煤层气液化调峰储备中心LNG储运装置工程低温罐区施工组织设计
3.7晋城华港燃气有限公司沁水煤层气液化调峰储备中心LNG储运装置工程低温罐施工方案
4施工工艺流程
5施工工艺
5.1气顶升施工工艺简介
5.1.1吹升准备
5.1.1.1外罐混凝土墙体浇注完成,并对混凝土墙体的内径允许偏差、椭圆度、垂直度、外观质量等内容进行验收,并办理相关交接手续。
5.1.1.2外罐墙体顶部的承压环、承压杆已经安装完,无损检测完,椭圆度、标高、内半径等允许偏差均在规范要求之内。
5.1.1.3确认罐顶钢结构,顶板的安装和焊接工作全部完成,罐顶下方的铝吊顶及其人行走平台已安装就位。
5.1.1.4对罐顶盖板的边缘进行切割,保证罐顶盖板与外层水泥罐壁之间的间隙,避免罐
顶盖板在气升期间发生卡塞现象。
5.1.1.5采用钢板(背面带加强筋)封闭外罐混凝土临时大小门洞,用盲板对罐顶开孔进行密封(泵柱套管等临时盖板加“井”字形加强筋),顶升前由土建单位封堵临时排水孔。
5.1.1.6设立送风系统:
在外罐壁临时大门处,设两个风道,采用一台鼓风机向罐内送风;为防止气升中途停电,用发电机供电。
送风系统(鼓风机,风道,风门,调风装置)安装完成,在风机安装就位后要对风机的送风性能进行测试,保证在罐顶气吹时的送风压力。
5.1.1.7安装密封装置:
在外罐顶边缘设立环向密封挡板,并在密封挡板上安装密封装置;
5.1.1.8安装平衡装置:
从外罐承压环上均匀设置12个平衡装置临时支撑,并用钢丝绳由临时支撑经外罐顶边缘设置的滑轮转至穹顶下方,再经过穹顶与悬顶中间达到穹顶对面,再设置滑轮引至罐底预埋件上,在安装过程中一定要保证12根钢丝绳绷紧,且各根钢丝绳的松紧程度一致,以保证罐顶在顶升时各个方向所受的力相等。
5.1.1.9安装临时锁紧装置:
在外罐承压环上和相对应的外罐顶边缘的梁上焊接龙门卡,做好吹升后外罐顶与承压环板连接准备工作。
5.1.1.10设立监控系统:
在顶升前设立监控系统;罐顶气顶升前罐内压力监测系统安装完毕(罐顶和临时大小门处各安装一个“U”型管压力计)用于监测气升期间罐内压力。
5.1.1.11罐顶气升平衡性观测尺安装完毕(应在罐顶0ο、90ο、180ο、270ο四个方位各布置一把盘尺,用于测量罐顶上升的速度和方位的偏移量,同时在混凝土墙内壁0ο、180ο每间隔1m用白色油漆进行方位及高度标识);计算罐顶配重重量,并按要求进行配重设置。
5.1.1.12气顶升
Ø经检查确认气顶升准备工作已全部就绪后,在正式气顶升前先进行预顶升,将两台鼓风机的出风门关上,启动风机使其达到一定压力后,将一台风机出风门全部打开向罐内送风,当罐内的风压使罐顶缓缓上升时,位于罐顶的人员要密切关注罐顶密封情况和平衡状态,当穹顶上升高度达到100mm时,调节进风量,保证拱顶平衡,联合检查确认密封及平衡配重等;如满足气顶升条件,开始进行正式气顶升,顶升高度达到200mm过程中再次检查确认平衡配重情况,确认满足要求后,将罐内的所有人员全部撤出,然后根据罐顶上升速率和平衡状态,可适当加大风机进风量,加快罐顶上升速度,上升速度不宜过快,升速控制在200—300mm/min。
Ø当罐顶距承压环2000mm时,将小门洞放气孔(为防止罐内气压下降过快,放气口加设在小门洞临时封门板上)闸板慢慢打开,调整罐顶上升速度,对罐顶方位进行检查、调整、确认,做好罐顶与承压环连接准备工作。
Ø当罐顶板与承压环贴紧时,迅速利用临时连接件连接罐顶板和承压环,进行罐顶板与承压环组对,组对后12名焊工均布,沿同一方向同时进行罐顶盖板与承压环之间焊道焊接。
临时连接形式如图所示:
Ø当所有焊缝焊接完成后,开始进罐顶严密性试验,严密性试验通过后,气顶升结束,关闭风机,打开临时门和罐顶人孔。
5.2气顶升基本参数
5.2.1相关计算式
5.2.1.1单位换算:
1Patm=1.01*105Pa=10.3mH2O(g=9.8N/kg);即:
1Pa=1N/m2=0.103mmH2O;
5.2.1.2罐直径为R=42m,计算面积A=πr2=21*21π=1385m2
5.2.1.3拱顶自重计算:
顶升自重计算表
序号
项目描述
单位
重量
备注
1
拱顶梁
kg
43469
2
拱顶板
kg
69340
含尼尔森螺栓
3
中心圈
kg
3189
4
内轨道梁
kg
4152
5
外轨道梁
kg
4277
6
套管及补强圈
kg
11771
7
电动葫芦
kg
1060
8
铝吊顶
kg
20106
9
铝吊顶加强圈及吊杆
kg
9084
10
工程实体重量
kg
166288
11
配筋重量1
kg
1403
180°-198°
12
配筋重量2
kg
1160
210°-228°
13
配筋重量3
kg
670
252°-270°
14
配筋重量4
kg
1565
300°-330°
15
顶升总重
kg
171486
10+11+12+13+14
16
罐壁摩擦力及提升附属件
kg
188635
K=1.1*15
5.2.1.4浮力计算:
F浮
=ρgv=mg/A=188635*9.8/1385=1.335KPa=137.5mmH2O;
5.2.1.5漏风量系数:
L=1.2
5.2.1.6压强比:
1.01*105/(1.01*105+1.335*103)=0.987;说明:
P1罐顶上部压力(大气压),P2罐内达到起升时的压力,V1指P1压力下的体积,V2达到起升压力时原有气体经压缩后的体积。
5.2.1.7经计算,罐顶在起升之前的内部空间容积V1=6614m3;
5.2.1.8V浮=V1/0.98=6701m3,V浮指达到起升条件时所须要的进气量;本工程选用900m3/min风机2台,一用一备,经计算,约10分钟后可达到起升风量条件;
5.2.1.9每分钟的起升高度计算:
H=风机额定出风量V额定*功率系数(0.7~0.8)*风机台数n*压强比(0.9856)/<空间投影面积A(单位m2)*漏风量系数1.2。
5.2.1.10已知,V额定=900m3/min,n=1,A=1385m2;计算H;Hmin=900*0.7*0.987/(1385*1.2)=374mm/min,
Hmax=900*0.8*0.987/(1385*1.2)=428mm/min。
5.2.2气顶升基本参数表:
表5.2.2外罐顶基本参数表
顶升内容
气顶升参数
总重
189吨(含平衡配重及钢丝绳摩擦力)
平衡压力P0=G/S
137.5mmH2O
顶升压力(P升)P=KXP0(1.1~1.2)
151~165mmH2O
吹升前期进风时间
10分钟
提升速度
250mm/min(平均),300mm/max(最大)
拱顶上升距离
24984mm
升顶持续时间
90分钟(近似值)
最大耗风量(包括20%的空气泄漏)
505m3/min
5.2.3罐顶总重及配重分布
5.2.3.1拱顶自重平衡计算表
管口编号
开孔位置
开孔半径(mm)
拱顶套管增加重量(Kg)
配筋方位
(水平半径)
配筋重量
(Kg)
N42
117°
18700
362
298°
R20000
400(电动葫芦)
N7
123°
18700
81
N5&N8
128.5°
18400
915.5
306-324°
R18400
400(电动葫芦)+1565
N9&N12
135.5°
18400
915.5
N11
141°
18700
81
N20
145°
18700
18
N21
149°
18700
18
N41
153°
18700
17
N36
171°
17100
1249
自平衡
N33
351°
17100
1249
N17
3°
15500
121
178-197°
R18500
1403
N18
9°
15500
121
N19
15°
15500
122
N23
358°
18500
48
N24
2°
18500
48
N28
5°
18500
251
N37
8°
18500
251
N26
11°
18500
246
N22
14°
18500
20
N25
17°
18500
256
N15
180°
1300
667
N32
27°
18500
191
自平衡
N31
207°
18500
191
N1
33°
18500
480
213°
R20000
2T电动葫芦(260)
N27
214°
18500
251
N2
51°
18500
543
224-246°
R18500
1160
N4
45°
15500
228
N14
45°
14500
138
N13
62°
17500
335
N29
75°
18500
227
252-270°
R18500
670
N3
87°
14500
564
5.2.3.2拱顶配重说明
计算依据:
以罐顶周边开孔套管重量为计算依据,在罐顶径向对称位置布置配重,配重方位及重量见5.2.3.1拱顶自重平衡计算表。
序号
配重重量(KG)
配重水平半径(mm)
力矩计算
方位
1
1965
18500
36352500
306-324°
2
1403
18500
25955500
178-197°
3
1160
18500
21460000
224-246°
4
670
18500
12395000
252-270°
5.2.3.3拱顶配重示意图:
拱顶位置钢筋配重示意图
说明:
1、套管及接管开孔增重配重采用圆周中心对称法,采用土建钢筋进行布置,其他等分接管平衡抵消,不需增加配重。
5.3气顶升设备
5.3.1平衡装置
5.3.1.1混凝土承台预埋件:
混凝土承台在浇筑前预埋12块钢板,位于罐底周边等分布置。
预埋件形式如下图所示:
5.3.1.2导向滚轮:
在拱顶下部设置12个导向滑轮,导向滑轮钢丝绳通过拱顶板上开圆孔,同时加DN50钢管进行保护(圆孔气顶升后加补强板封闭)。
5.3.1.3T形架:
在承压圈上安装12个T型支架。
保证T型架安装正确并与承压圈相焊接。
如下图所示
图T型架示意图
5.3.1.4张紧平衡钢丝绳。
5.3.1.5钢丝绳布置:
每个T型架布置一根单独的钢丝绳。
单根钢丝绳不得有接头、破损,钢丝绳表面严禁电弧擦伤。
5.3.1.6首先拉紧四根带有拉力计的钢丝绳,并调整到一个合适的拉力值,调整完毕后安装其余8根钢丝绳;安装剩余8根钢丝绳前,先在罐顶钢丝绳套管上方1500mm处用KL-30型管形测力计向罐心方向水平张拉,记录拉力值和横向水平位移值;使用此拉力值和水平位移值验证剩余8根钢丝绳的张拉值。
12根钢丝逐根测量预紧力,保证每根钢丝预紧力相等。
5.3.1.7使用卸扣连接花篮螺丝和承压圈上固定拉耳,花篮螺丝另一端与钢丝绳连接。
5.3.1.8钢丝绳依次穿过T型架、导向滚轮、垂直到罐内与底部固定架连接固定。
5.3.1.9在拱顶下部和上部分别检查钢丝绳的松紧程度是否基本相同,用承压圈上的花篮螺丝调节一致。
5.3.1.10根据检查表要求,对钢丝绳方位和垂直度进行检查。
确保单根钢丝绳在一个垂直的平面内。
转向滑轮和T型支柱的定位必须十分精确。
5.3.1.11所有钢丝绳支座(或吊耳)与罐顶板(承压环)之间的受拉焊缝应进行渗透(PT)检测。
5.3.2钢丝绳的受力分析
5.3.2.1钢丝绳在最初预紧力为5KN,最大预紧力10KN。
当在顶升过程中,出现罐顶斜度为200mm的情况时,钢丝绳受力分析如下:
5.3.2.2罐顶倾斜200mm是指罐顶边缘最大高差为200mm,如图5.3.2.2所示。
图5.3.2.2罐顶倾斜示意图
5.3.2.3当罐顶倾斜度为200mm时,考虑到平衡装置的实际结构形式,钢丝绳按照最大伸长100mm进行计算分析。
则钢丝绳受力增量计算公式如下:
式中,
——钢丝绳受力增量,N;
——钢丝绳横截面积,取值201mm2;
——钢丝绳弹性模量,取值188GPa;
——钢丝绳初始长度,取值71600mm;
——钢丝绳伸长量,取值100mm。
即:
5.3.2.4钢丝绳受力增量约为52.8kN。
钢丝绳总的受力为52.8kN+10kN(最大)=62.8kN,钢丝绳应力为628MPa,小于GB8918-2006中6×25Fi+IWR(1470MPa级别)规格钢丝绳关于最小破断拉力为133kN技术指标的规定。
符合要求。
5.3.3风机系统
5.3.3.1鼓风机系统核算分析
根据低温罐顶升所需要的最小风量和风压选择合适的风机是气顶升的关键。
风量和风压的确定没有一个现成的公式,目前主要是依据实践中总结的经验公式来计算,尤其是附加损失的风压与风量的确定。
(1)风压的确定
用风机向罐体内腔输送具有一定压力的空气,在不考虑任何损失的情况下,罐体的内罐顶受到向上的推力、底板受到向下的力,它们大小相等,方向相反。
但由于存在漏风损失和密封系统与混凝土内罐间存在摩擦阻力而消耗风压,因此风机所提供的压力除了克服罐顶及配重的重力,还要克服附件因素造成的压力损失。
计算公式如下:
式中,
——顶升风压,Pa;
——静平风压,Pa;
——附加风压,Pa,根据现场经验确定;
——顶升最大重量,N;
——罐体横截面积,m2。
(2)风量的确定
风量是指在罐顶顶升到最高位置时,罐顶与混凝土罐壁之间充满的使罐体顶升且具有一定压力的气体风量;考虑到漏风损失,对风机风量进行修正。
根据气体方程计算,温度一定情况下PV=恒量,即:
式中,
——鼓风量,m3;
——顶完时罐体的总容积,m3;
——顶升部分所围罐体的容积,m3;
——风机风量修正系数,一般取3~4;
——顶升风压,Pa;
——标准大风压,取101325Pa。
(3)风机选型
风机选型依据上述风压和风量计算公式进行。
罐顶气顶升总重量为171486kg,即:
(考虑部分零星附件附加重量未计,总重按G=1900KN计算)
低温罐罐顶横截面半径为21m,则储罐的横截面积为1385m2。
则,P平=
=1900000/1385=1371.8(Pa)
P升=P平+P附=
=(1.10~1.20)*1900000/1385=(1509~1646.2)Pa
依据设计图纸,储罐罐顶提升高度H为24.984m,储罐截面内径D为42m。
风机风量计算如下:
V=V1+V拱=
π*42*42*24.984/4+6614=41210m3
Q=
=(41210*P升+101325*34596)*1.2/101325=42252~42319m3
式中,
——罐顶冠直径,取值42m;
——罐体壁板高度,取值26.880m;
——顶升位移,取值24.984m;
——储罐罐顶半径,取值42m;
——此处考虑20%空气泄漏量,取值1.2。
所选择风机参数为:
静压334mmAq(at200C;3341Pa),大于P升=(1509~1646.2)Pa,满足要求。
一台风机进行吹顶工作,风量为45164m3/h,若K取1.2,顶升时间大约为135min。
5.3.4风机系统安装
5.3.4.1根据图纸制作风道并正确安装风机,拟投入2台风机,根据风机参数配备2台发电机(1台为备用发电机)。
由专业电工接通它们之间的电源线路。
一套(1台风机)作为升顶使用,另1台风机作为备用。
见图5.3.4.1
图5.3.4.1风机系统安装图
5.3.4.2现场制作风道并正确安装风机(2台:
包括1台备用),每台风机均配有出口开关(把手型手动式)及紧急封闭门。
第2台风机作为备用。
根据风机参数配备2台发电机(包括1台备用),2台风机与2台柴油发电机连接,由专业电工接通它们之间的电源线路。
5.3.4.3通风管及风道(2组),把风机出风口通过施工门洞接入罐内。
5.3.4.4在风道上正确安装控风板(结合紧急截止阀),以控制进入的风量。
5.3.4.5小门洞安装泄风口,控制罐内压力。
设置形式见下图
图5.3.4.5泄风口
5.3.4.6鼓风机及发电机在气顶升前,经调试合格连续运转1小时以上,测量发电机输出电流和电压的稳定性,同时测量不同压力下的气流速度。
5.4密封系统
5.4.1.1拱顶边缘密封:
在拱顶下部外边缘上安装好密封固定圈,将密封板用螺栓固定在密封固定圈上(注意:
螺栓两边都要带上大垫片),密封材料之间使用胶带粘贴牢固。
5.4.1.2罐顶气顶升前3天将铝箔玻璃布密封材料安装在金属镀锌薄板下。
5.4.1.3玻璃布与镀锌板搭接缝采用胶带粘贴密封,并安装压条,然后将加强压板穿过镀锌板上螺杆进行固定,镀锌板自身搭接缝未密封处采用粘带密封,玻璃布之间的搭接采用粘带密封,对其他可能漏风点进行密封,减少泄露点。
5.4.1.4镀锌钢板需要进行弯曲安装,一般每块镀锌板的长度定为2000mm。
5.4.1.5密封板上开孔定位尽可能准确,以确保密封件装配精度。
5.4.1.6临时门洞封闭:
采用钢板加槽钢及H型钢封闭。
5.4.1.7临时门洞安装完毕后应检查其边角密封情况。
5.4.1.8临时门安装要求与混凝土墙壁紧贴,防止倾倒。
临时门安装完成后,检查临时门处密封情况,合格后进行通风管道安装、焊接。
5.5测量工具
5.5.150m钢卷尺(4个:
用于测量拱顶气顶升时的提升读数)。
5.5.2电流电压表(用于2台风机)。
5.5.3U型压力计
5.5.3.1U型管压力计至少可读出300毫米水压,配备三套U型压差计,一套在风机附近,一套在地面观察室,另一套在小门洞泄气孔附近。
压力计一端与罐内相通,另一端与罐外大气相通,用透明塑料管制作成U型管形式,并固定在铝板上。
在铝板上标出刻度线,以助于观察水柱的上升情况。
水柱应在塑料管长度的一半位置,塑料管内不能存有气泡。
U型压力计如图5.5.3.1:
图5.5.3.1U型压力计
5.5.3.2U型管压力计的取压部位设在临时大门处,取压口要用气源胶管引至至少离风机口3m以外的地方,且管口背向风口,以免干扰测量数据。
5.5.3.3风机由专人进行操作,利用风机出口处开关的开度调节进风量,以便控制罐顶上升速度和罐内的压力,尤其在罐顶即将到位时更要仔细、频繁观察U型压力计的压力,罐顶到位固定时要调节风量,使压力保持在平衡压力以上30-50mm。
5.5.4钳形电流表1台;红外线测温仪1台;振动仪1台;风速仪1台。
6人员组织和职责分配
6.1成立吹顶施工的管理体系及现场指挥体系;在整个吹顶施工中管理体系负责检查和确认流程和把关,现场指挥体系负责对各相关作业人员的工作安排和调动指挥。
图6.1-1气顶升施工管理体系图
图6.1-2吹顶现场指挥体系图
6.2发放专用的吹顶作业现场通行证,无通行证人员不得进入作业现场;
6.3所有人员都应当参加所要求的安全培训并且遵守安全规定和安全程序。
现场需配备足够数量的监督人员和检查人员。
6.4现场的所有人员都应当有能力进行与本项作业相关的工作。
7施工安全控制
7.1气吹顶升工具检查
气吹顶升作业存在着对顶结构造成损伤的危险。
基于该原因,很重要的一点是对气压顶升清单中的工具进行复查。
HSE经理和施工经理对检查表中的问题进行审核,TGE及监理对其进行复查。
7.2人员的控制
7.2.1所有参加工作的人员都已经经过安全培训,并能胜任工作。
无关人员对气压顶升的安全会有影响,脚手架上和罐体附近只允许有通行证的人员进入。
7.2.2对讲机使用人员需经过专门培训,使用人员明确如何使用。
7.2.3设置2个指挥点,一个在混凝土墙上,一个在门洞处。
7.2.4进入罐内和上到顶部的入口设置人员把守,不在名单上的人员不允许进入。
7.3气压顶升的控制
在刚刚将风机开启时候,安排一些人员在罐内保证密封和平衡系统的运行正常。
在此过程中需要遵守以下步骤:
7.3.1罐内的人员和负责人应当要一直保持积极的联系
7.3.2在罐内行走的人员应当携带手电及防止施工照明中断。
7.3.3在门洞处应当安装临时出入门以方便人员从罐内出来(当风机还在运行时)。
在气压顶升正式开始时不允许人员呆在吊顶下。
7.3.4罐内和罐顶的人员应当控制至最少。
7.3.5记录罐内和罐顶工作人员进出临时出入口的名单,要求在吹顶施工开始时进入罐内的相关人员将专用通行证交由门口值守人员,出来后及时领取。
7.4气压顶升过程的控制
整个气压顶升的过程将持续3个多小时,所有施工所安排的人员必须在指定的位置待命。
必须有四个不同方位的人员观测顶上升的速度,并随时报告给总指挥。
确保观察人员上衣口袋内无物,以防止观察和测量时物体坠落到拱顶上,破坏密封系统。
7.5高空作业和防坠落
7.5.1当顶被升起时安全
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