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1、中国寰球工程公司 LNG 低温储罐设备施工的分析与探讨 编制人：: 专 业: 指导老师: （20140422） 二零一四年四月 20 万立大型储罐施工工艺分析与探讨 第 2 页 共 24 页 摘 要 正文略 关键词：关键词； 关键词； 关键词； 关键词 （关键词之间分号隔开，并加一个空格） 20 万立大型储罐施工工艺分析与探讨 第 3 页 共 24 页 Abstract 正文略 Keywords: keyword; keyword; keyword; keyword 20 万立大型储罐施工工艺分析与探讨 第 4 页 共 24 页 目 录 摘 要2 ABSTRACT3 第 1 章 前 言1 1.
2、1 LNG 概况.1 1.2 中国 LNG 接收站发展规划1 1.3 20 万储罐建造的意义.1 1.4 本论文的结构安排2 第 2 章 江苏 LNG16 万立储罐的设计及国产 NI9 钢板情况3 2.1 储罐概述.3 2.2 主要施工使用标准.3 2.2 储罐主要设计参数.4 2.3 设计情况.4 2.4 使用材料.4 2.5 主要结构特点.5 2.5.1 罐壁结构.5 2.5.2 底板结构.5 2.5.3 拱顶结构.6 2.5.4 吊顶结构.6 2.5.5 罐内管线分部情况.6 2.5.6 主要附件及材料.7 2.6 有关储罐的其他说明.7 2.6.1 相关的设备.7 2.6.2 暂定说明
3、.7 第 3 章 16 万储罐的施工.8 3.1 总体方案.8 3.2 前期预制.8 3.2.1 罐壁埋件预制.8 3.2.2 拱顶的预制8 3.3 拱顶气顶升9 3.4 外罐壁衬板安装.9 3.5 底板的铺设安装.9 20 万立大型储罐施工工艺分析与探讨 第 5 页 共 24 页 3.6 壁板及加强圈的施工.10 3.7 铝吊顶施工.10 3.8 其他附件的安装.10 3.9 储罐的水压试验及气密试验.10 3.10 储罐的氮气试验.10 第 4 章 储罐施工中的质量控制11 第 5 章 关于 20 万立储罐施工的一些合理化建议12 5.1 施工建议.12 5.2 设计建议.12 第 6 章
4、 结论13 致 谢14 参考文献15 附 录 1 焊接工艺参数16 附 录 2 质量检验计划17 附 录 3 施工进度计划18 作者个人简历19 20 万立大型储罐施工工艺分析与探讨 第 1 页 共 24 页 第 1 章 前 言 1.1 LNG 概况 随着沿海地区天然气消费的快速增长，有关 LNG 的话题正成为越来越多业内人 士关注的焦点。越来越受关注的京津冀地区雾霾天气被证实与石油燃烧有密不可分 的关系。在当下能源日趋紧张的情况下，清洁优质高效的天然气已成为继石油之后 最具发展前景的能源和重要的化工原料。其中，液化天然气(LNG)因其体积仅为气 态时的 1/600，大大节约储运空间和成本，运
5、输方式更为灵活，而且提高了燃烧性能， 从而备受世人关注与追捧。 中国的 LNG 工业虽起步较晚，但对天然气的利用步伐却在不断加快，扩大 LNG 的利用可以弥补石油资源的不足，实现能源利用多元化和环境质量的提高。目 前，西气东输管线、川气东送工程、广东 LNG 项目、福建 LNG 项目、上海 LNG 项目都相继落成投产。2011 年 6 月 1 日，船容达 21 万立方米，迄今为止我国接卸 过的最大 LNG 专用运输船“阿尔雷卡亚” ，在由中石油寰球工程公司 EPC 总承包承 建的江苏 LNG 接收站顺利实现接卸离港。这我国首个自主设计、自主采办、自主施 工、自主运营的 LNG 项目完全达到预期
6、目标，标志这我国已经完全掌握了 LNG 接 收站工程的所有核心设计、建造技术，为我国 LNG 事业的蓬勃发展奠定了坚实的基 础。 1.2 中国 LNG 接收站发展规划 LNG 接收站主要包括 LNG 码头和 LNG 储罐区，是各国储存、装卸进口 LNG 并输 送至国内的必要地面设施。根据预测， “十二五”期末，中国需从海上进口 LNG 资源 量 2500104 吨/年(约 333108 立方米/年)以上，才能弥补国内天然气资源 的不足，保障天然气的供应。如此大量地引进 LNG 资源，还需要配套建设相应规模 能力的 LNG 接收站项目。 目前中国沿海地区已投产和规划建设的 LNG 项目共有 16
7、 个。其中，已经建成投 产 3 个，分别是广东 LNG、福建 LNG 和上海 LNG 项目;正在建设的有 7 个，分别是江 苏 LNG、浙江 LNG、大连 LNG、海南 LNG、珠海 LNG、深圳 LNG1 和唐山 LNG 项目，计 划在 2015 年前陆续建成;处于前期研究中的有 6 个，分别是粤东 LNG、粤西 LNG、深 圳 LNG2、山东 LNG、天津 LNG 和广西 LNG 项目，计划在 2020 年前相继建成投产。 16 万立大型储罐施工分析与探讨 第 2 页 共 24 页 1.3 20 万储罐建造的意义 随着我国天然气需求持续增大，其投资成本增大，发展大型常压 LNG 储罐，尤
8、其是 10000m3 以上 LNG 储罐已是大势所趋。其具有以下突出优点：储罐越大，越节 省钢材、节省投资，布局紧凑，占地面积小。在总容积相同的情况下，几台大设备 要比一群小设备占地面积节省得多；便于操作管理，几台大设备比一台小设备在检 测、维修和管理等方面都比较方便。这些优点是储罐大型化的动力。大型常压 LNG 储罐将会成为 LNG 储罐的发展趋势。LNG 储罐的大型化要适度，即需要经济规模的 大型化，这有利于 LNG 的统一管理，从而可以使 LNG 的利用更加安全、合理。LNG 储罐的常压化可以使 LNG 储罐在建造过程中可以节省更多的人力、物力，并且也降 低了在 LNG 使用过程中的危险
9、。由此可见综合考虑各方面因素，进一步加强对液化 天然气低温储罐的研究对推动液化天然气工业的发展，解决日益恶化的环境问题和 能源危机具有十分重要的现实意义，大型常压储罐是大势所趋。1 1.4 本论文的结构安排 16 万立大型储罐施工分析与探讨 第 3 页 共 24 页 第 2 章 江苏 LNG16 万立储罐的设计及国产 Ni9 钢板情 况 2.1 储罐概述 本文中 16 万立 LNG 低温储罐是双层壁结构的立式拱顶全容储罐。罐壁外层采 用混凝土墙，内层是 9%Ni 国产特殊材质钢板，厚度从下到上呈递减型（底圈壁板 为 27.5mm，顶圈壁板为 12 mm） ，内外层结构间距 1 米，中间夹层填充
10、珍珠岩绝热 材料；外罐壁 5 米以下设置热角保护壁板，热角保护内部使用 300mm 的泡沫玻璃砖 填充，并与二次底板通过转角板焊接实现密封，用以预防特殊情况下从内罐溢出的 低温 LNG 液体；罐顶也是双层结构，外顶层是材质为 Q345 拱顶结构，悬挂在拱顶 下部的内浮顶是铝制材料，吊顶上部填充 1.2 米玻璃棉毡绝热材料。其结构如下图： 16 万立大型储罐施工分析与探讨 第 4 页 共 24 页 2.2 主要施工使用标准 低温工作条件下的立式平底圆筒形储罐 BS 7777 大型焊接低压储罐设计与建造 API-620-2008 钢制压力容器 GB 150-2011 钢结构工程施工及验收规范 GB
11、50205- 2008 立式圆筒钢制储罐验收规范 GB50128- 2005 承压设备焊接工艺评定 JB4708-2005 承压设备焊接工艺评定 JB4708-2005 石油化工有毒、可燃介质钢制管道工程施工及验收规 SH3501-2011 2.2 储罐主要设计参数 容积 160000 m 3 结构形式 全容罐 内罐半径 80 m 设计液位高度 34.98 m 内管壁板高度 35.52 m 密度 480Kg/ m 3(液化天然气) 设计温度 -170C 设计压力 -0.5-29Kpa 罐顶活载 120Kg/ cm2 设计风速 37.5m/s 允许热损 0.05%/天 2.3 设计情况 本项目由
12、中国石油寰球工程公司遵照 BS 7777低温工作条件下的立式平底圆 筒形储罐设计，储罐壁板采用不同厚度设计，壁板不仅可以承受自身重力，也能 极大的减小钢材使用量。储罐施工及验收参照 BS EN 14620-2-2006低温立式平底 圆筒型储罐执行。 16 万立大型储罐施工分析与探讨 第 5 页 共 24 页 2.4 使用材料 LNG 储罐使用的低温 Ni9 钢板是储罐使用材料中的核心部件，其铸造技术一直 属于国外企业严格保密核心机密。价格亦是十分昂贵，一块钢板动则几十万上百万 的费用。为摆脱国外技术垄断，寰球公司会同南钢集团经过刻苦的攻关，一举研制 出了符合要求的 Ni9 钢板，并在江苏 LN
13、G、大连 LNG 两个接收站工程的使用中证明 完全达到设计要求。 16 万低温 LNG 储罐容器总体可分三大系统： 1、内罐系统用于直接承接低温 LNG 液体，由依次为 27.5mm12mm 的 Ni9 钢板， 壁板下方起支撑作用的是 20mm 厚的内罐边缘板，内罐底板使用 6mm 厚的 Ni9 钢板。 2、二次底板系统用于承接意外情况下从内罐溢出的少量 LNG 液体，由依附在外 罐衬板下方的 5 米高的热角保护系统及二次底板组成，材质也为 Ni9 钢板。 3、外罐系统用于密封正常状态下挥发的 LNG 气体，衬板及外罐底板则选用 5mm 厚度的 16MnDR 低温钢板。衬板与底板之间使用 90
14、C 的转角板搭接。其他附件包括 内罐壁板上的 3 带加强圈、铝吊顶、拱顶及相关的管道设备等。各层底板之间用干 沙或泡沫玻璃填充。 2.5 主要结构特点 2.5.1 罐壁结构 本项目储罐罐壁直径大（82000mm） 、高度大（38550mm） ，分 13 带板。采用 由上至下壁厚逐步变小的设计，即保证了罐壁的承重能力，又最大限度的减少了本 身自重。同时分别在第 7 带至 13 带设置了 4 圈加强圈增强内罐壁板的刚度。壁板之 间的焊缝采用双面坡口的对接焊接方式连接，内壁焊缝要求打磨平整以便于外观检 查、渗透试验及射线探伤。 2.5.2 底板结构 储罐底板的排版形式主要根据储罐存储介质特性、储罐直
15、径及储罐体总重量的 大小进行选择和设计。按照传统，小型储罐底板采用无边缘板的条形排版，大型储 罐采用边缘板排版，边缘板之间采用对接形式。边缘板的承受所有的壁板重量，而 其他的底板相对的受力是比较小的。边缘板对于减小储罐的底板厚度（16 万储罐底 16 万立大型储罐施工分析与探讨 第 6 页 共 24 页 板厚度仅需要 6mm）具有十分重要的作用。2 16 万储罐底板，采取了以长缝为主的中幅板搭接形式，长缝的焊接焊接过程会 产生大量的热应力，不断积累将会导致底板的焊接变形叠加（见图） 。在施工中需要 严格依照焊接方案分别采用对称施焊、先短缝后长缝、由中间向两边、使用大量沙 袋压边等措施控制焊接变
16、形。 图 1 16 万储罐内罐底板排版图 2.5.3 拱顶结构 拱顶结构为 C 型钢组成的球冠形结构，高度 11 米，球罐表面铺设共顶板，边 缘与预埋在外墙的承压环焊接密封，江苏 LNG 项目的拱顶施工使用地面组装，气吹 顶升的方法实现拱顶的就位。为减小高空工作量，在气吹顶升前将拱顶的接管及吊 顶一起组装整体顶升。 2.5.4 吊顶结构 吊顶板悬挂于拱顶下方，通过数千根吊杆与拱顶连接，边缘与内罐底部加强圈搭接。 吊顶上方覆盖玻璃棉毡实现内罐的保冷。 16 万立大型储罐施工分析与探讨 第 7 页 共 24 页 图 2 16 万储罐内罐底板排版图 2.5.5 罐内管线分部情况 低温储罐内部的管线分
17、部较多，主要的包括进料管、BOG 出口管、泵井管、吹 扫口及相关的液位、压力、温度、含量等取源管线等。分部于内罐、夹层及吊顶上 方，施工空间狭小，施工及检查难度较大。 2.5.6 主要附件及材料 壁板： 06Ni9 共十三圈 内罐底板及二次底板： 06Ni9(6mm) 外罐底板及衬板： 16MnDR(6mm) 低压输送泵： （24 寸）2 台 低压输送泵： （38 寸）3 台 2.6 有关储罐的其他说明 2.6.1 相关的设备 2.6.2 暂定说明 16 万立大型储罐施工分析与探讨 第 8 页 共 24 页 第 3 章 16 万储罐的施工 3.1 总体方案 储罐的主体安装采用内挂三脚架搭设施工
18、平台，外挂行走小车正装法。壁板的 吊装使用罐内的 25T 汽车吊配合悬挂于拱顶下部吊车梁的电动葫芦吊装就位。环缝 采用埋弧自动焊，其余的立缝、角焊缝及底板搭接缝等均使用搭接焊缝。直爬梯平 台栏杆整体预制成型，整体吊装就位。罐内管线的安装为避免高空施工作业，采取 罐内整体焊接，使用大型吊车自拱顶套管垂下吊索具吊装至铝吊顶，将固定口位置 设置于吊顶上人员易于接近的位置施焊。主体施工完毕后立即进行储罐的水压试验 及气密性试验，至此储罐的主体安装以及全部结束，内罐及外罐衬板已经不再进行 动火作业。试验完毕后开始进行储罐的保冷及罐顶相关的管道、仪表、罐内低压泵 的安装工作。 3.2 前期预制 储罐施工中
19、的预制工作了比较大，主要集中在拱顶的预制加工、外罐埋件的切割 及螺柱的焊接、热角保护双带板的预制加工、罐内接管的预制工作等等。储罐施工 场地需要同时进行土建及安装的工作，需要合理的安排施工场地及施工道路。 3.2.1 罐壁埋件预制 储罐的墙体内部均布了大量的竖向、环向埋件，埋件外侧焊接的螺柱埋设于混 凝土墙板内固定，外侧与外罐衬板搭接焊，加上拱顶，形成一个密闭的空间。埋件 的预制需要与储罐土建施工进度相一致，预制中需注意检查埋件的尺寸、坡口的角 度及形式、螺柱的拉拔试验及弯曲试验等项目的检查。并配合土建做好预埋及焊接 工作。 3.2.2 拱顶的预制 前期安装的最主要工作是拱顶块的预制，整个拱顶
20、呈半球型。在罐外侧预制成 类似于西瓜瓣（俗称西瓜皮）的形式后吊入罐内组装成整体进行顶升工作。拱顶块 的预制精度决定了吊装后整体组装工作的难易程度。而拱顶块的预制精度很大程度 16 万立大型储罐施工分析与探讨 第 9 页 共 24 页 的取决于预制胎具。在施工中必须严格控制胎具的高度、位置及尺寸，做好测量及 复核检测。胎具必须放置在水平坚硬的地面上，放置过程中的变形，及时做好施工 中的复检和沉降观测，避免因胎具的变形对拱顶块的外形尺寸形成影响。 3.3 拱顶气顶升 3.4 外罐壁衬板安装 顶升完成后就可以利用罐顶下部的单轨吊车梁悬挂好电动葫芦进行外罐衬板的 铺设工作。外罐衬板的工作量较大，高度有
21、 38 米，总量 192 块。衬板的安装采取在 罐内预制成带状，将环缝焊接合格后使用电动葫芦整体提升至预定高度，再焊接与 预埋件的搭接立缝。焊接后需进行三遍仔细气密检查工作防止有气孔存在，因此焊 接及检查的工作量均比较大，任何一个疏忽遗漏了一个检验均会使储罐使用时发生 泄露，照成无法估量的损失。因此在施工中无论是焊接或是检查均需要认真仔细， 做好检查记录，保证施工质量。 3.5 底板的铺设安装 底板分三层（外罐底板、二次底板、内罐底板） ，底板的形式如图所示： 各板之间的连接采用搭接焊形式，从焊接变形来看，底板中幅板的焊接会产生 比较典型的薄板焊接波浪线失稳变形。从施工经验来看，底板的焊接变形
22、永远存在， 施工中能做到的仅仅是最大限度的减小。比较好的控制一般在 50mm 左右，若在施 工中车辆的碾压等会照成变形的叠加重合，此时的不平整度有可能达到 100 左右。 因此，建议有条件的情况下可以采用 CO2 保护焊，优点在于： 16 万立大型储罐施工分析与探讨 第 10 页 共 24 页 1、加热均匀，焊接收缩一致变形较小 2、焊接速度快，提高工效 3、药渣少，清理简单，能较好的保持焊接质量 4、易于选择调整焊接参数，通常都有焊接工艺评定和焊接规范要求，这些要求 能保证焊接接头的性能，但这些参数没有考虑底板焊接整体变形问题。在埋弧 焊施工中尽可能的采用上限值，使底板和垫板受热均匀，让底板
23、和垫板的焊接收缩 同时进行，这样能较好的控制底板整体变形。 3.6 壁板及加强圈的施工 3.7 铝吊顶施工 3.8 其他附件的安装 3.9 储罐的水压试验及气密试验 3.10 储罐的氮气试验 16 万立大型储罐施工分析与探讨 第 11 页 共 24 页 第 4 章 储罐施工中的质量控制 16 万立大型储罐施工分析与探讨 第 12 页 共 24 页 第 5 章 关于 20 万立储罐施工的一些合理化建议 5.1 施工建议 5.2 设计建议 大角钢基准图 16 万立大型储罐施工分析与探讨 第 13 页 共 24 页 第 6 章 结论 结 论 正文略 16 万立大型储罐施工分析与探讨 第 14 页 共
24、 24 页 致 谢 正文略 16 万立大型储罐施工分析与探讨 第 15 页 共 24 页 参考文献 （参考的中文文献排在前面，英文文献排在后面。作者与作者之间用逗号隔开，不写“等，编 著”等字样，如果版次是第一版，则省略。没有引用书籍文字则不写引用起止页，且以“ . ”结 束） (著作图书文献) 1骆晓玲，齐长勇，程换新. 大型液化天然气储罐的发展研究. 青岛科技大学： 4-5 页 2梁稷，袁启东，林守强等. 立式圆筒形储罐底板排版形式的优化. 深圳海油工 程水下技术有限公司，574 页. (翻译图书文献) 3作者. 书名. 译者. 版次. 出版者，出版年：引用部分起止页 （学术刊物文献） 4
25、作者. 文章名. 学术刊物名.年，卷（期）：引用部分起止页 (学术会议文献) 5作者. 文章名. 编者名. 会议名称，会议地址，年份. 出版者，出版年：引用部 分起止页 6 （学位论文类参考文献） 7研究生名. 学位论文题目. 学校及学位论文级别. 答辩年份：引用部分起止页 16 万立大型储罐施工分析与探讨 第 16 页 共 24 页 附 录 1 焊接工艺参数 (对需要收录于毕业设计（论文）中且又不适合书写正文中的附加数据、资料、详细公式推导等 有特色的内容，可作为附录排写) 16 万立大型储罐施工分析与探讨 第 17 页 共 24 页 附 录 2 质量检验计划 16 万立大型储罐施工分析与探讨 第 18 页 共 24 页 附 录 3 施工进度计划 16 万立大型储罐施工分析与探讨 第 19 页 共 24 页 作者个人简历