CN114183000A - 一种大型低温储罐外罐钢穹顶的制作安装工法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种大型低温储罐外罐钢穹顶的制作安装工法，包括以下步骤：预制架场地布置、预制架设计制作、钢穹顶梁板预制及组焊成型、穹顶模块转移、中心和边缘支撑安装、中间支撑安装及穹顶模块吊装就位、剩余环梁蒙皮板和轨道梁安装、套管螺柱附件安装、中心和中间支撑拆除。本发明研究出了穹顶模块梁的无应力组对、穹顶拱度保持技术和避免穹顶钢结构焊缝撕裂的循环交替立柱拆除法，通过总结形成本工法，在后续多台大型低温储罐建造中取得了显著效益，值得推广应用。

Description

一种大型低温储罐外罐钢穹顶的制作安装工法

技术领域

本发明涉及钢穹顶技术领域，尤其涉及一种大型低温储罐外罐钢穹顶的制作安装工法。

背景技术

目前，大型低温储罐通常采用安全性相对较高的全容罐，外罐为钢筋混凝土结构，钢制内罐包括9Ni缸内罐、拱顶（碳钢穹顶、铝吊顶）、衬板、预埋件、热角保护结构等构件。穹顶由钢结构网壳和蒙皮板制作，最终需要顶升至设计标高作为外罐混凝土穹顶浇筑的“底模”。因其制作安装涉及大量径向、环向梁和蒙皮板的预制、焊接，制作精度要求高，持续时间长，若采用梁板罐内拼装则与同期进行的外罐混凝土罐壁浇筑大量交叉作业，严重相互干扰，而且局部人员、设备、工器具高度集中，大大增加了安全风险；若采用罐外预制、罐内安装，大型穹顶模块的合理划分、加工精度控制及运输、就位过程中的变形控制则是重中之重。

申请人承建了国内单体容量最大的两台22万m³LNG低温储罐（江苏滨海某储罐项目），钢穹顶半径达88m，跨度为87.86m，中心垂直高度为11.38m，穹顶网壳由96根径向梁、9圈环向梁、1个中心环、466块蒙皮板组成，超大穹顶重达829t。申请人结合国内多个大型低温储罐建造所积累的经验，将穹顶预制模块合理划分为大、小模块两类各12个和1个中心环，研究出了穹顶模块梁的无应力组对、穹顶拱度保持技术和避免穹顶钢结构焊缝撕裂的循环交替立柱拆除法，通过总结形成本工法，在后续多台大型低温储罐建造中取得了显著效益，值得推广应用。

发明内容

为解决上述问题，本发明公开了一种大型低温储罐外罐钢穹顶的制作安装工法。

具体方案如下：

一种大型低温储罐外罐钢穹顶的制作安装工法，其特征在于，包括以下步骤：预制架场地布置、预制架设计制作、钢穹顶梁板预制及组焊成型、穹顶模块转移、中心和边缘支撑安装、中间支撑安装及穹顶模块吊装就位、剩余环梁蒙皮板和轨道梁安装、套管螺柱附件安装、中心和中间支撑拆除。

作为本发明的进一步改进，所述预制架场地布置的具体步骤为：

（1）将预制架场地布置在储罐周边，减少履带吊的行走距离，但需避开塔吊的旋转半径及履带吊的行走路线；

（2）预制场地尺寸根据现场条件和预制需求确定，按满足三套预制架同时施工设置，穹顶模块预制采用三组预制架同时施工，便于预制工作按梁组对、梁焊接、蒙皮板焊接实现流水作业，降低成本；

（3）预制架场地的地坪应平整、坚实、干净，并采取排水措施，防止场地沉降。

作为本发明的进一步改进，所述预制架由底部支撑、支撑立柱、斜向支撑和上部支撑组成，整体呈扇形结构，所述预制架设计制作的具体步骤为：

（1）Tekla软件3D模型放样；由于钢穹顶为球面曲形，因而需要通过3D模型1:1放样来确定预制架支撑立柱的高度和间距，预制架的原理是，根据光的垂直投影原理，将球型曲面的钢穹顶结构投影到水平面上，在水平面上得到一个框架投影，以此投影得到的图形即为预制架的位置结构，并选择适当的点作为钢穹顶的支撑点，支撑点的原则是尽量靠近主梁和环梁的交接处，但又不能妨碍施工时环梁的安装焊接作业，也不能影响到径向梁对接缝焊接及铝吊顶吊耳的焊接，且每段径向梁最少保证有两根支撑点，预制架支撑点的数量根据储罐的大小而定，支撑点选定后，根据钢穹顶的曲面高度在软件中测量各支撑点至地面的高度，这便是预制架支撑立柱的高度；

（2）预制架制作安装；所述支撑立柱竖直设置，底部支撑置于支撑立柱的下端，相邻两支撑立柱的上端间通过上部支撑连接，所述斜向支撑用于铺设钢跳板；底部支撑采用12*250*250mm钢板，支撑立柱采用HW150*150*7*9型钢，上部支撑采用10#槽钢，∠80角钢作为斜向支撑用于铺设钢跳板，钢跳板距支撑立柱端面高度设置于1.2米位置；

（3）预制架摆放；用三套预制架进行摆放，考虑到施工人员能够连续性，具体采用两大片预制架和一小片预制架，其中大片预制架靠近罐体布设，确保履带吊起重量能够满足要求，为节省预制架的占地面积，三套预制架大小头对调布置，且三套预制架的钢跳板在同一水平面上，在3D建模时就要考虑预制架的立柱尽可能在同一轴线，并且要保证大端和小端支撑立柱同一高度，这样才能保证钢跳板在同一水平面，方便施工又安全。预制架安装完成后，用水准仪在每根立柱上面标注1m线位置，通过1m线向上测量出立柱的实际高度，然后再根据图纸尺寸调整立柱的高度。由于混凝土地坪存在下陷的可能性，应定期对预制架进行复测，检查是否有沉降，复测合格后方可进入下一个钢穹顶块的预制。

作为本发明的进一步改进，所述钢穹顶梁板预制及组焊成型的具体步骤为：

（1）预制；钢穹顶由H型钢和蒙皮板组成，由于储罐穹顶为球形曲面，并且蒙皮板焊接时有尺寸收缩，因此蒙皮板下料前按照设计图纸重新排版，给定每块蒙皮板的下料尺寸，对钢穹顶的梁弧度和尺寸进行检查、验收后，方可下料、开坡口，然后对各型钢按照图纸进行编号，避免安装时使用错误，其中，H型钢采用液压顶弯工艺按照钢穹顶半径加工成径向梁和环向梁时，若顶弯存在偏差，可在弧度板上进行校核，确保梁的拱度满足图纸要求；

（2）组焊；首先把已预制好的径向梁放置在预制架上，调整尺寸后用卡具进行固定，径向梁焊接完成后再安装环向梁，检查整个钢穹顶的尺寸和对接口的间隙，合格后方可进行环向梁与径向梁对接后的焊接工作；

（3）成型；钢穹顶梁组焊完成后铺设蒙皮板，蒙皮板逐块逐层从穹顶边缘往中心铺设，铺设时只能点焊，待整个蒙皮板铺完后方可与梁满焊，蒙皮板焊接前应将焊道清理干净，应先焊接板与梁的仰焊缝，仰焊缝焊接完成后，焊接相邻板搭接的短焊缝，最后焊长焊缝，长焊缝沿同一方向分段退焊的方法焊接，以减少变形。

作为本发明的进一步改进，所述穹顶模块转移为将成型的钢穹顶转移至储罐周围的存放架上，具体步骤为：

（1）根据钢穹顶的重量及尺寸,选择合适的起重机械进行钢穹顶模块的转移作业；

（2）通过Tekla软件辅助确定吊点布置，吊装时，钢穹顶的大端、小端各使用两个10t手拉葫芦调节使钢穹顶模块保持水平状态，钢穹顶模块移位期间需设置三根牵引绳，以保持转移过程中钢穹顶块的平稳。

作为本发明的进一步改进，所述中心和边缘支撑安装为通过中心支撑和边缘支撑分别来支撑钢穹顶模块的小端和大端，具体包括中心支撑安装和边缘支撑安装，其中，

一、中心支撑安装的具体步骤为：

（1）根据铝吊顶的底标高和钢穹顶的球面半径计算出中心支撑的高度，中心支撑立柱形成的外径必须和中心环的外径相吻合，且安装垂直度不得大于1/1000mm，中心支撑立柱采用6根Ø273*10无缝钢管；

（2）在储罐中心位置安装中心支撑平台，中心支撑立柱焊接在承台预埋件上，为加固中心支撑，对中心支撑采用∠75*6角钢及[18槽钢焊接剪刀撑进行加固，为防止不均衡载荷导致中心支撑倾覆，每根中心支撑立柱都用Ø159*8钢管斜拉撑加固；

（3）中心支撑平台安装完成后，在平台立柱上焊接中心环的导向板，并把方位角提前标记在中心环平台上面，然后使用塔吊吊装就位钢穹顶中心环；

二、边缘支撑安装的具体步骤为：

（1）根据吊顶的底标高和钢穹顶的球面半径计算出边缘支撑的高度，边缘支撑采用Ø219*8钢管，钢管上面焊接一块宽度大于钢管直径100mm，长度比径向梁腹板长100mm的钢板，在钢板上面焊接定位挡板，方便径向梁方位的调整；

（2）待模板提升至第三层墙体即可在混凝土外罐墙壁内侧第一圈竖向和环向预埋件上用角钢连接焊接边缘支撑，竖向埋件焊接连接角钢的位置一般在边缘支撑立柱的3/4处，因大小门洞处没有竖向埋件，故大小门洞处的边缘支撑需在第一圈环向埋件上用角钢做斜支撑加固。

作为本发明的进一步改进，所述中间支撑安装及穹顶模块吊装就位的具体步骤为：

（1）由于钢穹顶模块跨度非常大，钢穹顶就位后重心位置拱度会出现下沉情况，该部位的支撑需要设计成可调节高度的活动支撑，以调整钢穹顶拱度满足设计要求；

（2）中间支撑采用Ø159*8钢管，钢管两端焊接δ10*200*200钢板，上端钢板上面焊接两块吊耳板，两块吊耳板间距为25mm（穹顶中间支撑吊耳板厚度20mm），所有的中间支撑长度需要保持一致（方便计算拱度），每根中间支撑需制作一个支座，支座由[20槽钢及钢板焊接而成，支座的高度一般在500mm左右，方便千斤顶作业，同时也要保证支座的强度，先将钢穹顶模块从罐周存放架上移位到储罐四周环向道路上，用存放架临时支撑，将中间支撑与穹顶模块上预先焊接的吊耳用螺栓连接，同时在大块钢穹顶模块蒙皮板两侧焊接安全防护栏杆并安装生命绳，之后再整体吊装。

（3）外罐第四层混凝土墙体浇筑完成后，开始吊装钢穹顶；

a）由于安装中间支撑时采用的钢丝绳是移位用的钢丝绳，穹顶模块吊装就位必须更换为吊装用钢丝绳，通过在钢丝绳大端和小端设置的手拉葫芦微调钢穹顶模块的角度，使钢穹顶模块吊装角度与安装角度基本吻合后，小端略高于理论高度约300mm；

b）吊机缓慢起钩，速度宜为400mm/min，观察地基的沉降情况和吊索具的承载情况。试吊起升高度离地面约300mm，静止3min，若无异常情况即可继续吊装，反之应立即停止吊装作业。起吊时，钢穹顶模块需设置三根牵引绳，牵引钢穹顶模块。落钩应缓慢，先让大端就位到边缘支撑上，提前在边缘支撑上面安装两块限位块，然后缓慢落钩将钢穹顶小端就位于中心环上面；

c）钢穹顶吊装就位后，通过软件计算出重心位置理论高度，采用水准仪和基准线进行对比，用30t千斤顶调节中间支撑，符合计算理论支撑高度后，焊接挡块固定，之后才能将主吊车与吊耳松勾脱离；

4）吊装作业时，设一名指挥人员站在混凝土外罐模板平台，主要观察钢穹顶模块与混凝土外罐模板内平台的距离，钢穹顶模块下降到一定位置后，观测钢穹顶模块落位情况，并用对讲机与起重总指挥联系，吊车上另设观察传递员一名位于操作室旁，防止对讲机出现意外情况也能及时将指挥的信息传递于吊车司机。

作为本发明的进一步改进，所述剩余环梁蒙皮板和轨道梁安装的具体步骤为：

（1）钢穹顶模块吊装完成后，先安装大小模块中间空隙处的环向梁，首先安装、焊接大端处第一根环向梁，然后安装、焊接小端处第一根环向梁，后续梁按从一侧到另一侧的顺序进行组对、焊接；

（2）环向梁安装焊接完成后即可进行轨道梁和蒙皮板的安装工作，先焊接轨道梁与轨道梁筋板之间的焊缝，再焊接轨道梁之间的对接焊缝，对接焊缝焊接完成后，需将走滑轮的对接缝打磨平齐，蒙皮板按照逐块逐层由四周往罐中心的顺序铺设，铺设完成后采用分段退焊方式焊接。

作为本发明的进一步改进，所述套管螺柱附件安装的具体步骤为：

（1）蒙皮板焊缝全部焊接完成后，即可安装套管，采用全站仪在罐内对套管的中心点及半径进行定位，在蒙皮板背面使用气割对套管中心点进行打孔，为确保切割尺寸，按照套管中心点安装补强板，然后根据补强板内孔的大小切割蒙皮板，切割完成后安装套管。套管采用钢板现场下料卷制成形后焊接的，安装前需要在套管上面安装10mm的盲板，保压结束后需要切除，所以套管需要预留50mm的预留量，以便切割后套管长度满足要求。所有带法兰的管道，安装前需要安装盲板，保证气压顶升时套管和管道不漏气。套管焊接时，为保证焊接质量需把补强板抬起，以便套管与蒙皮板焊接，套管与蒙皮板焊接完成后，即可焊接补强板与套管的焊缝，根据图纸要求需要对补强板焊缝做气密试验，检查合格后将信号孔进行封焊；

（2）根据图纸对螺柱的位置进行标识，采用螺柱焊机进行螺柱焊接。焊接时注意焊接电流及焊接时间，避免螺柱焊接烧穿蒙皮板，螺柱焊接完成后逐个检查螺柱的焊接质量，需要补焊的采用手工电弧焊进行补焊。

作为本发明的进一步改进，所述中心和中间支撑拆除的具体步骤为：

（1）蒙皮板及轨道梁焊接完成后，整个钢穹顶形成一个整体后即可拆除中心支撑和中间支撑，拆除之前需要确保边缘支撑与径向梁无连接，比如挡块、临时焊点是否与径向梁脱离；

（2）在中心支撑平台上切除中心支撑与中心环连接的角铁，使中心支撑与中心环无连接；然后在每根中心支撑立柱上切除30mm，观察钢穹顶有无下降，如钢穹顶存在下降，且中心环又和中心支撑立柱贴合，则继续切割中心支撑立柱30mm，直到中心环和中心支撑立柱不再接触，记录中心环下降高度；

（3）中心支撑与中心环脱离后，开始拆除中间支撑，中间支撑拆除顺序遵循隔一根拆除一根的原则。先拆除一半，然后检查中心环是否下降，并检查径向梁尾端与边缘支撑是否有滑移情况。如中心环有下降且与中心支撑立柱已经接触，需继续切割中心支撑立柱30mm，使中心环与中心支撑立柱完全脱离。最后拆除剩余中间支撑，此时，中间支撑受力非常大，中间支撑可能会弯曲变形，需注意安全。拆除过程中，注意观察钢穹顶是否有较大异响；

（4）中间支撑拆除完成后，再次检查中心支撑与中心环的接触情况，如有接触则继续切割中心支撑立柱30mm，使中心环与中心支撑立柱完全脱离，之后开始拆除中心支撑，首先拆除中心支撑平台，然后拆除中心支撑的斜支撑，最后拆除中心支撑，拆除工作完成后，拆除件集中运输到罐外指定地点。

本发明的有益效果在于：

1、采用了Tekla软件1：1模型放样钢穹顶预制架，可精准控制预制架拱度，避免梁与梁之间安装存在间隙的问题，保证了梁的无应力组对，减少穹顶变形；

2、穹顶模块单元划分和吊点位置设计合理，后期吊装时受力均匀，利于保持模块拱度；

3、模块化预制安装，对于工期少则半年的大型穹顶而言，具有显著的工期效益，同时深度预制可将钢穹顶安装、外罐罐壁浇筑两个作业面的相互干扰降到最低，减少罐内组装的高空作业；

4、穹顶模块就位后，在重心位置通过可调节的中间支撑微调拱度，可避免穹顶重心部位下沉导致拱度降低；

5、穹顶整体焊接完成后，采用中心支撑分次切割、中间支撑分批拆除的方式，使得穹顶缓慢回落，焊缝应力得到缓慢释放，有效避免撕裂。

附图说明

图1为本发明的流程图。

图2为本发明实施例中某储罐项目的钢穹顶模块划分图。

图3为本发明实施例中Tekla软件3D模型放样图。

图4为本发明实施例中三套钢穹顶预制架平面布置图。

图5为本发明实施例中一个钢穹顶预制架的俯视图。

图6为本发明实施例中一个钢穹顶预制架的正视图。

图7为为本发明实施例中钢穹顶预制架立面示意图。

图8为图7中A的放大图。

附图标记列表：

1-边缘支撑，2-中间支撑，3-中心支撑平台，4-底座，5-千斤顶。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

本发明通过合理划分预制单元，根据钢穹顶径向、环向梁分部情况，综合考虑吊点受力和现场起重机械配备情况，将穹顶划分为规格适宜的大小两类模块，径向对称拼装，两类模块间应预留一个“单元空隙”，后期将大小模块连成整体。从穹顶预制、安装过程中拱度的保证、保持入手，运用Tekla软件制定解决方案。由于钢穹顶为球面形状，每根立柱高度及位置都不一样，本工法通过Tekla软件3D模型1:1放样，根据放样后的实际尺寸进行下料，精准控制预制架拱度，进而保证预制模块的拱度。穹顶吊装前需使用Tekla软件确定重心位置并焊接支撑吊耳，待穹顶吊装就位后，通过螺栓将吊耳与可调节中间支撑连接，通过千斤顶来调节支撑高度进而控制拱度，避免穹顶因重心位置下沉导致拱度降低。钢穹顶焊接完成后，中心支撑和中间支撑拆除时，中心环将下降约100mm左右，为避免穹顶钢结构焊缝撕裂，对中心支撑实行分次切割、中间支撑隔一拆一，且二者交替进行的拆除工艺。即先将中心支撑与中心环的焊接点切除，然后将中心支撑立柱切除30mm，中心环与中心支撑悬空无接触后，开始拆除中间支撑，隔一根拆除一根，然后再次检查中心环下降情况，如果中心环与中心支撑立柱接触，需将中心支撑立柱继续切割30mm，中心环与中心支撑悬空无接触后，继续隔一拆一，拆除剩余中间支撑。中间支撑全部拆除完成后，若中心环与中心支撑立柱还存在接触，按照上述步骤，继续切割30mm，直到中心环与中心支撑立柱无接触后拆除中心支撑立柱，穹顶罐内组装结束。

实施例

如图1所示，一种大型低温储罐外罐钢穹顶的制作安装工法，包括以下步骤：预制架场地布置、预制架设计制作、钢穹顶梁板预制及组焊成型、穹顶模块转移、中心和边缘支撑安装、中间支撑安装及穹顶模块吊装就位、剩余环梁蒙皮板和轨道梁安装、套管螺柱附件安装、中心和中间支撑拆除。江苏滨海某储罐项目22万m³钢穹顶，半径88m，穹顶划分为大、小模块两类各12个和1个中心环，如图2所示。

在本实施例中，所述预制架场地布置的具体步骤为：

（1）将预制架场地布置在储罐周边，减少履带吊的行走距离，但需避开塔吊的旋转半径及履带吊的行走路线；

（2）预制场地尺寸根据现场条件和预制需求确定，按满足三套预制架同时施工设置，穹顶模块预制采用三组预制架同时施工，便于预制工作按梁组对、梁焊接、蒙皮板焊接实现流水作业，降低成本；

（3）预制架场地的地坪应平整、坚实、干净，并采取排水措施，防止场地沉降，以江苏滨海某储罐项目22万m³低温储罐为例，预制场地平整夯实后，铺设50mm厚碎石，浇筑100mm厚素混凝土找平。

在本实施例中，所述预制架由底部支撑、支撑立柱、斜向支撑和上部支撑组成，整体呈扇形结构，所述预制架设计制作的具体步骤为：

（1）Tekla软件3D模型放样；由于钢穹顶为球面曲形，因而需要通过3D模型1:1放样来确定预制架支撑立柱的高度和间距，预制架的原理是，根据光的垂直投影原理，将球型曲面的钢穹顶结构投影到水平面上，在水平面上得到一个框架投影，以此投影得到的图形即为预制架的位置结构，并选择适当的点作为钢穹顶的支撑点，支撑点的原则是尽量靠近主梁和环梁的交接处，但又不能妨碍施工时环梁的安装焊接作业，也不能影响到径向梁对接缝焊接及铝吊顶吊耳的焊接，且每段径向梁最少保证有两根支撑点，预制架支撑点的数量根据储罐的大小而定，江苏滨海某储罐项目22万m³低温储罐大片模块为52个。支撑点选定后，根据钢穹顶的曲面高度在软件中测量各支撑点至地面的高度，这便是预制架支撑立柱的高度。如图3。

（2）预制架制作安装；所述支撑立柱竖直设置，底部支撑置于支撑立柱的下端，相邻两支撑立柱的上端间通过上部支撑连接，所述斜向支撑用于铺设钢跳板；底部支撑采用12*250*250mm钢板，支撑立柱采用HW150*150*7*9型钢，上部支撑采用10#槽钢，∠80角钢作为斜向支撑用于铺设钢跳板，钢跳板距支撑立柱端面高度设置于1.2米位置。

（3）预制架摆放；用三套预制架进行摆放，考虑到施工人员能够连续性，具体采用两大片预制架和一小片预制架，其中大片预制架靠近罐体布设，确保履带吊起重量能够满足要求，为节省预制架的占地面积，三套预制架大小头对调布置，如图4，且三套预制架的钢跳板在同一水平面上，在3D建模时就要考虑预制架的立柱尽可能在同一轴线，并且要保证大端和小端支撑立柱同一高度，如图5和6，这样才能保证钢跳板在同一水平面，方便施工又安全。预制架安装完成后，用水准仪在每根立柱上面标注1m线位置，通过1m线向上测量出立柱的实际高度，然后再根据图纸尺寸调整立柱的高度。由于混凝土地坪存在下陷的可能性，应定期对预制架进行复测，检查是否有沉降，复测合格后方可进入下一个钢穹顶块的预制。

在本实施例中，所述钢穹顶梁板预制及组焊成型的具体步骤为：

（1）预制；钢穹顶由H型钢和蒙皮板组成，由于储罐穹顶为球形曲面，并且蒙皮板焊接时有尺寸收缩，因此蒙皮板下料前按照设计图纸重新排版，给定每块蒙皮板的下料尺寸，对钢穹顶的梁弧度和尺寸进行检查、验收后，方可下料、开坡口，然后对各型钢按照图纸进行编号，避免安装时使用错误，其中，H型钢采用液压顶弯工艺按照钢穹顶半径加工成径向梁和环向梁时，若顶弯存在偏差，可在弧度板上进行校核，确保梁的拱度满足图纸要求；

（2）组焊；首先把已预制好的径向梁放置在预制架上，调整尺寸后用卡具进行固定，径向梁焊接完成后再安装环向梁，检查整个钢穹顶的尺寸和对接口的间隙，合格后方可进行环向梁与径向梁对接后的焊接工作；

（3）成型；钢穹顶梁组焊完成后铺设蒙皮板，蒙皮板逐块逐层从穹顶边缘往中心铺设，铺设时只能点焊，待整个蒙皮板铺完后方可与梁满焊，蒙皮板焊接前应将焊道清理干净，应先焊接板与梁的仰焊缝，仰焊缝焊接完成后，焊接相邻板搭接的短焊缝，最后焊长焊缝，长焊缝沿同一方向分段退焊的方法焊接，以减少变形。

在本实施例中，所述穹顶模块转移为将成型的钢穹顶转移至储罐周围的存放架上，具体步骤为：

（1）根据钢穹顶的重量及尺寸,选择合适的起重机械进行钢穹顶模块的转移作业；

（2）通过Tekla软件辅助确定吊点布置，以江苏滨海某储罐项目22万m³低温储罐为例，大片钢穹顶模块28.3吨，设置了6个吊点，中间的两个吊点设置在重心位置，小片钢穹顶模块14.7吨，设置了4个吊点，吊装时，钢穹顶的大端、小端各使用两个10t手拉葫芦调节使钢穹顶模块保持水平状态，钢穹顶模块移位期间需设置三根牵引绳，以保持转移过程中钢穹顶块的平稳。

在本实施例中，所述中心和边缘支撑安装为通过中心支撑和边缘支撑分别来支撑钢穹顶模块的小端和大端，具体包括中心支撑安装和边缘支撑安装，其中，

一、中心支撑安装的具体步骤为：

（1）根据铝吊顶的底标高和钢穹顶的球面半径计算出中心支撑的高度，中心支撑立柱形成的外径必须和中心环的外径相吻合，且安装垂直度不得大于1/1000mm，中心支撑立柱采用6根Ø273*10无缝钢管；

（2）在储罐中心位置安装中心支撑平台，中心支撑立柱焊接在承台预埋件上，为加固中心支撑，对中心支撑采用∠75*6角钢及[18槽钢焊接剪刀撑进行加固，为防止不均衡载荷导致中心支撑倾覆，每根中心支撑立柱都用Ø159*8钢管斜拉撑加固；

（3）中心支撑平台安装完成后，在平台立柱上焊接中心环的导向板，并把方位角提前标记在中心环平台上面，然后使用塔吊吊装就位钢穹顶中心环；

二、边缘支撑安装的具体步骤为：

（1）根据吊顶的底标高和钢穹顶的球面半径计算出边缘支撑的高度，边缘支撑采用Ø219*8钢管，钢管上面焊接一块宽度大于钢管直径100mm，长度比径向梁腹板长100mm的钢板，在钢板上面焊接定位挡板，方便径向梁方位的调整；

（2）待模板提升至第三层墙体即可在混凝土外罐墙壁内侧第一圈竖向和环向预埋件上用角钢连接焊接边缘支撑，竖向埋件焊接连接角钢的位置一般在边缘支撑立柱的3/4处，因大小门洞处没有竖向埋件，故大小门洞处的边缘支撑需在第一圈环向埋件上用角钢做斜支撑加固。

在本实施例中，所述中间支撑安装及穹顶模块吊装就位的具体步骤为：

（1）由于钢穹顶模块跨度非常大，钢穹顶就位后重心位置拱度会出现下沉情况，该部位的支撑需要设计成可调节高度的活动支撑，以调整钢穹顶拱度满足设计要求；

（2）中间支撑采用Ø159*8钢管，钢管两端焊接δ10*200*200钢板，上端钢板上面焊接两块吊耳板，两块吊耳板间距为25mm（穹顶中间支撑吊耳板厚度20mm），所有的中间支撑长度需要保持一致（方便计算拱度），每根中间支撑需制作一个支座，支座由[20槽钢及钢板焊接而成，支座的高度一般在500mm左右，方便千斤顶作业，同时也要保证支座的强度，先将钢穹顶模块从罐周存放架上移位到储罐四周环向道路上，用存放架临时支撑，将中间支撑与穹顶模块上预先焊接的吊耳用螺栓连接，同时在大块钢穹顶模块蒙皮板两侧焊接安全防护栏杆并安装生命绳，之后再整体吊装。江苏滨海LNG储罐项目22万m³低温储罐大钢穹顶模块安装了3根中间支撑，小钢穹顶模块安装了2根中间支撑；

（3）外罐第四层混凝土墙体浇筑完成后，开始吊装钢穹顶；

a）由于安装中间支撑时采用的钢丝绳是移位用的钢丝绳，穹顶模块吊装就位必须更换为吊装用钢丝绳，通过在钢丝绳大端和小端设置的手拉葫芦微调钢穹顶模块的角度，使钢穹顶模块吊装角度与安装角度基本吻合后，小端略高于理论高度约300mm。

b）吊机缓慢起钩，速度宜为400mm/min，观察地基的沉降情况和吊索具的承载情况。试吊起升高度离地面约300mm，静止3min，若无异常情况即可继续吊装，反之应立即停止吊装作业。起吊时，钢穹顶模块需设置三根牵引绳，牵引钢穹顶模块。落钩应缓慢，先让大端就位到边缘支撑上，提前在边缘支撑上面安装两块限位块，然后缓慢落钩将钢穹顶小端就位于中心环上面。

c）钢穹顶吊装就位后，通过软件计算出重心位置理论高度，采用水准仪和基准线进行对比，用30t千斤顶调节中间支撑，如图7和8，符合计算理论支撑高度后，焊接挡块固定，之后才能将主吊车与吊耳松勾脱离。

4）吊装作业时，设一名指挥人员站在混凝土外罐模板平台，主要观察钢穹顶模块与混凝土外罐模板内平台的距离，钢穹顶模块下降到一定位置后，观测钢穹顶模块落位情况，并用对讲机与起重总指挥联系，吊车上另设观察传递员一名位于操作室旁，防止对讲机出现意外情况也能及时将指挥的信息传递于吊车司机。

在本实施例中，所述剩余环梁蒙皮板和轨道梁安装的具体步骤为：

（1）钢穹顶模块吊装完成后，先安装大小模块中间空隙处的环向梁，首先安装、焊接大端处第一根环向梁，然后安装、焊接小端处第一根环向梁，后续梁按从一侧到另一侧的顺序进行组对、焊接；

（2）环向梁安装焊接完成后即可进行轨道梁和蒙皮板的安装工作，先焊接轨道梁与轨道梁筋板之间的焊缝，再焊接轨道梁之间的对接焊缝，对接焊缝焊接完成后，需将走滑轮的对接缝打磨平齐，蒙皮板按照逐块逐层由四周往罐中心的顺序铺设，铺设完成后采用分段退焊方式焊接。

在本实施例中，所述套管螺柱附件安装的具体步骤为：

（1）蒙皮板焊缝全部焊接完成后，即可安装套管，采用全站仪在罐内对套管的中心点及半径进行定位，在蒙皮板背面使用气割对套管中心点进行打孔，为确保切割尺寸，按照套管中心点安装补强板，然后根据补强板内孔的大小切割蒙皮板，切割完成后安装套管。套管采用钢板现场下料卷制成形后焊接的，安装前需要在套管上面安装10mm的盲板，保压结束后需要切除，所以套管需要预留50mm的预留量，以便切割后套管长度满足要求。所有带法兰的管道，安装前需要安装盲板，保证气压顶升时套管和管道不漏气。套管焊接时，为保证焊接质量需把补强板抬起，以便套管与蒙皮板焊接，套管与蒙皮板焊接完成后，即可焊接补强板与套管的焊缝，根据图纸要求需要对补强板焊缝做气密试验，检查合格后将信号孔进行封焊；

（2）根据图纸对螺柱的位置进行标识，采用螺柱焊机进行螺柱焊接。焊接时注意焊接电流及焊接时间，避免螺柱焊接烧穿蒙皮板，螺柱焊接完成后逐个检查螺柱的焊接质量，需要补焊的采用手工电弧焊进行补焊。

在本实施例中，所述中心和中间支撑拆除的具体步骤为：

（1）蒙皮板及轨道梁焊接完成后，整个钢穹顶形成一个整体后即可拆除中心支撑和中间支撑，拆除之前需要确保边缘支撑与径向梁无连接，比如挡块、临时焊点是否与径向梁脱离；

（2）在中心支撑平台上切除中心支撑与中心环连接的角铁，使中心支撑与中心环无连接；然后在每根中心支撑立柱上切除30mm，观察钢穹顶有无下降，如钢穹顶存在下降，且中心环又和中心支撑立柱贴合，则继续切割中心支撑立柱30mm，直到中心环和中心支撑立柱不再接触，记录中心环下降高度；

（3）中心支撑与中心环脱离后，开始拆除中间支撑，中间支撑拆除顺序遵循隔一根拆除一根的原则。先拆除一半，然后检查中心环是否下降，并检查径向梁尾端与边缘支撑是否有滑移情况。如中心环有下降且与中心支撑立柱已经接触，需继续切割中心支撑立柱30mm，使中心环与中心支撑立柱完全脱离。最后拆除剩余中间支撑，此时，中间支撑受力非常大，中间支撑可能会弯曲变形，需注意安全。拆除过程中，注意观察钢穹顶是否有较大异响；

（4）中间支撑拆除完成后，再次检查中心支撑与中心环的接触情况，如有接触则继续切割中心支撑立柱30mm，使中心环与中心支撑立柱完全脱离，之后开始拆除中心支撑，首先拆除中心支撑平台，然后拆除中心支撑的斜支撑，最后拆除中心支撑，拆除工作完成后，拆除件集中运输到罐外指定地点。

本发明所需要的主要设备和材料，参见表1。

表1施工材料与机具一览表

本发明所依据的质量控制如下：

一、质量控制依据

EN14620.2-2006《低温工作条件下立式平底圆筒型储罐第二部分-储存最低温度达-165度的液化气的单容、双容和全容金属罐的设计和建造规范；SH/T3561-2017《液化天然气（LNG）储罐全容式钢制内罐组焊技术规范》；ISO-5817-2014《焊接-钢、镍、钛及其合金的熔化焊接头—缺欠质量等级》；设计图纸及设计单位下发的技术规格书；检验试验计划。

二、穹顶模块预制质量控制

1. 样板下料尺寸必须经复核，确保样板尺寸符合图纸要求。

2. 预制架制作完成后应通过全站仪对胎架的尺寸进行整体复核。

3. 穹顶梁弯曲成型后应采用不小于2000mm的弧形样板进行检查，其间隙不大于2mm；弯曲矢高偏差不应超过构件长度的L/1000，且不大于5mm；穹顶梁接长拼接完成后弯曲矢高偏差不应超过L/1000，且不大于10mm。

4. 当设计文件无要求时，穹顶梁的翼缘板拼接长度不应小于2倍的板宽，腹板拼接长度不应小于600mm，翼缘板与腹板、翼缘板与翼缘板拼接焊缝的间距均不应小于200mm。其焊接接头错边量在厚度方向不应大于板厚的1/10，且不大于1mm,在宽度方向腹板错边量不应大于1mm，翼缘板错边量不应大于2mm。

5. H型钢翼板对腹板的垂直度允许偏差L/100（L为翼板的宽度），且不大于2.0mm。

6. 穹顶模块组对尺寸应考虑焊接收缩量，径向梁尺寸预留20mm余量。

7. 焊接坡口采用火焰切割方法加工时，切割面平面度允许偏差0.05t，且不应大于2.0mm，坡口角度±5°，钝边±1mm。

8.焊后穹顶模块整体尺寸检查，确保安装前的尺寸满足图纸要求。

三、中心环预制安装质量控制

1. 中心环下料前应对划线进行复核，预制完成后应通过全站仪对中心环的内外环相对标高差进行复核。

2. 中心环安装前，对平台标高进行测量，使得中心环底部标高与平台上部标高一致。将方位线分别标记在平台上及中心环底板上，安装时确保两条线能够重合，以确保中心环安装方位的准确。

3. 中心环组装后径向长度偏差不应超过20mm，环向梁的间距偏差不应超过3mm。

4. 中心环安装中心点允许偏差5mm，水平度允许偏差3mm。

四、穹顶模块安装质量控制

1.边缘支撑应安装在径向梁的正下方，任意两个边缘支撑顶面标高偏差不应大于10mm；

2.大小模块安装完成后，对大小模块之间环梁安装位置实际尺寸进行测量，根据实际尺寸对环梁进行调整，确保安装精度。

3.穹顶模块安装完成后的挠度值不应超过设计规定的挠度值，其测量方法在罐顶中心处和罐半径方向1/2处分8个方向对称测量。

4.通过千斤顶调节中间支撑，使用水准仪进行找平，从而控制穹顶模块的下沉。

5. 组装完成的穹顶模块各部位几何尺寸允许偏差应符合表2的要求。

表2 穹顶模块拼装后尺寸允许偏差

五、焊接质量控制

1.所有焊缝焊接之前必须打磨出金属光泽。

2.纵向梁焊接完成之后，焊缝需打磨至与母材平齐。

3.拱顶板焊接严格按照从大头向小头焊接，焊接过程中要分段焊接，分层分道焊接。

4.焊接时严格控制焊接参数，严格执行焊接工艺指导书的要求进行施焊。

本发明的安全措施如下：

1、施工前，组织全体施工人员进行安全技术交底和安全规章制度学习，开展班前会和危险预知活动并做好记录。明确工作范围和交叉作业存在的安全隐患，提高施工人员的安全意识和自我保护能力。

2、施工用的起重机械、塔吊、电动葫芦等特种设备应检验合格，确保良好状态。

3、临时用电设三级配电箱，实行一机一闸一漏一保安全配置，临时电缆敷设尽量沿梁柱敷设，关键处采用套管保护措施，同时配置专业电工每天下班后进行巡查，保证用电安全，防止漏电、触电事故发生。

4、穹顶模块安装过程属高空作业，穹顶模块两侧单独设立生命绳。穹顶模块吊装移位前，必须检查索具、卡具完好，整个作业区域设置醒目的警戒线标识。施工人员采用五点式安全带，挂钩始终悬挂在生命绳上，设专人指挥，专人监护，信号清晰准确，防止非施工人员误入。

5、现场施工人员按固定穿戴工作鞋、安全帽，机械切割、电焊时必须带防护面罩。

6、交叉作业应事前交底清楚，每个作业层人员应保管好自己的工具，零部件集中在一个安全部位或用存放在木箱，随用随取，防止高空坠物。下班后清理施工杂物。

7、施工现场的库房、材料堆场等区域配置干粉灭火器，做好防火措施。

本发明的环保措施如下：

1、施工场地道路进行硬化，在晴天时经常进行洒水，防止扬尘，对不宜洒水的部位采用围、盖或个例的方式，使粉尘污染符合环保规定。

2、现场各种材料按规格、品牌及批次和规范要求存放，并按照物资管理程序进行明确表示，使之井然有序，一目了然。

3、施工废料不得乱扔，集中回收、分类堆放，统一处理。做到工完场清，保持施工现场干净、整洁。

4、防腐作业中剩余的油漆应及时清理入库，不得随意倾倒丢弃。

5、及时进行设备的日常保养，保持机械设备的完好，减少漏油、噪声等污染。

本发明的效益分析如下：

1、经济效益

本工法采用模块化预制安装，预制工作采用流水作业，人力集中、高效，不会发生窝工现象，有利于降低用工成本；深度预制可将钢穹顶安装、外罐罐壁浇筑两个作业面的相互干扰降到最低，减少罐内组装的高空作业，快速完成穹顶安装、进入下道工序；相较于罐内拼装法，虽然本工法吊车成本增长了，但是总体人工费得到了大幅下降。以江苏滨海LNG储罐项目为例分析，如表10-1、10-2，单台22万m³储罐钢穹顶成本相差37.51万元，工期相对节约109天。

表3预制胎架上预制钢穹顶费用统计表

表4单根径向梁罐内拼接法费用统计表

2、社会效益

我国在低温储罐设计和建造领域相对于国外起步较晚，与发达国家还存在一定差距，国内还暂无大型低温储罐设计和建造的相关规范，在建造时并没有统一标准。本工法对钢穹顶常规制作安装工艺进行了优化，相较于以往的制作安装工艺，质量和效率都大幅提升，提升了大型钢穹顶制作安水平，对于提高大型低温储罐的安全性具有重要意义。

本发明的应用实施例如下：

1、江苏滨海某液化天然气接收站项目

项目为目前国内单体容量最大的低温储罐。该项目的整体目标为争创国家优质工程金奖，合同额7871万元。2020年3月-8月应用本工法完成了两台22万m³罐钢穹顶的制作安装，克服了工期紧、要求高、地处沿海地区极端天气频发的不利因素，保障了后续施工节点达标。

2、连云港某乙烷低温罐区建筑安装工程（B标段）

项目合同额1.7亿元。本工法2018年11-2019年4月应用于该项目16万m³乙烷低温储罐。该项目由于材料供应问题导致穹顶制作时间比计划滞后15天，运用本工法使滞后进度得以弥补，为后续外罐混凝土穹顶浇筑养护提供了充裕的时间。

3、南通港某分销转运站安装施工工程

项目合同额13100万元，本工法2016年12月-2017年5月应用于该项目穹顶制作安装，穹顶制作安装工效得到了大幅提升，缓解了前期土建滞后对后面工期压缩的问题，该储罐于2017年6月投入使用至今，整体性能良好。

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种大型低温储罐外罐钢穹顶的制作安装工法，其特征在于，包括以下步骤：预制架场地布置、预制架设计制作、钢穹顶梁板预制及组焊成型、穹顶模块转移、中心和边缘支撑安装、中间支撑安装及穹顶模块吊装就位、剩余环梁蒙皮板和轨道梁安装、套管螺柱附件安装、中心和中间支撑拆除。

2.根据权利要求1所述的一种大型低温储罐外罐钢穹顶的制作安装工法，其特征在于，所述预制架场地布置的具体步骤为：

（1）将预制架场地布置在储罐周边；

（2）预制场地尺寸根据现场条件和预制需求确定，按满足三套预制架同时施工设置；

（3）预制架场地的地坪应平整、坚实、干净，并采取排水措施，防止场地沉降。

3.根据权利要求1所述的一种大型低温储罐外罐钢穹顶的制作安装工法，其特征在于，所述预制架由底部支撑、支撑立柱、斜向支撑和上部支撑组成，整体呈扇形结构，所述预制架设计制作的具体步骤为：

（1）Tekla软件3D模型放样；通过3D模型1:1放样来确定预制架支撑立柱的高度和间距，并选择适当的点作为钢穹顶的支撑点，支撑点选定后，根据钢穹顶的曲面高度在软件中测量各支撑点至地面的高度，便是预制架支撑立柱的高度；

（2）预制架制作安装；所述支撑立柱竖直设置，底部支撑置于支撑立柱的下端，相邻两支撑立柱的上端间通过上部支撑连接，所述斜向支撑用于铺设钢跳板；

（3）预制架摆放；用三套预制架进行摆放，具体采用两大片预制架和一小片预制架，其中大片预制架靠近罐体布设，相邻两预制架大小头对调布置，且三套预制架的钢跳板在同一水平面上。

4.根据权利要求1所述的一种大型低温储罐外罐钢穹顶的制作安装工法，其特征在于，所述钢穹顶梁板预制及组焊成型的具体步骤为：

（1）预制；钢穹顶由H型钢和蒙皮板组成，蒙皮板下料前按照设计图纸重新排版，给定每块蒙皮板的下料尺寸，对钢穹顶的梁弧度和尺寸进行检查、验收后，方可下料、开坡口；

（2）组焊；首先把已预制好的径向梁放置在预制架上，调整尺寸后用卡具进行固定，径向梁焊接完成后再安装环向梁，检查整个钢穹顶的尺寸和对接口的间隙，合格后方可进行环向梁与径向梁对接后的焊接工作；

（3）成型；钢穹顶梁组焊完成后铺设蒙皮板，蒙皮板逐块逐层从穹顶边缘往中心铺设，铺设时只能点焊，待整个蒙皮板铺完后，先进行压缝处理，然后焊接蒙皮板与梁的仰焊缝，仰焊缝焊接完成后，才能满焊蒙皮板与梁的平角缝。

5.根据权利要求1所述的一种大型低温储罐外罐钢穹顶的制作安装工法，其特征在于，所述穹顶模块转移为将成型的钢穹顶转移至储罐周围的存放架上，具体步骤为：

（1）根据钢穹顶的重量及尺寸，选择合适的起重机械进行钢穹顶模块的转移作业；

（2）通过Tekla软件辅助确定吊点布置，吊装时，调节使钢穹顶模块保持水平状态，并保持转移过程中钢穹顶块的平稳。

6.根据权利要求1所述的一种大型低温储罐外罐钢穹顶的制作安装工法，其特征在于，所述中心和边缘支撑安装为通过中心支撑和边缘支撑分别来支撑钢穹顶模块的小端和大端，具体包括中心支撑安装和边缘支撑安装，其中：

一、中心支撑安装的具体步骤为：

（1）根据铝吊顶的底标高和钢穹顶的球面半径计算出中心支撑的高度，中心支撑立柱形成的外径必须和中心环的外径相吻合；

（2）在储罐中心位置安装中心支撑平台，中心支撑立柱焊接在承台预埋件上；

（3）中心支撑平台安装完成后，在平台立柱上焊接中心环的导向板，并把方位角提前标记在中心环平台上面，然后使用塔吊吊装就位钢穹顶中心环；

二、边缘支撑安装的具体步骤为：

（1）根据吊顶的底标高和钢穹顶的球面半径计算出边缘支撑的高度；

（2）待模板提升至第三层墙体即可在混凝土外罐墙壁内侧第一圈竖向和环向预埋件上用角钢连接焊接边缘支撑。

7.根据权利要求1所述的一种大型低温储罐外罐钢穹顶的制作安装工法，其特征在于，所述中间支撑安装及穹顶模块吊装就位的具体步骤为：

（1）钢穹顶模块重心位置支撑设计成可调节高度的活动支撑，以调整钢穹顶拱度满足设计要求；

（2）中间支撑采用钢管，钢管两端焊接钢板，上端钢板上面焊接两块吊耳板，所有的中间支撑长度需要保持一致，每根中间支撑制作一个支座，先将钢穹顶模块从罐周存放架上移位到储罐四周环向道路上，用存放架临时支撑，将中间支撑与穹顶模块上预先焊接的吊耳用螺栓连接，同时在大块钢穹顶模块蒙皮板两侧焊接安全防护栏杆并安装生命绳，之后再整体吊装；

（3）外罐第四层混凝土墙体浇筑完成后，开始吊装钢穹顶。

8.根据权利要求1所述的一种大型低温储罐外罐钢穹顶的制作安装工法，其特征在于，所述剩余环梁蒙皮板和轨道梁安装的具体步骤为：

（1）钢穹顶模块吊装完成后，先安装大小模块中间空隙处的环向梁，首先安装、焊接大端处第一根环向梁，然后安装、焊接小端处第一根环向梁，后续梁按从一侧到另一侧的顺序进行组对、焊接；

（2）环向梁安装焊接完成后即可进行轨道梁和蒙皮板的安装工作，先焊接轨道梁与轨道梁筋板之间的焊缝，再焊接轨道梁之间的对接焊缝，对接焊缝焊接完成后，需将走滑轮的对接缝打磨平齐，蒙皮板按照逐块逐层由四周往罐中心的顺序铺设，铺设完成后采用分段退焊方式焊接。

9.根据权利要求1所述的一种大型低温储罐外罐钢穹顶的制作安装工法，其特征在于，所述套管螺柱附件安装的具体步骤为：

（1）蒙皮板焊缝全部焊接完成后，即可安装套管，套管与蒙皮板焊接完成后，即可焊接补强板与套管的焊缝，检查合格后将信号孔进行封焊；

（2）根据图纸对螺柱的位置进行标识，采用螺柱焊机进行螺柱焊接。

10.根据权利要求1所述的一种大型低温储罐外罐钢穹顶的制作安装工法，其特征在于，所述中心和中间支撑拆除的具体步骤为：

（1）蒙皮板及轨道梁焊接完成后，整个钢穹顶形成一个整体，即可拆除中心支撑和中间支撑；

（2）在中心支撑平台上切除中心支撑与中心环连接的角铁，使中心支撑与中心环无连接；

（3）中心支撑与中心环脱离后，开始拆除中间支撑；

（4） 中间支撑拆除完成后，再次检查中心支撑与中心环的接触情况，如有接触则继续切割中心支撑立柱，使中心环与中心支撑立柱完全脱离，之后开始拆除中心支撑，首先拆除中心支撑平台，然后拆除中心支撑的斜支撑，最后拆除中心支撑，拆除工作完成后，拆除件集中运输到罐外指定地点。

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