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学术研究

ACADEMIC STUDY

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2013-09

低温液化天然气(LNG)储罐建设中预应力国产化的实现

发布者:正邦兴业 浏览次数:49

该文收录于第十六届全国混凝土及预应力混凝土学术会议暨第十二届预应力学术交流会 论文集
白荣 张国良 宋阳
(北京正邦兴业建筑技术开发有限公司,北京100083 )
 
摘要】随着中国经济的快速发展,对能源的依赖日益增强,致使国内能源供应不足的矛盾日益突出,同时国家对产业发展造成环境破坏的保护力度不断提高,因此天然气依靠清洁、无污染的特点在能源中占据了相对的主导地位,并且具有较好发展前景。本文结合山东低温液化天然气(LNG)储罐的工程实例,介绍低温液化天然气储罐外壁施工中,国产化预应力的技术的应用,及预应力设计施工的特点、难点和预应力施工过程。
关键词】国产化,预应力,低温储罐
 
1.工程概况
 
      山东液化天然气(LNG)项目储罐工程位于山东省青岛胶南市董家口嘴,是中石化旗下的首个液化天然气接收站项目。每个低温液化天然气储罐储存量为16万m3。混凝土外罐采用后张法有粘结预应力结构,外罐底板直径为85.2米厚度0.8米,混凝土筒体内直径为82米,外直径83.6米,筒体墙高40.085米,筒体壁厚0.8米,筒体墙的四周均匀布置4个扶壁柱。
      预应力钢绞线束布置在底板、筒体墙和扶壁柱内,由底板环向水平钢绞线束、筒体墙环向水平钢绞线束、筒体墙竖向钢绞线束和扶壁柱竖向钢绞线束组成。其中扶壁柱内钢绞线8束(每束12根钢绞线),筒体墙竖向钢绞线108束(每束16钢绞线),环向钢绞线184束(每束19根钢绞线)。
      罐体筒壁采用C50混凝土,内侧钢筋采用低温(-165℃)钢筋,钢绞线采用抗低温(-165℃)直径为15.7mm、强度为1860Mpa钢绞线;锚具采用抗低温(-165℃)19孔、16孔和12孔群锚;成型导管采用0.6mm厚镀锌波纹管;灌浆水泥采用P·O 52.5普通硅酸盐水泥。

图1山东液化天然气(LNG)项目储罐1号罐
2.工作原理:
 
      为了抵御各类荷载和作用,在外罐布置预应力筋,张拉后在罐体混凝土中建立合理的预压应力,以保证LNG不至外泄。液化天然气储罐的外罐体在正常使用阶段仅承受荷载为重力、预应力;当内罐体泄漏时,外罐体承受重力、预应力、液压、气压等组合荷载。由于液化天然气泄漏造成汽化,温度将急剧下降至零下165℃,致使罐体外壁所采用的材料性能较为苛刻,必须能在抵抗超低温的情况下正常工作,阻止天然气的泄漏,避免安全事故的发生。
 
3.预应力工程特点:
 
      1. 本工程由中国石化工程建设公司负责设计,执行EN标准及国际相应的规范。
      1)EN 14620-3:2006:工作温度0℃到-165℃的冷冻液化气体储存用现制立式圆筒平底钢罐的设计与制造—第3部分混凝土构件。
      2)EN 1992-1-1:2004规称2:混凝土结构设计、第1-1部分 一般规则和建筑规则。
      3)prEN 10138:2009预应力钢绞线第1.3部分。
      4)EN ISO 15630:2010预应力钢筋混凝土:试验方法。
      5)ETAG 013 :2002欧洲技术认证指南:预应力结构所用的张拉设备。
      2.  以往LNG储罐工程的建设均被外企垄断,亦或材料、设备均为国外进口。我公司打破常规,做为国内第一家预应力国产化企业参与其中。
      3. 所采用的预应力钢绞线由江西新华金属制品有限责任公司提供,锚具、夹具、灌浆料等材料由柳州欧维姆机械股份有限公司提供,均为国内知名厂家。应用的预应力穿束、张拉、灌浆机具等设备也均为国产品牌。材料、设备达到了到上述规范中的标准,并多次实验,最终应用于实际工程中。山东液化天然气(LNG)项目储罐1号、4号罐为我公司承建,目前,1号罐的施工已圆满完成。
 
4.预应力的施工难点:
 
      1.  为实现国产化,本工程所采用的预应力钢绞线、锚具、夹具、灌浆料等材料均采用国内材料,需按照国际标准来确定实验方法,且必须符合国内外等实验标准要求。
      2.  张拉设备需要在国内校正,并符合上述欧洲标准要求,方能使用。
      3.  孔道摩擦系数及孔道偏心系数需现场实验确定。
      4.  预应力竖向孔道、环向孔道预应力筋张拉伸长值的确定。
      5.  预应力理论伸长值与实际伸长值的对比及相应控制方法。
      6.  因本工程结构体量巨大,预应力数量多且布置复杂,因此需慎重考预应力张拉的顺序。
      7.  超长预应力后穿束的控制方法。
      8.  预应力灌浆料配合比的要求。(抗压强度、泌水性、流动度、体积膨胀率等指标)
      9.  超长、超高预应力孔道灌浆密实程度的控制。
      10. 波纹管现场生产、实验(强度、延展性、泌水性等指标)的控制,并需达到设计要求及相应标准。
 
5.预应力的施工:
 
5.1施工工艺流程
      根据山东液化然气(LNG)项目储罐区工程0301-TK-01预应力混凝土工程结构特点,确定本工程预应力的施工工艺如下:

5.1.1波纹管的布设
      在罐体外墙施工时,同时安装预应力孔道(波纹管)及锚座。储罐罐体壁环向和罐体壁竖向波纹管均采用厚度为0.6mm,内径为100mm的镀锌波纹管,扶壁柱内竖向波纹管采用厚度为0.6mm,内径为90mm的镀锌波纹管;波纹管之间的连接采用大一号的波纹管作为连接套管,接口处用热收缩带密封;波纹管定位采用钢筋制作的定位支架。

图2预应力孔道(波纹管)的布设
5.1.2混凝土的浇筑及振捣
      布设完成后,浇筑混凝土前技术人员和质量检查人员认真再次检查波纹管、锚座、螺旋筋的安装情况,如无损坏和位移,方可浇筑混凝土。浇筑混凝土时,当混凝土淹没波纹管且振捣完成后,立即进行通球试验,检查波纹管是否漏浆,如有漏浆现象,应由专人在漏浆的波纹管内不停地进行通球,直至混凝土完全凝固。
5.1.3钢绞线穿束
      (1).竖向钢绞线的穿束采用人工穿束,用塔吊将装有钢铰线的放线盘吊上穹顶环梁水平面且放置于合理工作距离点,把钢绞线端头从放线盘内抽出,然后在环梁上张拉端位置安上锚具的锚环,将钢绞线端头穿入导管,然后套上子弹头后穿入锚具孔。
      (2).环向钢绞线的穿束采用穿束机穿束,将穿束机运至操作平台,并移至合适的位置,保证操作平台有足够的人员及机械操作平面。把钢绞线端头从放线盘内抽出穿入导向管和穿束机,然后通过分束器后套上子弹头,最后进入波纹管;开动穿束机把钢绞线推入整个管道。(穿束时应合理控制速度)穿出后,拆除子弹头同时让钢绞线穿过与之对应的锚具孔并安装上夹片,当张拉端预留长度达到要求时立即通知穿束机操作人员停止穿束,用角磨机将钢绞线切断。

图3 预应力筋的穿束
5.1.4钢绞线张拉
      预应力张拉作为LNG储罐预应力结构施工过程中的关键环节,是在结构中建立有效预应力作用的唯一工序,因此通过预应力孔道做摩阻试验,以确定设计计算的预应力摩擦损失和试验测得的实际摩擦损失之间的差距,并以此为依据重新校核调整预应力张拉控制应力,从而真正建立设计所需的有效应力。
      预应力筋张拉可分为:水平向预应力筋的张拉及竖向预应力筋的张拉。张拉千斤顶采用YCW400-G/500-G型设备,最大张拉力5000kN;油泵采用ZB6-400/ZB6X6-500型设备。
      根据本工程的结构受力特点,张拉顺序为:第一步穹顶混凝土浇筑前按顺序张拉环梁内环向钢绞线;第二步:穹顶靠环梁边周圈混凝土浇筑完成达到设计要求强度后,对称平衡张拉扶壁柱和筒体壁内竖向管束的钢绞线;第三步:从上往下顺序对称张拉张拉端在扶壁柱的环向管束的钢绞线;第四步:临时洞口封闭后,对剩余的竖向、环向钢绞线进行张拉。
 

图4 预应力张拉及切筋
5.1.5灌浆
      预应力钢绞线张拉完毕并经检查合格后,尽快进行灌浆,最长不得超过两周。灌浆时环境温度不宜低于5℃,浆体温度不宜超过35℃。
     (1)竖向管道灌浆
      ①将灌浆管快速接头和竖向波纹管道下面张拉端灌浆孔上的球阀连接,同时在波纹管上面张拉端灌浆孔上安装漏斗,完成后通知灌浆机操作人员和灌浆人员开始灌浆。
      ②当漏斗中有浆体溢出时,放慢灌浆速度并轻拧开灌浆帽上的阀门,放出灌浆帽中空气然后关闭,当上部张拉端漏斗中浆体达到200mm时,通知灌浆人员和灌浆机操作人员,立即关闭灌浆孔上和灌浆管上的球阀,随后灌浆机操作人员关停灌浆泵。
      ③重复上述操作直至竖向波纹管道全部灌浆完成。
     (2)环向管道灌浆
      ①灌浆人员将灌浆管快速接头和波纹管低端灌浆孔上的球阀连接,通知灌浆机操作人员及另一端操作阀门人员开始灌浆。
      ②当另一端有浆体从灌浆帽阀门中流出时,立即关闭灌浆帽阀门,并通知灌浆机操作人员放慢灌浆速度;当浆体从另一端灌浆孔球阀中流出时,立即关闭灌浆孔上的球阀并用对讲机通知灌浆机操作人员和灌浆人员,此时继续灌浆。
      ③灌浆机操作人员记录另一端灌浆孔球阀有浆体流出时灌浆泵上压力表的读数,当压力表读数在这一数据之上急速上升并超过0.2MPa时持荷30s-60s,然后关闭低端灌浆帽上的阀门、灌浆孔上的球阀和灌浆管上的球阀,全部关闭后立即关停灌浆泵。
      ④重复上述操作直至环向波纹管道全部灌浆完成。

 图5 操作灌浆机进行灌浆
5.1.6封锚
      预应力灌浆完成后应尽快对预应力张拉端进行封锚,筒体壁和扶壁柱竖向预应力下部张拉端用永久性灌浆帽进行封锚。灌浆完成后灌浆帽外表面刷环氧树脂,上部张拉端漏斗中浇筑C50细石混凝土。
至此山东液化天然气(LNG)储罐外壁预应力施工全部完毕。
 
6.结束语:
       通过山东液化天然气(LNG)项目储罐1号罐外壁的预应力施工,在业主、总承包SEI、监理等各方大力支持和配合下,基本掌握了LNG罐体预应力施工技术,达到了设计要求、符合国际规范标准,实现了国产化的目标。
此次LNG的施工,打破外资企业垄断的局面,实现全程国产化,也为我国未来LNG储罐的建设提供了依据,标志着我国在建设LNG领域新的胜利和发展的里程碑。
 

 

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