TK03、TK04#罐穹顶气顶升安全专项施工方案-温州LNG项目

中国建筑一局（集团）有限公司温州LNG项目TK03、TK04#罐穹顶气顶升安全专项施工方案附表三：计算书（一）鼓风系统1、风压的确定从理论上讲，只要拱顶所受空气浮力与自身重力达到平衡，拱顶即可稳定向上升起。所以理想状态下气顶升的风压与大气压的差值为罐顶自重与罐内空间水平横截面积之比。但实际中由于存在风量损失、罐顶与预应力混凝土墙之间的摩擦力等因素的影响，顶升压力的计算必须考虑附加系数，其计算公式如为：P升＝kG/S式中，Ｇ为顶升穹顶自身重量，单位ＮS为罐体横截面积，单位㎡K为附加系数，取1.05。穹顶所受重力G=866.6t×1000kg/t×9.8N/kg=8492680N穹顶安装后水平横截面半径R1=44m，面积S=πR1²=6079.04㎡带入公式，经计算，得P升≈1467Pa≈147mm水柱2、风量的确定风机风量的确定是指在顶升最后一圈时间内，罐体内腔充满使罐体顶升，具有一定压力气体的风量；考虑到漏风损失，需对风机风量进行修正。根据气体方程，温度一定的情况下压力与体积的乘积等于恒量，则有：Ｑ＝（P升Ｖ-P０Ｖ０）／P０式中，Ｑ为进风量,m³P０为标准大气压，101325PaＶ为顶升后储罐内总容积，m³Ｖ０为顶升前罐顶内的初始容积，m³考虑到顶升过程中的风量损失,计算进风量Ｑ时需要加上一个泄漏系数Ｋ，Ｋ=1.2，即风量的计算式为：Ｑ＝Ｋ（P升Ｖ-P０Ｖ０）／P０带入公式，经计算，得V0=πh2*(R-h/3)=3.14×13.665^2×（87.994-13.665/3）≈48923m³V=V0+πr2H=48923+3.14×44^2×39.703≈290279m³Ｑ=1.2×[（1467+101325）×290279-101325×48923]/101325≈294671m³3、进风系统风机选型安装顶升速度按照v=310mm/min~400mm/min考虑，在最大速度下，气顶升所需时间：t=H/v=39703/0.4=99.3min。则最大进风流量：q=Q/t=294671/99.3=2967.5m³/min=178049m³/h因此，选用鼓风机的参数如下：流量：97472～56877m3/h全压：2279～3617Pa，（22.79-36.17cmH2O）转数：990转/min功率：90KW数量：3台风机同时工作，另有1台风机备用。发电机选用参数：功率：300KW（二）平衡系统1、钢丝绳的校核：钢丝绳的预紧力，实际按经验值9kN的力来预紧。拱顶在上升的过程中，升顶的重量与气压形成平衡,钢丝绳基本不受力，只有在拱顶发生倾斜时，平衡钢丝绳才会调节其平衡而受力。平衡钢丝绳在拱顶上升的过程中，主要是受风压和升顶重量之差的力与导向装置摩擦产生的动摩擦力。F总=F预+F摩=9+μ(P×S-Q×g)/N=9+0.15×(1467×6079/1000-866.6×9.8)/26≈11.45KN其中：F总为钢丝绳最大受力；F预为钢丝绳预紧力；F摩为钢丝绳滑动摩擦力；P为需求压力，1467Pa；S为升顶面积，6079m2；Q为升顶重量，866.6t；N为钢丝绳组数，26；g为重力加速度，取9.8N/kg；μ为动摩擦系数0.15，选择公称直径Φ18mm型号为6×37+FC-1670纤维芯钢丝绳，最小破断拉力为Fb=179kN。实际工况中，每根钢丝绳受力不会完全相同，实际工况受力可再乘以不均匀系数1.35F实际=F总×1.35=15.46kN＜179kN，钢丝绳抗拉力满足要求。同时拱顶在上升过程中同时承受预紧力和储罐倾斜导致的张力，假设拱顶倾斜量为ΔL时，受力最大的钢丝绳破断，则：ΔL=2（Fb-Fp）L/EA式中：Fb——钢丝绳破断拉力，KN；Fp——钢丝绳预紧力，KN；L——钢丝绳长度,m；E——钢丝绳弹性模量，6股钢丝绳取100GPa；A——钢丝绳截面积，mm2。公称直径Φ18mm型号为6×37+FC-1670纤维芯钢丝绳，最小破断拉力为Fb=179kN，钢丝绳截面积为254mm2，单根钢丝绳所需长度135m，钢丝绳预紧力9kN。根据上式计算，ΔL=1.81m。由于储罐升顶时，需要用配重将拱顶水平度调整至0.2m以内，因此钢丝绳能够满足要求，钢丝绳的安全系数为1.81/0.2=9.05，满足缆风绳安全系数3.5倍要求。即钢丝绳满足升顶过程中偏移，倾斜而引起的附加拉力。2、底部锁架的校核：(1)吊耳板强度校核吊耳板材质：Q235B吊耳板厚度：t=12mm卸扣销轴直径：d=50mm吊耳板许用拉应力［σ］=113MPa相应的吊耳板许用剪应力［τ］=0.6×［σ］=67.8MPa许用挤压应力[σc]=1.4［σ］=158.2MPa综合影响系数K：1.35吊耳按照受力30.92KN进行校核，即，F1=F实际=30.92KN=30920N竖向载荷：FV=F1×sin63°=30920×sin63°≈27550N横向载荷：FH=F1×cos63°=30920×cos63°≈14038N径向弯矩：M=FV×L=27550×275=7576250N·mm吊耳板钢索方向的最大拉应力（偏保守）：σ1=F1/［（2R-D）·t］=30920/［（2×75-50）×12］=25.77MPaσ1＜［σ］，满足要求。吊耳板钢索方向的最大剪应力：τ1=F1/［（R-D/2）·t］=51.53MPaτ1＜［τ］，满足要求。吊孔挤压应力σc=F1/（d·t）=30920/（50×12）=51.53MPaσc＜[σc]，满足要求。综上，吊耳板强度符合要求。(2)焊缝强度校核按照角焊缝考虑，焊缝面积A=l·h·k式中：l――焊缝长度，2H=300mmh――焊缝高度，12mmk――折减系数，取k=0.7带入数据计算得A=2520mm2角焊缝拉应力；σa=FH/A=14038/2520=5.571MPa角焊缝剪应力；τa=Fv/A=27550/2520=10.933MPa角焊缝弯曲应力；σb=6M/（t·H2）=6×7576250/(12×2×1502）=84.18MPa组合应力σab=（σσab＜［σ］，满足要求综上，焊缝强度满足安全要求。3、T型架校核(1)立柱受压校核查标准知，立柱HW150×150×7×10截面积为A=39.64cm2，屈服强度ReH=235MPa，安全系数取n=1.5立柱受到的压力F压=2F实际=61.84kN=61840N立柱最大允许受力F许=A·REh/n=39.64×10^2×235/1.5≈621026.7N因F压＜F许，故立柱受压状态安全。(2)横梁受弯校核查标准知，Wnx=216cm3，γx=1.05，f=215MPa已知F实际=30.92kN，L=655mm计算可知：Mx=F实际·L=20252600N·mm进一步计算，Mxγ因此，横梁受弯状态安全。(3)T型架稳定性校核查标准知，Ix=1620cm4，Iy=563cm4；取弹性模量E=206GPa回转半径：Ry=（Iy/A）1/2=3.772cm长细比：λ=μL/Ry=2×1580/（3.772×10）≈83.78λu=(a-σu)/b=(304-235)/1.12≈61.6λp=π（E/σp）1/2=3.14×（206/200）1/2≈101λu＜λ＜λp,为中长杆,因此，根据经验公式：Fcr=σcr·A=210.2×39.64×10^2≈833233N通过计算和比较可知，F压<<Fcr，故T型架稳定性满足要求。4、T型架预埋件抗拉强度计算钢丝绳与T型架下部预埋件吊耳板连接，吊耳板与锚筋焊接，焊角为10mm；钢丝绳受力F总=30.92kN，焊缝长度L总=600mm；(1)吊耳板强度校核吊耳板材质：Q235B吊耳板厚度：t=12mm吊耳孔直径：d=30mm吊耳板外径：r=60mm吊耳板许用拉应力［σ］=113MPa相应的吊耳板许用剪应力［τ］=0.6×［σ］=67.8MPa综合影响系数K：1.35吊耳板受到的拉应力：σ2=F总/［（2r-d）·t］=30.92×1000/［（2×60-30）×12］=28.63MPaσ2＜［σ］，满足要求。吊耳板受到的剪应力：τ2=F总/［（r-d/2）·t］=30.92×1000/［（60-30/2）×12］=57.26MPaτ2＜［τ］，满足要求。综上，吊耳板强度符合要求。(2)焊缝校核按照角焊缝考虑，焊缝面积A=l·h·k式中：l――焊缝长度，=150×4=600mmh――焊缝高度，12mmk――折减系数，取k=0.7带入数据计算得A=5040mm2角焊缝拉应力；σa=F总/A=30920/5040=6.14MPaσa＜［σ］预埋板与锚筋焊接强度满足要求。(3)锚筋校核锚筋是利用长度L锚筋=700mm、直径d=φ25mm的HRB400钢筋埋在储罐外墙混凝土内（混凝土等级为C50），钢筋末端焊接锚板，整体与混凝土内的钢丝网片连接在一起。本次校核采用保守计算法，将锚筋视为单独钢筋直接埋在混凝土中，计算如下：钢筋锚固长度查标准知，钢筋抗拉强度为360MPa。查16G101-1，钢筋锚固长度la=la＜L锚筋，钢筋锚固长度满足钢筋抗拉力F抗拉=360×3.14×252/4=176.625KNF总＜F抗拉，钢筋抗拉力满足要求。综上，锚筋满足要求。（三）密封系统1、临时门洞封堵校核(1)大门洞受力：F1=P升·l1·h1=1467×6.32×4.225≈39172Nσ大=F1/l1′·h1′·k=39172/（3.919×6×0.7）≈2.38MPaσ大＜［σ］=113MPa焊缝强度符合要求，大门洞封堵满足要求。(2)小门洞受力：F2=P升·l2·h2=1467×2.658×3.28≈12790Nσ小=F2/l2′·h2′·k=12790/（2.399×6×0.7）≈1.269MPaσ小＜［σ］=113MPa焊缝强度符合要求，小门洞封堵满足要求。综上，临时门洞封堵满足要求。（四）顶升结束顶衬板与抗压环焊接强度校核钢穹顶顶衬板与抗压环焊接完成打底层后，逐渐降低储罐内压力，直至大气压力。为确保顶升结束后打底焊缝能够满足安全要求，需要对打底层焊缝的强度进行校核。根据图纸，焊脚总高度设计值为6