LNG储罐气压升顶的自动平衡补偿系统及方法

技术领域

本发明涉及LNG储罐领域，具体涉及储罐气压升顶的平衡补偿领域。

背景技术

超大型LNG储罐内罐直径达92米以上，气压升顶作为储罐主体施工中一个重要环节，在升顶过程中有较大的风险，因此在升顶过程中对整个拱顶的倾斜度控制有较高要求。

目前LNG储罐在气压升顶过程中，通常采用平衡计算的方式对拱顶进行平衡布置。由于拱顶平衡受到多方面影响，随着储罐容积的增大，拱顶气压升顶过程中发生倾斜的风险就越大。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种LNG储罐气压升顶的平衡补偿装置，能够实现储罐拱顶的自动平衡补偿。

为实现上述目的的LNG储罐气压升顶的自动平衡补偿系统包括控制组件和配重调节组件，控制组件包括监测单元和处理单元，所述监测单元用于在升顶过程中检测储罐拱顶的实时姿态，所述处理单元用于根据所述实时姿态计算平衡补偿量；配重调节组件包括配重块、驱动件和行走线路，所述行走线路布置在拱顶上，所述驱动件与所述控制组件信号连接，用于根据所述处理单元的信号，驱动所述配重块在所述行走线路上自行移动；其中，所述配重块通过在所述行走线路上的移动以调节自身位置，进而凭借力矩向所述拱顶施加平衡补偿量，以自动调节所述拱顶的偏移。

在一个或多个实施例中，所述行走路线为导轨，所述导轨设置在所述拱顶的内部或外部，所述配重块可移动地设置在所述导轨上。

在一个或多个实施例中，所述行走路线为钢丝绳，所述钢丝绳通过吊点固定在所述拱顶内部，所述配重块悬吊在所述钢丝绳上。

在一个或多个实施例中，所述配重块可替换地设置在所述行走线路上。

在一个或多个实施例中，所述行走线路的第一端点和第二端点分别为所述拱顶的内部中心和所述拱顶的径向边缘，多条行走线路以内部中心环向均布地设置在所述拱顶内，各条所述行走线路设置对应配重块。

在一个或多个实施例中，多条所述行走线路在所述拱顶的内侧形成行走网络，所述配重块设置成能够由一条行走线路移动至另一条行走线路。

在一个或多个实施例中，所述监测单元包括测距设备和/或摄像设备。

本发明的另一个目的是提供一种LNG储罐气压升顶的自动平衡补偿方法，该方法使用上述LNG储罐气压升顶的自动平衡补偿系统进行，包括如下步骤：在拱顶上升过程中，使控制组件的监测单元获取拱顶的实时姿态；使处理单元根据所述实时姿态计算平衡补偿量，向驱动件发送驱动信号；使所述驱动件接受所述驱动信号，并驱动配重块沿行走线路移动至拱顶内的指定停留位置。

在一个或多个实施例中，所述指定停留位置的计算方法为：所述处理单元通过所述实时姿态，计算所述拱顶的偏移量和偏移方向；根据力矩平衡原理，利用所述偏移量和所述偏移方向，计算出拱顶恢复平衡时所需的补偿力矩；根据所述补偿力矩和所述配重块重量，计算出所述指定停留位置。

在一个或多个实施例中，采用LNG储罐中心式气压升顶方式时，使用导轨作为行走路线；采用LNG储罐边缘式气压升顶方式时，使用钢丝绳作为行走路线。

上述LNG储罐气压升顶的自动平衡补偿系统及方法利用力矩平衡原理，通过升顶前在拱顶内部的布置能够自行移动的配重机构，在升顶过程中通过拱顶各监测点反馈的数值，对发生姿态不在同一平面拱顶位点进行自动重量补偿，进而使拱顶恢复平衡，克服偏移，拱顶可以视作刚体，当拱顶某一位置一端发生上翘时另一端必然发生下移，配重将自行沿着拱顶上翘端进行移动，从而自动抵消拱顶平衡偏差。

附图说明

本发明的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，其中：

图1是传统LNG储罐中心式气压升顶过程示意图；

图2是传统LNG储罐边缘式气压升顶过程示意图；

图3A、3B是导轨与配重块配合时的示意图；

图4是钢丝绳与配重块配合时的示意图；

图5是LNG储罐气压升顶的自动平衡补偿方法的流程图；

图6是自动平衡补偿方法的逻辑图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，在以下的描述中阐述了更多的细节以便于充分理解本发明，但是本发明显然能够以多种不同于此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下根据实际应用情况作类似推广、演绎，因此不应以此具体实施例的内容限制本发明的保护范围。

需要注意的是，这些以及后续其他的附图均仅作为示例，其并非是按照等比例的条件绘制的，并且不应该以此作为对本发明实际要求的保护范围构成限制。

LNG储罐的顶部为刚性拱顶，具有较大质量且距离地面具有较高高度，一般采用气压顶升方式实现升顶。常见的升顶方法为如图1和图2所示，混凝土墙105形成一圈围壁，还设有吊顶板104，使用风机向围壁内持续鼓风，则围壁内具有风压，吊顶板104被鼓声，拱顶10也借助该风压上升。气顶升法一般还需要设置密封装置、平衡装置等，避免罐体在顶升过程中出现倾斜、移位、漏风的问题。

传统的平衡装置如图1所示，包括设置在拱顶10外部的钢丝绳101、T型架106和轮102，T型架106通过吊耳107固定设置在混凝土墙105内，这样由罐体倾斜偏转所产生的力，经轮102、钢丝绳101传递给一对T型架106，借助钢丝绳101的张力和T型架106的力传递，实现力的互相作用而达到平衡。

在拱顶10的气压升顶过程中，不可避免的会出现倾斜、偏移等现象。本公开的LNG储罐气压升顶的自动平衡补偿系统采用与传统平衡方式不同的原理和设计，能够有效防止拱顶倾斜，自动、及时、精准地调整拱顶姿态。

参照图3-图6理解，LNG储罐气压升顶的自动平衡补偿系统包括控制组件11和配重调节组件12。

控制组件11包括监测单元和处理单元，监测单元用于在升顶过程中检测储罐拱顶10的实时姿态，处理单元用于根据实时姿态计算平衡补偿量。

如在一些实施例中，监测单元包括测距设备和/或摄像设备。测距设备通过对拱顶不同位置采集诸如高度、宽度等距离数据，通过对距离数据的计算能够获知拱顶的偏移量和偏移方向。摄像设备可以通过实时拍摄拱顶照片，对照片内的拱顶轮廓进行图像处理，进而实时获知拱顶的姿态、偏移量和偏移方向等参数。

测距设备包括但不限于采用激光测距设备、超声波测距设备、光栅或磁栅尺类测距设备。

配重调节组件12包括配重块121、驱动件122和行走线路123，行走线路123布置在拱顶10的上，如拱顶内部的拱顶纵梁或内外轨道上，也可以布置在拱顶外部。驱动件122可以为驱动电机，与控制组件信号连接，用于根据处理单元的处理信号，驱动或牵引配重块121在行走线路上自行移动，如方向P所示。

其中，配重块121通过在行走线路上的移动以调节自身位置，当移动至处理单元计算的指定位置时，该位置为力矩平稳位置，能够凭借力矩向拱顶施加平衡补偿量，以自动调节拱顶10的偏移。也即，拱顶可以视作刚体，当拱顶某一位置一端发生上翘时另一端必然发生下移，自行移动地配重块将沿着拱顶上翘端进行移动，从而抵消拱顶平衡偏差，利用力矩平衡原理，对发生姿态不在同一平面拱顶位点进行重量补偿，防止拱顶倾斜。

如，在一些实施例中，行走路线123为如图3A和3B所示的导轨1231，诸如带齿导轨，配重块121可移动地设置在导轨1231上。在储罐拱顶施工时，将导轨按均布方位布置在拱顶的梁的下方，位于拱顶中心附近；或将齿条布置在拱顶上方，与升顶平衡钢丝绳位置错开，将导轨的末端安装好配重块，配重块的重量按需选择。

在升顶时通过测量得到的倾斜度进行计算，通过驱动件的驱动或牵引，原在拱顶向上倾斜附近的自行配重从中心缘导轨自行向拱顶边缘方向移动。从而起到拱顶平衡补偿作用。升顶结束后，当中心滑轮组拆除完毕后，解除导轨梁头的约束，通过中心环孔洞，将导轨取出。采用图1所示的LNG储罐中心式气压升顶方式时，优选使用导轨作为行走路线。

在另一些实施例中，如图4所示，行走路线123为钢丝绳101，钢丝绳101通过吊点固定在拱顶10的内部，配重块121悬吊在钢丝绳101上。采用图2所示的LNG储罐边缘式气压升顶方式时，优选使用钢丝绳作为行走路线。

在储罐拱顶施工时，将滑轮19按均布方位，布置在拱顶10的梁中心环下方。钢丝绳101穿过滑轮19，另一部分钢丝绳缠绕在缠绕器18上，钢丝绳在滑轮19与缠绕器18上形成闭环。在拱顶中心附近，即滑轮19附近，按如图4所示结构，在钢丝绳上固定好配重块121，在升顶时通过测量得到的倾斜度进行计算，通过控制组件和驱动件，驱动在拱顶向上倾斜附近的配重块121从中心向拱顶边缘方向移动，从而起到拱顶平衡补偿作用。

以拱顶中心为力矩中心点，则配重块到拱顶中心的距离将显著影响力矩大小，进而影响对平衡的补偿精度。因此，行走线路的安装位置需要尽量多的覆盖拱顶内部，实现更为精细的补偿作用。

如，行走线路的第一端点和第二端点分别为拱顶的内部中心和拱顶的径向边缘，多条行走线路以内部中心环向均布地设置在拱顶内，各条行走线路设置对应配重块。例如以拱顶内部中心为中心点，在360°环向上每隔40°设置八条对称安装的导轨1231，图3仅示出一条。由此，可根据储罐拱顶的尺寸进行调整，通过选型不同组数的导轨和配重块的配合，以满足不同尺寸的储罐气压升顶平衡补偿要求。

又如，多条行走线路在拱顶的内侧形成行走网络，配重块设置成能够由一条行走线路移动至另一条行走线路，增加配重块的活动范围。在升顶过程中通过配重块在行走网络上的不同位置的移动，在升顶过程中或升顶前对拱顶配重差值进行力矩补偿。

在一些实施例中，配重块121还可以设置成可替换地结构，准备不同质量的配重块。由于配重块的重量也是影响力矩的重要因素，因此对不同规格的拱顶可使用不同重量的配重块121。

由此，上述LNG储罐气压升顶的自动平衡补偿系统在拱顶气顶升过程中，根据监测单元监控拱顶各点位的标高、姿态，通过处理单元实时计算出平衡补偿量，借助配重自行移动至相应的力矩平稳位置上，从而确保拱顶各方位所受的力矩值为0，借助力矩平衡原理，对拱顶在升顶过程中因多种原因产生的倾斜量进行自动地、实时地补偿，有效提升了提高气压升顶中拱顶平衡精度。且全程不需要人工干预，简化了安装工艺，也提高了施工过程中的安全性。

结合上述对LNG储罐气压升顶的自动平衡补偿系统的介绍，还可以理解到一种LNG储罐气压升顶的自动平衡补偿方法，参照图5和图6理解，该方法包括如下步骤：在拱顶上升过程中，使用控制组件的检测单元获取拱顶的实时姿态；使用处理单元根据实时姿态计算平衡补偿量，向驱动件发送驱动信号；使用驱动件接受驱动信号，并驱动配重块沿行走线路移动至拱顶内的指定停留位置。

指定停留位置即为平衡拱顶的力矩平衡位置。指定停留位置的计算方法为：处理单元通过实时姿态，计算拱顶的偏移量和偏移方向；根据力矩平衡原理，利用偏移量大小和偏移方向，计算出拱顶恢复平衡时所需的补偿力矩；根据补偿力矩和配重块重量，最终计算出指定停留位置，也即距离拱顶中心的距离。

上述方法充分考虑了气压升顶的流程和工艺及实际操作环境，对升顶过程中拱顶发生倾斜原因进行了针对性设计。对拱顶升顶过程中发生的倾斜的情形，使用配重的方式进行自动补偿，提高了拱顶的平衡精度。本方法对于以往粗放式的平衡配重布置进行了深度优化设计，对拱顶进行动态平衡补偿，不影响升顶过程的拱顶移动，升顶过程中进行动态补偿，既满足人员操作时施工要求，又避免了后续去除困难的情况的发生。

本申请使用了特定词语来描述本申请的实施例。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本申请至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本申请的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本发明权利要求所界定的保护范围之内。