【论文精选】天津南港LNG接收站沉降监测点位布设

原创 金樱，等 煤气与热力杂志

煤气与热力杂志

微信号 GAS-HEAT1978

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作 者： 金樱，卢琳，马瑞莉，马彬，王佩广，徐欣，詹一鸣

第一作者单位：北京市燃气集团有限责任公司

摘自《煤气与热力》2022年4月刊

参考文献示例

金樱，卢琳，马瑞莉， 等 .    天津南港 LNG 接收站沉降监测点位布设 ［J］.    煤气与热力， 2022，42（4） ：B12-B14.

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LNG储运设备

1    项目概况

 

天津南港 LNG 接收站，可承担北京市天然气应急储备功能，并可在应急状态下对接收站及外输管道辐射到的京津冀区域形成保障，全面提升京津冀区域天然气保供能力。接收站占地面积为 54 × 10 ⁴   m ² ，接卸能力为 500 × 10 ⁴ t/a ，建设 10 座 20 × 10 ⁴   m ³ 的 LNG 储罐。储罐为立式圆柱形，混凝土壁外直径为 88 m ，高 57 m 。接收站建筑结构安全直接影响到能源安全及周边人群的生命财产安全。传统人工监测方式不足以满足应急沉降安全监测时效性要求，新型自动化监测方法缺少规范及特定工艺要求，需要根据现场地质地形及建筑力学结构设计布点方案，以满足监测精度及监测目的的要求。本文对天津南港 LNG 接收站沉降自动化监测布点方法进行探讨。

 

2   LNG 接收站沉降监测

 

LNG 接收站沉降监测主要包括地基沉降和储罐沉降监测。

 

天津南港 LNG 接收站场地为吹填淤泥质软弱地基（以下简称吹填土地基）的特殊复杂地质，吹填土具有含水率高、压缩性大和抗剪强度低等特点。吹填土地基必须经过加固处理才能保证后续施工所需的承载力，减少外加荷载作用下地基沉降对后续施工的影响。为确保地基加固的质量和指导后续施工，需要加强对吹填土地基沉降的实时监测，并通过分析监测数据预测地基沉降的变化趋势。

 

储罐 沉降主要表现为均匀沉降和平行倾斜。可以根据土壤试验准确地预测均匀沉降，均匀沉降的幅度取决于土壤的特性。储罐均匀沉降不会给储罐的结构造成应力，但是必须考虑管道、储罐接管和附件，以防止均匀沉降引发危险。平行倾斜将导致液位升高，储罐的环向应力增加。另外，倾斜过大会导致浮顶的周边密封处卡住或连接不好，影响浮顶的自由移动，也会影响储罐接管。

 

监测点布点方式将直接影响到监测质量及数据可靠性。本文以北斗监测技术为主、传感器监测为辅的方式，对被监测体进行实时监测。

 

3    北斗监测技术

卫星定位监测技术具有抗干扰能力强、保密性高、全天候实时监测、不受恶劣天气影响、无需点位通视、可测量监测点的绝对坐标且无累积误差等优点，但有一定特殊布点要求。作为卫星定位监测技术的一种，北斗监测技术近年来在形变监测领域得到越来越多的应用。

 

北斗监测技术对环境的要求主要包括：周围应便于安装接收设备和操作，视野开阔，视场内障碍物的高度角不宜超过 15 °；远离大功率无线电发射源（如电视台、电台、微波站等），距离不小于 200 m ；远离高压输电线和微波无线电信号传送通道，距离不得小于 50 m ；附近不应有强烈反射卫星信号的物体（如大型建筑物等）。监测站建设时应尽可能使监测站的小环境（地形、地貌、植被等）与周围的大环境保持一致，使监测数据更加接近周边真实环境。基于各类传感器的倾角监测、风速风向监测、雨量监测、温湿度监测对环境要求相对较低。

 

4    监测点总体布点原则

 

监测系统建设过程中，由于设备成本较高，且对布设供电、防护等要求较高，因此需要用尽量少的监测点反映尽量多的形变信息。总体上，被监测体的监测点按敏感监测区的方式分布，即应考虑易发生形变的敏感点、力学结构薄弱点、历史问题易发点和修复点等设置监测点。

 

5    传统人工监测方式的监测点布点方法

 

6    自动化监测布点方案

 

①地基监测布点

 

对于地基监测，需要监测不同地质情况下的沉降情况，故分别在不同地块上布设监测点。同时考虑海岸线上海水潮汐渗透压等对地基的影响，也要在海岸线上布设监测点。该 LNG 接收站地基监测点主要分布于站区边缘，同时分布在不同地块上。站区四周无遮挡，无强电磁干扰，满足北斗自动化监测的环境要求。地基监测点分布见图 1 。

 

图 1    南港 LNG 接收站地基监测点分布

 

图 1 中的基准点是基于北斗的自动化监测系统的重要组成部分，是整个监测系统的基准参考，需建设在稳固地段，周边无明显的遮挡物体，确保卫星信号覆盖面，同时要远离大型变电站、高压线、大功率无线基站等干扰源。根据地质和地基处理工艺不同，南港 LNG 接收站分为 A 、 D 、 E 区。根据现场条件，选择沿海 D 区的某储罐预留位置附近设置基准点。该基准点位于未施工区域，施工车辆影响较小，地质情况较其他点位更加稳定。因 A 、 D 、 E 区地质和地基处理工艺不同，考虑监测点分别布设在 A 、 D 、 E 区，编号分别为监测点 3 、 2 、 1 。监测点 3 与监测点 2 位于施工区域外围，受大型机械影响较严重。监测点 1 位于生活区，有部分活动影响。

 

②储罐监测布点

 

传统人工监测方式下，一般选择储罐顶和储罐底板进行监测布点。如果按照传统人工监测方式下的监测点布点方法， 储罐 罐壁监测点最少为 28 个，即储罐底板圆周上最少有监测点 28 个；单条储罐底板直径上的监测点最少为 31 个，即除去储罐底板圆周监测点和圆心监测点外，还有监测点最少 28 个。储罐底板圆周上的 28 个监测点可形成 14 条直径，则储罐底板至少需要布设监测点 421 个。为使自动化监测精度不低于传统人工监测精度，需布设北斗监测终端设备 421 台，成本较为高昂。

 

考虑到传统人工监测方式的测量间隔时间较长，单点监测成本低，因此监测点布设较密。而基于北斗的自动化监测方法（简称北斗监测方法）采样频率为 1 Hz ，单点监测成本高，故在满足监测精度要求的情况下，对自动化监测点位进行优化设计，适当减少监测点数量，降低成本。由于北斗监测方法只适用于室外开阔环境，在卫星信号遮挡的环境中无法使用，因此北斗监测布点仅考虑储罐顶部，为使监测精度不低于传统人工监测方式，需辅以高精度倾角监测。

 

因为倾角 0.002 °非常小，可以近似认为监测点 A _n 在初始储罐顶圆周上，即储罐顶圆周上的相邻监测点间距应不大于 58 m ，则直径为 88 m 的储罐顶圆周上，需均匀布设 5 个监测点。综合考虑 APISTD 653-2009 AMD3-2014 《地上储罐检验、修理、改建》要求罐壁监测点布设不少于 8 个，储罐顶圆周上应均匀设置 8 个监测点。

 

图 2    沉降倾斜前后的储罐顶

 

同理，储罐顶直径上的监测点也需满足布设间距不大于 58 m 的条件。在储罐顶中心设置 1 个监测点，即可满足上述条件。

 

因此，对每座储罐，储罐顶圆周上应均匀设置 8 个监测点，储罐顶中心应设置 1 个监测点，共需设置 9 个监测点。每个监测点均监测北斗数据、倾角仪数据，部分监测点还监测环境参数（温度、湿度、风力、风向等）。北斗数据包括北向、东向、天顶向坐标以及北向位移、东向位移、高度位移。倾角仪数据包括倾角仪的 x 轴倾斜角度、 y 轴倾斜角度、 x 轴倾斜角度变化量、 y 轴倾斜角度变化量。

 

（本文责任编辑：林国真）

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