专利名称：大型液化天然气储罐外壳及其施工方法
技术领域：
本发明涉及的是地面液化天然气储罐外壳，具体涉及的是大型液化天然气储罐外 壳及其施工方法。
背景技术：
由于液化天然气(Liquefied Natural Gas，以下简称LNG)具有便于运输和储 存、使用安全的特点，全球LNG消费量日益增加，而LNG储罐是存储、使用LNG过程中所用 到的重要设备。因此，对LNG储罐的研究越来越受到人们的关注。按容量LNG储罐可分 为小型储罐(5-100m3、中型储罐(100-1000m3)、大型储罐(1000-4X 104m3)和特大型储罐 (4X 104-20X 104m3)。LNG储罐根据其设置位置的不同分为地面储罐、地下储罐、半地下储罐 和坑内储罐。地面储罐便于施工，不考虑管壁和土之间的相互作用，因此，地面LNG储罐应 用较为广泛，其外壁结构常采用预应力混凝土结构。随着LNG储罐的大型化给现代的设计、 施工带来了极大的挑战，LNG大型储罐的使用要求极高，必须绝对保证外罐的气密性，还要 保证外部火灾、飞行物的冲击，同时要保证结构具有良好的抗渗性，采用常规的预应力混凝 土结构作为LNG大型储罐外壁，预应力环向需分段张拉和锚固，竖向需考虑张拉顺序和位 置，因此预应力施工较为复杂，需要设置特殊的锚固节点，专用张拉锚固设备，张拉预应力 损失较大，不能很好地保证结构的抗渗性。其次随着LNG储罐容量的增大，为使管壁的整体 刚度不降低，预应力混凝土外壁需加厚，致使结构造价升高，施工周期变长。
发明内容
本发明的目的是提供一种大型液化天然气储罐外壳，它用于解决大型储罐采用常 规预应力混凝土结构外壳施工复杂，不能完全保证结构具有良好的抗渗性的问题，本发明 的另一个目的是提供了这种大型液化天然气储罐外壳的施工方法。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是这种大型液化天然气储罐外壳包括 罐壁、罐顶、罐底，罐壁和罐顶均由内、外两层钢板中间夹混凝土层构成。上述方案中罐底由钢筋混凝土板构成或罐底为底部框架，整个罐体座落在底部框 架上，底部框架由混凝土梁柱和混凝土板构成，罐壁与混凝土板密闭连接。底部框架可提高 本发明的抗震性能，当有罕遇地震发生时，首先底部框架发生毁坏，减少地震对储罐外壳的 破坏。上述方案中罐壁处混凝土层中沿垂直方向上依次并排焊接钢筋，罐顶处的混凝土 层中沿圆弧方向依次并排焊接钢筋。通过焊接钢筋，增强了罐壁及罐顶的刚度和强度。上述方案中罐壁处两层钢板中间沿圆周方向依次布置竖向的钢板肋，钢板肋为矩 形的，钢板肋将罐壁沿圆周方向分成相互独立的等底等高的弧状块；罐顶处的两层钢板中 间沿周向呈放射状依次布置钢板肋，钢板肋将罐顶沿周向分成相互独立的圆弧块。通过设 置钢板肋，增强了罐壁及罐顶的刚度和强度。更进一步的是，上述方案中钢板肋将罐顶沿周向均勻分成相互独立的八个圆弧段。上述方案中罐壁处两层钢板中间沿垂直方向从下到上依次布置钢板肋，钢板肋为 环形肋，钢板肋将罐壁从下到上分成相互独立的层段；罐顶处的两层钢板中间沿径向依次 布置钢板肋，钢板肋为环形肋，钢板肋将罐顶分成相互独立的层段。通过设置钢板肋，增强 了罐壁及罐顶的刚度和强度。更进一步的是，上述方案中罐壁处相邻的两个环形肋之间沿圆周方向依次布置竖 向的钢板肋，罐顶处相邻的两个环形肋之间沿圆周方向依次布置径向的钢板肋。这样，可将 罐顶及罐壁分隔成一个一个的格子，更加增强了罐壁及罐顶的刚度和强度，同时也可使罐 壁及罐顶在灌注混凝土时，灌注效果更好。上述方案中罐壁顶端设置有环形圈梁，罐顶下焊接竖向支撑钢管，相邻的支撑钢 管在底端通过钢绞线连接，连接后的钢绞线形成稳定环，支撑钢管的底端与环形圈梁之间 也连接有钢绞线，该钢绞线沿稳定环的圆周面均勻分布，钢绞线与稳定环之间的夹角是钝 角。此结构可抵消罐顶的部分自重和来自罐顶的外荷载。上述大型液化天然气储罐外壳的施工方法为一、建造钢筋混凝土罐底；二、采用分层施工的方法建造罐壁，即焊接一层内、外罐壁，然后在两层钢板中间 沿圆周方向焊接竖向的钢板肋，钢板肋的两侧分别与内层钢板、外层钢板焊接在一起，钢板 肋将罐壁沿圆周方向分成相互独立的等底等高的弧状块；用混凝土泵把搅拌好的混凝土 浇注到每个弧状块中，完成该层段的施工，接着再沿着该层钢板的上端焊接上一层的内、外 层钢板及钢板肋，再向其中浇注混凝土，进行上一层的施工，如此，直到完成整个罐壁的施 工；三、建造罐顶，将预制好的钢板现场焊接成由内、外两层钢板构成的罐顶，在两层 钢板中间沿周向呈放射状依次焊接钢板肋，钢板肋的两侧分别与罐顶的内、外层钢板焊接 在一起，钢板肋将罐顶沿周向分成相互独立的圆弧块；在每块圆弧块的底部开灌浆孔，顶部 开观察孔，用混凝土泵把搅拌好的混凝土从灌浆孔浇灌到每个圆弧块中，直至顶部观察孔 有混凝土溢出时，停止灌注，完成罐顶的施工。上述大型液化天然气储罐外壳的施工方法为一、建造钢筋混凝土罐底；二、采用分层施工的方法建造罐壁，即焊接一层内、外罐壁，在两层钢板中间沿圆 周方向焊接竖向的钢板肋，钢板肋的两侧分别与内层钢板、外层钢板焊接在一起，接着再焊 接水平的钢板肋，形成沿罐壁周围依次排列的格子，在每个格子的底部开灌浆孔，上部开观 察孔，然后，用混凝土泵把搅拌好的混凝土从灌浆孔灌注到每个格子中，当观察孔有混凝土 溢出时，停止灌注，完成该层段的施工，接着再如此进行上一层的施工，直到完成整个罐壁 的施工；三、建造罐顶，将预制好的钢板现场焊接成由内、外两层钢板构成的罐顶，在两层 钢板中间沿周向呈放射状依次焊接钢板肋，钢板肋的两侧分别与罐顶的内、外层钢板焊接 在一起，再焊接环形的钢板肋，使罐顶周身布满依次排列的格子；在每个格子的底部开灌浆 孔，顶部开观察孔，用混凝土泵把搅拌好的混凝土从灌浆孔浇灌到每个圆弧块中，直至顶部 观察孔有混凝土溢出时，停止灌注，完成罐顶的施工。
有益效果 1、保证结构具有良好的抗渗性。预应力LNG储罐内罐发生溢出时，混凝土外罐至少要保证IOcm后不开裂，平均压 应力至少应有2Mpa，而本发明由内、外两层的钢和中间的混凝土组合构成，完全可保证结构 具有良好的抗渗性。2、结构具有经济性。在满足结构承载能力极限状态和正常使用极限状态的要求下，这种组合LNG储罐 外壳厚度要小于预应力混凝土外壳的厚度，钢材和混凝土耗用量较小，经济合理。3、具有良好的抗震性能。这种组合结构充分利用钢和混凝土在受力过程中的相互作用，充分发挥两者的长 处，具有承载力高、塑性和韧性好、整体性高，抗震性能好的特点。4、外形美观。这种钢混凝土组合LNG储罐外壳不需再设置突出表面的锚固节点，光滑整齐，外 观优美，视觉效果良好。
四
图1是本发明实施例1的结构示意图；图2是本发明实施例2的结构示意图；图3是本发明实施例3的结构示意图；图4是本发明实施例4的结构示意图；图5是本发明实施例5罐壁展开的结构示意图；图6是本发明实施例5罐顶展开的结构示意图；图7是本发明实施例6罐壁展开的结构示意图；图8是本发明实施例6罐顶展开的结构示意图；图9是本发明实施例7罐壁展开的结构示意图；图10是本发明实施例7罐顶展开的结构示意图；图11是本发明实施例7中罐顶、环形圈梁、支撑钢管之间关系的示意图；图12是图11的俯视图；图13是图11中环形圈梁部位的放大图；图14是本发明实施例7部分罐壁的透视图。1钢板2钢板3混凝土层4钢板肋5钢板肋6钢筋7底部框架8混凝 土板9混凝土梁柱10环形圈梁11支撑钢管12钢绞线13稳定环14灌浆孔15 观察孔16钢绞线
五具体实施例方式下面结合附图对本发明做进一步的说明实施例1 如图1所示，这种大型液化天然气储罐外壳包括罐壁、罐顶、罐底，罐壁、罐顶均由 内层钢板1、外层钢板2中间夹混凝土层3构成，罐底由钢筋混凝土板构成，为钢板夹心混凝土结构的LNG储罐。在两层钢板的环形腔中浇灌混凝土，使钢板和混凝土两种材料融合在 一起。受压时，两层钢板的环形腔内的混凝土由于受到钢板的约束，处于三向受压状态，三 向受压混凝土不但纵向抗压强度得到提高，而且弹性模量也得到提高，并增加了塑性。对于 内、外两层钢板来说，由于混凝土的密贴，充分保证了钢板不会发生局部屈曲，可使折算应 力达到钢材的屈服强度，充分发挥钢板的强度承载力。可以看出，本发明不但充分发挥了两 种材料的优点，相互弥补了对方的弱点，而且还显示了新的优异的工作性能抗压强度高、 塑性性能好、抗震性能优异。实施例2 如图2所示，这种大型液化天然气储罐外壳包括罐壁、罐顶、罐底，罐壁、罐顶均由 内、外两层钢板中间夹混凝土层3构成，罐底为底部框架7，整个罐体座落在底部框架7上， 底部框架7由混凝土梁柱9和混凝土板8构成，罐壁与混凝土板8密闭连接。实施例3 如图3所示，这种大型液化天然气储罐外壳包括罐壁、罐顶，罐壁、罐顶、罐底均由 内、外两层钢板中间夹混凝土层3构成，罐底由钢筋混凝土板构成。罐壁处混凝土层3中沿 垂直方向上依次并排焊接钢筋6，罐顶处的混凝土层3中沿圆弧方向依次并排焊接钢筋6， 焊接钢筋6为HRB400级螺纹钢筋。实施例4:如图4所示，这种大型液化天然气储罐外壳包括罐壁、罐顶、罐底，罐壁、罐顶均由 内、外两层钢板中间夹混凝土层3构成。罐壁处混凝土层中沿垂直方向上依次并排焊接钢 筋6，罐顶处的混凝土层3中沿圆弧方向依次并排焊接钢筋6，罐底为底部框架7，整个罐体 座落在底部框架7上，底部框架7由混凝土梁柱9和混凝土板8构成，罐壁与混凝土板8密 闭连接。实施例5 结合图5、图6所示，这种大型液化天然气储罐外壳包括罐壁、罐顶、罐底，罐壁、罐 顶均由内、外两层钢板中间夹混凝土层3构成，罐底由钢筋混凝土板构成。罐壁处两层钢板 中间沿圆周方向依次布置竖向的钢板肋4，钢板肋4为矩形的，钢板肋4将罐壁沿圆周方向 分成相互独立的等底等高的弧状块；罐顶处的两层钢板中间沿周向呈放射状依次布置钢板 肋4，钢板肋4将罐顶沿周向分成相互独立的圆弧块。本实施例提供的大型液化天然气储罐外壳的施工方法为一、建造钢筋混凝土罐底；二、采用分层施工的方法建造罐壁，即焊接一层内、外罐壁，然后在两层钢板中间 沿圆周方向焊接竖向的钢板肋4，钢板肋4的两侧分别与内层钢板1、外层钢板2焊接在一 起，钢板肋4将罐壁沿圆周方向分成相互独立的等底等高的弧状块；用混凝土泵把搅拌好 的混凝土浇注到每个弧状块中，完成该层段的施工，接着再沿着该层钢板的上端焊接上一 层的内、外层钢板及钢板肋，再向其中浇注混凝土，进行上一层的施工，如此，直到完成整个 罐壁的施工；三、建造罐顶，将预制好的钢板现场焊接成由内、外两层钢板构成的罐顶，在两层 钢板中间沿周向呈放射状依次焊接钢板肋4，钢板肋4的两侧分别与罐顶的内、外层钢板焊 接在一起，钢板肋4将罐顶沿周向分成相互独立的圆弧块；在每块圆弧块的底部开灌浆孔14，顶部开观察孔15，用混凝土泵把搅拌好的混凝土从灌浆孔14浇灌到每个圆弧块中，直 至顶部观察孔15有混凝土溢出时，停止灌注，完成罐顶的施工。实施例6 结合图7、图8所示，这种大型液化天然气储罐外壳包括罐壁、罐顶、罐底，罐壁、罐 顶均由内、外两层钢板中间夹混凝土层3构成，罐底由钢筋混凝土板构成。罐壁处两层钢 板中间沿垂直方向从下到上依次布置钢板肋5，钢板肋5为环形肋，钢板肋5将罐壁从下到 上分成相互独立的层段；罐顶处的两层钢板中间沿径向依次布置钢板肋5，钢板肋5为环形 肋，钢板肋5将罐顶分成相互独立的层段。本实施例提供的大型液化天然气储罐外壳的施工方法为，将罐底的钢筋混凝土板 打好，把预制好的钢板现场焊接成由内、外两层钢板构成的罐壁，然后在两层钢板中间沿垂 直方向从下到上依次焊接环形的钢板肋5，钢板肋5的两侧分别与内层钢板1、外层钢板2 焊接在一起，是水平的，钢板肋5将罐壁从下到上分成相互独立的层段；在每段的底部开灌 浆孔14，顶部开观察孔15，接着用混凝土泵把搅拌好的混凝土从灌浆孔14浇灌到每个环形 层段中，直至顶部观察孔15有混凝土溢出时，停止灌注，完成罐壁的施工；将预制好的钢板 现场焊接成由内、外两层钢板构成的罐顶，在两层钢板中间沿径向依次焊接环形的钢板肋 5，钢板肋的两侧分别与罐顶的内、外层钢板焊接在一起，钢板肋5将罐顶分成相互独立的 层段；在每段的底部开灌浆孔14，顶部开观察孔15，片混凝土泵把搅拌好的混凝土从灌浆 孔14浇灌到每个段中，直至顶部观察孔15有混凝土溢出时，停止灌注，完成罐顶的施工。实施例7 结合图9、图10所示，这种大型液化天然气储罐外壳包括罐壁、罐顶、罐底，罐壁、 罐顶均由内、外两层钢板中间夹混凝土层3构成，罐底由钢筋混凝土板构成。参阅图14，罐 壁处两层钢板中间沿垂直方向从下到上依次布置钢板肋5，钢板肋为环形肋5，钢板肋5将 罐壁从下到上分成相互独立的层段，罐壁处相邻的两个环形肋5之间沿圆周方向依次布置 竖向的钢板肋4 ；罐顶处的两层钢板中间沿径向依次布置钢板肋5，钢板肋5为环形肋，钢板 肋5将罐顶分成相互独立的层段，罐顶处相邻的两个环形肋之间沿圆周方向依次布置径向 的钢板肋4。这样，可将罐顶及罐壁分隔成一个一个的格子。本实施例中，罐壁顶端设置有环形圈梁10，罐顶下焊接竖向支撑钢管11，参阅图 11、图12、图13所示，支撑钢管11均布在同一个圆周面上，相邻的支撑钢管11在底端通过 钢绞线12连接，钢绞线12将支撑钢管11连接后，形成一个由钢绞线12构成的稳定环13， 支撑钢管11的底端与环形圈梁10之间也连接有钢绞线16，该钢绞线16沿稳定环13的圆 周面均勻分布，钢绞线16与稳定环13之间的夹角是钝角。本实施例提供的大型液化天然气储罐外壳的施工方法为一、建造钢筋混凝土罐底。二、采用分层施工的方法建造罐壁，即焊接一层内、外罐壁，在两层钢板中间沿圆 周方向焊接竖向的钢板肋4，钢板肋4的两侧分别与内层钢板1、外层钢板2焊接在一起， 接着再焊接水平的钢板肋5，形成沿罐壁周围依次排列的格子，在每个格子的底部开灌浆孔 14，上部开观察孔15 ；用混凝土泵把搅拌好的混凝土从灌浆孔14灌注到每个格子中，当观 察孔15有混凝土溢出时，停止灌注，完成该层段的施工，接着再如此进行上一层的施工，直 到最上层罐壁的施工，在进行最上层罐壁的施工时，将环形圈梁10浇注在其中，钢绞线预留孔道。三、建造罐顶，将预制好的钢板现场焊接成由内、外两层钢板构成的罐顶，在两层 钢板中间沿周向呈放射状依次焊接钢板肋4，钢板肋4的两侧分别与罐顶的内、外层钢板焊 接在一起，再焊接环形的钢板肋5，使罐顶周身布满依次排列的格子；在每个格子的底部开 灌浆孔14，顶部开观察孔15，用混凝土泵把搅拌好的混凝土从灌浆孔14浇灌到每个圆弧块 中，直至顶部观察孔15有混凝土溢出时，停止灌注，完成罐顶的施工。四、进行支撑钢管11、钢绞线的安装、锚固和封锚。
权利要求
1.一种大型液化天然气储罐外壳，这种大型液化天然气储罐外壳包括罐壁、罐顶、罐 底，其特征在于这种大型液化天然气储罐外壳的罐壁和罐顶均由内层钢板(1)、外层钢板 ⑵中间夹混凝土层⑶构成。
2.根据权利要求1所述的大型液化天然气储罐外壳，其特征在于所述的罐底由钢筋 混凝土板(3)构成，或者罐底为底部框架(7)，整个罐体座落在底部框架(7)上，底部框架 (7)由混凝土梁柱(9)和混凝土板(8)构成，罐壁与混凝中板(8)密闭连接。
3.根据权利要求2所述的大型液化天然气储罐外壳，其特征在于所述的罐壁处混凝 土层(3)中沿垂直方向上依次并排焊接钢筋(6)，罐顶处的混凝土层(3)中沿圆弧方向依次 并排焊接钢筋(6)。
4.根据权利要求2所述的大型液化天然气储罐外壳，其特征在于所述的罐壁处两层 钢板中间沿圆周方向依次布置竖向的钢板肋(4)，钢板肋(4)为矩形的，钢板肋(4)将罐壁 沿圆周方向分成相互独立的等底等高的弧状块；罐顶处的两层钢板中间沿周向呈放射状依 次布置钢板肋(4)，钢板肋(4)将罐顶沿周向分成相互独立的圆弧块。
5.根据权利要求4所述的大型液化天然气储罐外壳，其特征在于所述的钢板肋(4) 将罐顶沿周向均勻分成相互独立的八个圆弧段。
6.根据权利要求2所述的大型液化天然气储罐外壳，其特征在于所述的罐壁处两层 钢板中间沿垂直方向从下到上依次布置钢板肋(5)，钢板肋(5)为环形肋，钢板肋(5)将罐 壁从下到上分成相互独立的层段；罐顶处的两层钢板中间沿径向依次布置钢板肋(5)，钢 板肋(5)为环形肋，钢板肋(5)将罐顶分成相互独立的层段。
7.根据权利要求6所述的大型液化天然气储罐外壳，其特征在于所述的罐壁处相邻 的两个环形肋之间沿圆周方向依次布置竖向的钢板肋(4)，罐顶处相邻的两个环形肋之间 沿圆周方向依次布置径向的钢板肋(4)。
8.根据权利要求3或4或6或7所述的大型液化天然气储罐外壳，其特征在于所述 的罐壁顶端设置有环形圈梁(10)，罐顶下焊接竖向支撑钢管(11)，相邻的支撑钢管(11)在 底端通过钢绞线(12)连接，连接后的钢绞线形成稳定环(13)，支撑钢管(11)的底端与环形 圈梁(10)之间也连接有钢绞线(16)，该钢绞线(16)沿稳定环(13)的圆周面均勻分布，该 钢绞线(16)与稳定环(13)之间的夹角是钝角。
9.一种权利要求4所述的大型液化天然气储罐外壳的施工方法，其特征在于这种大 型液化天然气储罐外壳的施工方法为一、建造钢筋混凝土罐底；二、采用分层施工的方法建造罐壁，即焊接一层内、外罐壁，然后在两层钢板中间沿圆 周方向焊接竖向的钢板肋(4)，钢板肋⑷的两侧分别与内层钢板(1)、外层钢板(2)焊接 在一起，钢板肋(4)将罐壁沿圆周方向分成相互独立的等底等高的弧状块；用混凝土泵把 搅拌好的混凝土浇注到每个弧状块中，完成该层段的施工，接着再沿着该层钢板的上端焊 接上一层的内、外层钢板及钢板肋，再向其中浇注混凝土，进行上一层的施工，如此，直到完 成整个罐壁的施工；三、建造罐顶，将预制好的钢板现场焊接成由内、外两层钢板构成的罐顶，在两层钢板 中间沿周向呈放射状依次焊接钢板肋(4)，钢板肋(4)的两侧分别与罐顶的内、外层钢板焊 接在一起，钢板肋(4)将罐顶沿周向分成相互独立的圆弧块；在每块圆弧块的底部开灌浆孔(14)，顶部开观察孔(15)，用混凝土泵把搅拌好的混凝土从灌浆孔(14)浇灌到每个圆弧 块中，直至顶部观察孔(15)有混凝土溢出时，停止灌注，完成罐顶的施工。
10. 一种权利要求7所述的大型液化天然气储罐外壳的施工方法，其特征在于这种大 型液化天然气储罐外壳的施工方法为一、建造钢筋混凝土罐底；二、采用分层施工的方法建造罐壁，即焊接一层内、外罐壁，在两层钢板中间沿圆周方 向焊接竖向的钢板肋(4)，钢板肋⑷的两侧分别与内层钢板(1)、外层钢板(2)焊接在一 起，接着再焊接水平的钢板肋(5)，形成沿罐壁周围依次排列的格子，在每个格子的底部开 灌浆孔(14)，上部开观察孔(15)；用混凝土泵把搅拌好的混凝土从灌浆孔(14)灌注到每个 格子中，当观察孔(15)有混凝土溢出时，停止灌注，完成该层段的施工，接着再如此进行上 一层的施工，直到完成整个罐壁的施工；三、建造罐顶，将预制好的钢板现场焊接成由内、外两层钢板构成的罐顶，在两层钢板 中间沿周向呈放射状依次焊接钢板肋(4)，钢板肋(4)的两侧分别与罐顶的内、外层钢板焊 接在一起，再焊接环形的钢板肋(5)，使罐顶周身布满依次排列的格子；在每个格子的底部 开灌浆孔(14)，顶部开观察孔(15)，用混凝土泵把搅拌好的混凝土从灌浆孔(14)浇灌到每 个圆弧块中，直至顶部观察孔(15)有混凝土溢出时，停止灌注，完成罐顶的施工。
全文摘要
本发明涉及的是大型液化天然气储罐外壳，属于地面液化天然气储罐外壳，这种大型液化天然气储罐外壳包括罐壁、罐顶、罐底，罐壁和罐顶均由内、外两层钢板中间夹混凝土层构成，罐壁处混凝土层中沿垂直方向上依次并排焊接钢筋，罐顶处的混凝土层中沿圆弧方向依次并排焊接钢筋。本发明由内、外两层的钢和中间的混凝土组合构成，完全可保证结构具有良好的抗渗性，且没有突出在外表面上的锚同节点，光滑整齐，外观优美。
文档编号E04G21/00GK102003095SQ20101052631
公开日2011年4月6日 申请日期2010年11月1日 优先权日2010年11月1日
发明者张文福, 计静, 赵文艳 申请人:东北石油大学