一种气密式全混凝土LNG全容储罐的制作方法

本发明涉及一种液化天然气(lng)存储容器设备，具体是关于一种气密式全混凝土lng全容储罐，属于lng输配技术领域

背景技术：

lng是通过低温液化工艺将常规天然气在常压下冷却至-160℃以下并分离出硫、磷等污染元素后，获得的以甲烷为主要组成部分的清洁能源。低温作用使lng存储状态发生巨大变化，体积压缩到1/600左右，密度约为480kg/m³的无色、无味且无腐蚀性的液体。在lng产业链中，安全存储是其中的一个关键环节。lng全容储罐是lng产业链中的核心存储设施，投资大、技术密集、安全性要求高。目前，常规lng全容储罐主体结构由外罐和内罐两部分组成。其中，外罐为预应力钢筋混凝土结构，具有lng气密和液密性能，确保储罐在低温常压下安全运行，且控制储罐的bog(蒸发气)损失在经济合理范围内；内罐通常采用x7ni9钢板焊接成顶端开口的平底圆筒结构，作为lng装载的主容器。外罐和内罐中间留有环向空间，其内填充低热传导率的保冷材料，控制lng物料与外界环境的热交换速率。储罐在设计建造过程中，必须根据建设场地的地质条件进行分析计算，确保储罐结构满足高地震力(sse安全停运地震)作用下的抗震性能要求。尤其对于内罐结构，必须采用既满足结构力学性能要求，又必须满足施工安装中焊接技术要求的x7ni9板材。

受常规lng全容储罐制造过程中内罐壁板厚度要求的控制，使得罐容设计受到较大限制，无法大幅提高储罐单位容积的运行效率。除此之外，x7ni9钢材高昂的价格和较大的用量使得储罐的建造成本居高不下，这在一定程度上制约了lng产业的发展。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明的目的是提供一种建造成本低、单位容积运营效率高的气密式全混凝土lng全容储罐。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种气密式全混凝土lng全容储罐，其特征在于，该储罐包括：混凝土外罐，所述混凝土外罐为圆筒形预应力钢筋混凝土结构，其底端固定于混凝土承台上，且在位于所述混凝土外罐内部的所述混凝土承台上铺设有罐底保冷结构；混凝土穹顶，所述混凝土穹顶为球面圆弧型钢筋混凝土结构，其盖设于所述混凝土外罐的顶部；混凝土内罐，所述混凝土内罐为顶部开口且平底的圆筒形预应力钢筋混凝土结构，其底端固定于所述罐底保冷结构上，其顶部开口上铺设有罐顶保冷结构；罐壁保冷结构，所述罐壁保冷结构设置在所述混凝土内罐与混凝土外罐之间的环形空间内；气密式密封系统，所述气密式密封系统设置在靠近所述混凝土内罐一侧的所述罐壁保冷结构内；其中，所述气密式密封系统由垂直交叉连接的竖向和环向管线形成网状结构，所述竖向和环向管线在十字交叉部位密闭联通，且在所述竖向和环向管线上朝所述混凝土内罐一侧间隔地开设有多个出气孔，所述竖向和环向管线汇聚到一根汇管后穿出所述混凝土穹顶作为氮气注入口，通过向所述罐壁保冷结构内注入氮气以维持对所述混凝土内罐的微正压，以使在所述混凝土内罐外侧形成一个液密的压力平衡环境。

在一个优选的实施例中，在所述混凝土外罐和混凝土内罐的墙体内均设置有预应力系统，所述预应力系统包括沿高度方向间隔铺设在所述混凝土外罐和混凝土内罐墙体内的多根环向钢绞线，以及沿周向间隔铺设在所述混凝土外罐和混凝土内罐的墙体内的多根竖向钢绞线，且环向和竖向钢绞线均采用直径为15.7mm的1×7标准型钢绞线。

在一个优选的实施例中，所述混凝土外罐的高径比为0.4～0.8，墙体厚度为0.6～1.0m，墙体材料为c40或c50强度等级混凝土，且墙体内侧使用耐低温钢筋。

在一个优选的实施例中，所述混凝土内罐的墙体厚度为0.4～0.8m，墙体材料为c40或c50强度等级耐低温混凝土，且墙体混凝土内全部使用耐低温钢筋。

在一个优选的实施例中，所述混凝土承台为钢筋混凝土结构，材料为c40或c50强度等级混凝土，厚度为0.8～1.5m，所述混凝土承台底部采用坐地式或现浇式桩基础结构，且所述混凝土承台与混凝土外罐的底端通过钢筋混凝土固接。

在一个优选的实施例中，所述混凝土穹顶的弧度为0.7～1.0倍的所述混凝土外罐内径，材料为c40或c50强度等级混凝土，其内侧采用h型钢网壳作为混凝土终凝前的支撑结构，且所述混凝土穹顶的边缘环形区域8-20m范围与所述混凝土外罐的墙体呈直线切穹顶径向弧线形式；所述混凝土穹顶的内圈中心范围则为圆弧形，中心等厚度区域厚度为0.3～0.6m。

在一个优选的实施例中，所述竖向和环向管线的材质为不锈钢，所述竖向和环向管线间距为0.5～2.0m，所述竖向和环向管线上相邻两所述出气孔的间距为0.1～0.5m。

在一个优选的实施例中，所述罐底保冷结构采用抗压能力强的hlb600-hlb2400等级的泡沫玻璃砖材料；所述罐壁保冷结构包括包裹于所述混凝土内罐外侧的可通气弹性毡，以及填充于所述弹性毡与混凝土外罐之间的膨胀珍珠岩层，且所述气密式密封系统铺设于所述弹性毡内；所述罐顶保冷系统采用沉降压缩后为1.0～1.5m厚的弹性毡材料。

在一个优选的实施例中，在所述混凝土内罐底部设置有液体承压系统，所述液体承压系统紧贴所述混凝土内罐侧壁和底壁，其高度为5-10m，厚度为1.0-2.0mm，材料为不锈钢。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明采用结构力学性能稳定、价格低廉、易就地取材的钢筋混凝土结构代替常规lng全容储罐的x7ni9钢材，既极大提高内罐结构的承载能力，又节约大量建造成本，经综合评估测算，同比降低建造成本达10％以上，并基于此大幅突破常规lng全容储罐的罐容限制，解决了常规lng全容储罐因内罐结构x7ni9材料性能无法满足超大容积设计需求而限制单位容积存储效率的问题，显著提高了单位容积运营效率；同时，受施工方法不同的影响，能够通过灵活地调整施工方案而缩短建设工期。2、本发明在内罐紧邻外侧设置了管网状气密系统，通过注入一定压力的氮气可以维持对内罐的微正压，从而在内罐外侧形成一个液密的压力平衡环境，起到lng液体密封的效果。3、本发明在内罐底、外罐与内罐的环形空间和内罐顶均设置了保冷结构，可以控制罐内lng与外界的热交换速率。综上所述，本发明从工艺控制系统的设计理念和储罐结构及建造材料上，对lng全容储罐进行全面的提升和发展，可使lng储罐设计建造技术得到大幅提升，未来将在lng产业发展中发挥显著的经济效益和社会效益。

附图说明

图1是本发明的总体结构示意图；

图2是本发明角点处的局部放大示意图。

图中附图标记：

1-混凝土外罐；2-外罐预应力系统；3-罐壁保冷结构；4-罐底保冷结构；5-混凝土承台；6-混凝土穹顶；7-罐顶保冷结构；8-混凝土内罐；9-气密式密封系统；10-出气孔；11-内罐预应力系统；12-弹性毡；13-液体承压系统；14-氮气注入口；15-膨胀珍珠岩层。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。然而应当理解，附图的提供仅为了更好地理解本发明，它们不应该理解成对本发明的限制。

如图1、图2所示，本发明提供的气密式全混凝土lng全容储罐包括混凝土外罐1、混凝土承台5、混凝土穹顶6、混凝土内罐8和气密式密封系统9。其中，混凝土外罐1为圆筒形预应力钢筋混凝土结构，混凝土外罐1的底端固定于混凝土承台5上。混凝土穹顶6为球面圆弧型钢筋混凝土结构，混凝土穹顶6盖设于混凝土外罐1的顶部。在位于混凝土外罐1内部的混凝土承台5上铺设有罐底保冷结构4，混凝土内罐8为顶部开口且平底的圆筒形预应力钢筋混凝土结构，混凝土内罐8的底端固定于罐底保冷结构4上，其顶部开口上铺设有罐顶保冷结构7。混凝土内罐8与混凝土外罐1之间留有环形空间，在该环形空间内设置有罐壁保冷结构3。气密式密封系统9设置在靠近混凝土内罐8一侧的罐壁保冷结构3内，气密式密封系统9由垂直交叉连接的竖向和环向管线形成网状结构，竖向和环向管线在十字交叉部位密闭联通，且在竖向和环向管线上朝混凝土内罐8一侧间隔地开设有多个出气孔10。所有竖向和环向管线汇聚到一根汇管后穿出混凝土穹顶6作为氮气注入口14，通过向罐壁保冷结构3内注入一定压力的氮气可以维持对混凝土内罐8的微正压，从而在混凝土内罐8外侧形成一个液密的压力平衡环境，起到lng液体密封的效果。

在一个优选的实施例中，在混凝土外罐1和混凝土内罐8的墙体内分别设置有外罐预应力系统2和内罐预应力系统11，外罐预应力系统2和内罐预应力系统11包括沿高度方向间隔铺设在混凝土外罐1和混凝土内罐8的墙体内的多根环向钢绞线，以及沿周向间隔铺设在混凝土外罐1和混凝土内罐8的墙体内的多根竖向钢绞线，且环向和竖向钢绞线均采用直径为15.7mm的1×7标准型钢绞线。外罐预应力系统2和内罐预应力系统11可为混凝土外罐1与混凝土内罐8提供预压应力，以抵抗地震力作用下储罐混凝土产生的张拉应力造成的破坏。

在一个优选的实施例中，混凝土外罐1的高径比为0.4～0.8，墙体厚度为0.6～1.0m，墙体材料为c40或c50强度等级混凝土，且墙体内侧使用耐低温钢筋，可承受-40°以下的低温作用，不发生冷脆性破坏。

在一个优选的实施例中，混凝土内罐8的墙体厚度为0.4～0.8m，墙体材料为c40或c50强度等级耐低温混凝土，且墙体混凝土内全部使用耐低温钢筋，可承受-162°以下的低温作用，不发生冷脆性破坏。

在一个优选的实施例中，混凝土承台5为钢筋混凝土结构，材料为c40或c50强度等级混凝土，厚度为0.8～1.5m，混凝土承台5底部采用坐地式或现浇式桩基础结构，且混凝土承台5与混凝土外罐1的底端通过钢筋混凝土固接。

在一个优选的实施例中，混凝土穹顶6的弧度为0.7～1.0倍的混凝土外罐1内径，材料为c40或c50强度等级混凝土，其内侧采用h型钢网壳作为混凝土终凝前的支撑结构，且混凝土穹顶6的边缘环形区域8-20m范围与混凝土外罐1的墙体呈直线切穹顶径向弧线形式，以提高混凝土穹顶6与混凝土外罐1的连接抗拉性能；混凝土穹顶6的内圈中心范围则为圆弧形，中心等厚度区域厚度为0.3～0.6m。

在一个优选的实施例中，竖向和环向管线的材质为不锈钢，竖向和环向管线间距为0.5～2.0m，竖向和环向管线上相邻两出气孔10的间距为0.1～0.5m。

在一个优选的实施例中，罐底保冷结构5采用抗压能力强的hlb600-hlb2400等级的泡沫玻璃砖材料；罐壁保冷结构3由包裹于混凝土内罐8外侧的可通气弹性毡12和填充于弹性毡12与混凝土外罐1之间的膨胀珍珠岩层15组成，且气密式密封系统9铺设于弹性毡12内；罐顶保冷系统7采用沉降压缩后为1.0～1.5m厚的弹性毡材料。

在一个优选的实施例中，在混凝土内罐8底部设置有液体承压系统13，液体承压系统13紧贴混凝土内罐8侧壁和底壁，其高度为5-10m，厚度为1.0-2.0mm，材料为不锈钢。由于混凝土内罐8的底部lng液体静压力较大，且长期作用，该液体承压系统13可对混凝土内罐8底部起到较理想的液密性能，防止lng液体在罐底发生泄漏，导致储罐发生泄漏破坏。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。