CN110342127B - 一种低温储罐内罐锚固装置及锚固方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种低温储罐内罐锚固装置及锚固方法。本发明所述低温储罐包括内罐和外墙，所述内罐和外墙之间为环形空间，所述内罐的底部设有底环板，所述装置包括第一低温钢筋、低温套筒和第二低温钢筋，其中，所述第一低温钢筋的一端与所述内罐的底环板连接，所述第一低温钢筋的另一端与所述低温套筒的一端可拆卸连接；所述第二低温钢筋的一端与所述外墙连接，所述第二低温钢筋的另一端与所述低温套筒的另一端可拆卸连接。本发明使得低温储罐内罐能够达到抗地震激励下内罐倾覆能力的同时，结构简单可靠，易于制作安装，而且不容易损伤内罐，避免了内罐中液体泄露的风险。

Description

一种低温储罐内罐锚固装置及锚固方法

技术领域

本发明涉及低温液体输配技术领域，具体涉及一种低温储罐内罐锚固装置及锚固方法。

背景技术

低温储罐作为低温液体燃料工厂重要的存储设备，对其安全性要求非常高。通常低温储罐按照包容性可以分为单容罐、双容罐和全容罐，这三种形式的储罐均包含盛装低温液体的内罐。

在地震激励下内罐内液体发生晃荡，会对整个内罐产生一个倾覆力矩，根据规范API625的要求，当该倾覆力矩大于储罐抗倾覆能力的1.57倍时需要对内罐采取锚固措施，而目前通常采取的锚固措施为设置锚固带系统，锚固带系统的结构如图1所示，其组成主要包括锚固带止动板11、底部锚固带22、锚固套筒33、上部锚固带44、锚固带卡环55等部分，每个部分由数个结构件焊接而成，该系统的所有结构件材料均为X7Ni9钢。该种锚固装置采取将内罐66与下方承台进行固定的方式。

根据目前大量的实践项目经验，采用上述类型的锚固带系统主要存在以下问题：

锚固带系统最上端的固定板焊接在内罐壁板上面，虽然焊接完成后进行无损检测，但是仍然会对内罐造成一定的损伤，对内罐的寿命产生影响，甚至会产生液体泄露的风险；

锚固带系统作为一种附属结构，因结构复杂，其造价过高，一个16万方低温储罐的锚固带系统材料费用达到400万，随着罐容的增大，该费用会更高；

单个锚固带系统体积虽然不大，但其结构组成复杂，而且所需数量多，制作工期较长，一个16万方低温储罐的施工周期达到2-3个月；

由于锚固带系统部分结构需要预埋在承台中，使得锚固带系统要在承台施工之前完成制作，基于该要求储罐内罐安装厂家最少提前半年时间入驻施工现场，产生大量的人员和管理费用；

锚固带系统和内罐材料均为X7Ni9钢，通常这两种结构的材料同时采办，但是锚固带系统要提前内罐大概1年半的时间使用，这使得内罐X7Ni9钢的采办工作大大提前，采办时间仓促不利于采办到性价比更高的材料，影响该种锚固带系统的大力应用与推广。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明旨在提供一种新的低温储罐内罐锚固装置及锚固方法，该装置能够达到抗地震激励下内罐倾覆能力的同时，结构简单可靠，易于制作安装，而且不容易损伤内罐，避免内罐中液体泄露的风险。

本发明提出一种低温储罐内罐锚固装置，所述低温储罐包括内罐和外墙，所述内罐和外墙之间为环形空间，所述内罐的底部设有底环板，所述底环板的一部分位于所述环形空间，所述低温储罐内罐锚固装置包括第一低温钢筋、低温套筒和第二低温钢筋，其中，

所述第一低温钢筋的一端与所述内罐的底环板连接，所述第一低温钢筋的另一端与所述低温套筒的一端可拆卸连接；

所述第二低温钢筋的一端与所述外墙连接，所述第二低温钢筋的另一端与所述低温套筒的另一端可拆卸连接。

上述的低温储罐内罐锚固装置，所述内罐的底环板上设有长孔，所述长孔的中心线延长线穿过所述内罐的旋转中心线，所述第一低温钢筋通过所述长孔与所述内罐的底环板连接。

上述的低温储罐内罐锚固装置，所述第二低温钢筋与所述外墙的连接点在所述底环板长孔的中心线延长线上。

上述的低温储罐内罐锚固装置，所述第二低温钢筋与所述外墙的低温钢筋相连接。

上述的低温储罐内罐锚固装置，所述外墙朝向内罐侧设有夹层，所述装置还包括低温套管，所述低温套管的两端开口，所述低温套管穿过所述低温储罐的内罐与外墙之间的夹层，并与所述夹层气密连接，所述第二低温钢筋穿过所述低温套管内部后与所述外墙连接。

上述的低温储罐内罐锚固装置，所述夹层包括热角保护层和外墙内衬板。

上述的低温储罐内罐锚固装置，所述锚固装置沿所述内罐的外周设有若干组。

本发明还提供一种低温储罐内罐的锚固方法，所述方法包括：

将第一低温钢筋与所述低温储罐内罐的底环板连接，将第二低温钢筋与所述低温储罐的外墙连接，将所述第一低温钢筋与所述第二低温钢筋通过低温套筒可拆卸连接，所述第一低温钢筋、低温套筒和第二低温钢筋组成锚固装置。

上述的低温储罐内罐的锚固方法，通过所述内罐的底环板上开设长孔使所述第一低温钢筋与所述底环板连接，所述长孔的中心线延长线穿过所述内罐的旋转中心线，长孔的中心长度L为：

L＝α(T_a-T_LNG)R

其中，L为长孔中心长度，单位为mm；α为-168℃～0℃下平均线性膨胀系数，单位为/℃；T_a为最大环境温度，单位为℃；T_LNG为操作温度，单位为℃；R为所述低温储罐的内罐半径，单位为mm。

上述的低温储罐内罐的锚固方法，所需第一低温钢筋和第二低温钢筋的总横截面积相同，均为：

其中，A为所述锚固装置低温钢筋的总横截面积，单位为mm²；M_S为地震作用下所述内罐及内部液体的倾覆力矩，单位为N·mm；D为所述内罐的直径，mm；W₂为所述内罐的自重与吊顶作用于所述内罐的恒载，单位为N；a_V为竖向地震影响系数；F_y为所述低温钢筋的屈服应力，单位为MPa；

所述锚固装置沿所述内罐的底环板周向布置一组，用于锚固的所述第一低温钢筋和第二低温钢筋的直径均为D_re，则需要的锚固装置数量为：

其中，n为所述锚固装置的数量；D_re为所述低温钢筋的直径，单位为mm。

本发明相比于现有的低温储罐锚固装置，颠覆了传统的内罐与承台固定的锚固方式，结构简单，锚固简便，能够节省建造成本，而且设计的结构为中间可拆卸连接，因此可以一部分一部分地加工，进而能够节省安装施工工期与材料的采购周期；内罐安装完成后不用再在内罐上面施工，能够最大程度地降低内罐的损伤，保证储罐的安全可靠。

附图说明

图1为传统锚固装置结构示意图；

图2为本发明一实施例低温储罐及锚固结构局部纵剖视结构示意图；

图3为本发明一实施例低温储罐及锚固结构局部横剖视结构示意图；

图4为本发明一实施例低温储罐锚固结构正视结构示意图；

附图标号说明：

11锚固带止动板、22底部锚固带、33锚固套筒、44上部锚固带、55锚固带卡环、66内罐；

1承台、2第二低温钢筋、3外墙的低温钢筋、4外墙、5内罐壁板、6热角保护层、7珍珠岩、8纤维毯、9低温套筒、10第一低温钢筋、11底环板壁板外侧、12底环板壁板内侧、13罐底保冷层；14底环板、15外墙内衬板、16长孔、17、低温套管。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的较佳实施例进行详细说明，以便更清楚理解本发明的目的、特点和优点。应理解的是，附图所示的实施例并不是对本发明范围的限制，而只是为了说明本发明技术方案的实质精神。

本发明的目的是针对目前常规锚固设施存在的问题，提出一种新的低温储罐内罐锚固装置及锚固方法，该装置能够达到抗地震激励下内罐倾覆的能力，而且结构简单，易于制作安装。

所述低温储罐包括内罐和外墙，所述内罐和外墙之间为环形空间，所述内罐的底部设有底环板，底环板的一部分位于环形空间。

本发明所述锚固装置主要由两节低温钢筋、一个连接该两节低温钢筋的低温套筒组成。

本发明所述装置中的两节低温钢筋，其中一节与内罐的底环板连接，另一节与外墙的低温钢筋相连。

本发明的装置材料为耐低温材料，主连接件为低温钢筋，一方面储罐混凝土外墙内侧要用到大量低温钢筋，该锚固装置的低温钢筋与墙体低温钢筋要求相同，并且可以使用外墙低温钢筋的余料；另一方面低温钢筋能够承受-196℃的低温，其与内罐底板连接后，即使内罐的低温会通过热传导的方法传递至低温钢筋，也不会对其力学性能产生影响。

本发明的锚固装置将内罐底环板与外墙相连，一方面该连接方式不会对内罐产生损伤；另一方面相对于与承台连接，该连接方式是与外墙连接，套筒能够方便地对两个阶段完成安装的低温钢筋进行连接，可以大大推后锚固装置的安装时间，为锚固装置的制作提供大量的时间。

具体地，如图2所示，承台1上放置有内罐，通常承台1与内罐底板之间设有罐底保冷层13。外墙4与承台1相连。所述第一低温钢筋10的一端与所述内罐的底环板14(图2示出底环板14的底环板壁板外侧11、底环板壁板内侧12)连接，所述第一低温钢筋10的另一端与所述低温套筒9的一端可拆卸连接。

需要说明的是，本发明中“第一”、“第二”仅是为了说明方便的指代词，不对顺序产生任何限定。

所述第二低温钢筋2的一端与所述外墙4连接，所述第二低温钢筋2的另一端与所述低温套筒9的另一端可拆卸连接。

如图3所示，所述内罐的底环板14上设有长孔16，所述长孔16的中心线延长线穿过所述内罐的旋转中心线，所述第一低温钢筋10通过所述长孔16与所述内罐的底环板14连接。如此设计，考虑了第一低温钢筋10与底环板14连接时，进液后底环板14的收缩。底环板14安装前在相应的位置可预制一个长孔16，第一低温钢筋10通过该长孔16与底环板相连。该长孔16的中心长度可以根据底环板14收缩量通过下式计算：

L＝α(T_a-T_LNG)R

式中，L为长孔的中心长度，单位为mm；α为-1688～0℃下平均线性膨胀系数，单位为/℃；T_a为最大环境温度，单位为℃；T_LNG为操作温度，单位为℃；R为所述低温储罐的内罐半径，单位为mm。

长孔16的尺寸充分考虑内罐进液后的收缩，保证正常工况下锚固装置不受力，而地震激励下锚固装置能够发挥最大作用。

上述的低温储罐内罐锚固装置，所述第二低温钢筋2与所述外墙4的连接点在所述底环板长孔16的中心线延长线上。

如图2所示，上述的低温储罐内罐锚固装置，所述第二低温钢筋2与所述外墙的低温钢筋3相连接。

具体地，第二低温钢筋2与外墙4的低温钢筋网片相连，连接点选择在钢筋网片的十字交点，并尽量保证连接点在底环板长孔的中心线延长线上。

由于内罐和外墙4之间为环向空间(如图3所示)，如图2所示，环向空间通常还设置有纤维毯8、珍珠岩7。其中纤维毯8紧邻内罐壁板5设置，珍珠岩7紧邻纤维毯8设置。外墙内衬板15紧邻外墙的低温钢筋3设置，在珍珠岩7和外墙内衬板15之间设有热角保护层6。第二低温钢筋2要穿过TCP(热角保护层)6及外墙内衬板15组成的夹层，为了降低对它们的影响，在TCP与外墙内衬板15之间还可安装一低温套管17，用于使锚固的第二低温钢筋从低温套管17穿过，并保证低温套管17与夹层之间连接的气密性，以免气体泄漏到夹层中。

所述低温套管17的两端开口，所述低温套管17穿过所述低温储罐外墙4的夹层，所述第二低温钢筋2穿过所述低温套管17内部后与所述外墙4连接。

如此使得低温套管与第二低温钢筋2之间为活动连接，当第二低温钢筋在地震作用下拉伸时不会对衬板与TCP层产生应力，即在对内罐起到锚固作用的同时不会对其他结构产生破坏。

在本发明的一实施例中，比如TCP的厚度为150mm，低温套管长度则取200mm左右，以保证套管跨越外墙内衬板与TCP层之间的距离。

当第一、第二低温钢筋安装完成后，通过连接低温套筒9将所有锚固部件连接成一个整体。

上述的低温储罐内罐锚固装置，所述锚固装置沿所述内罐的外周设有若干组。

根据规范要求，当储罐结构自身不能抵抗地震作用下的倾覆力矩时则需要采用机械的锚固装置，本专利采用低温钢筋作为锚固主件，每个储罐需要数套该装置。该锚固装置在储罐结构中的位置如图2所示，处于内罐与外墙之间空间的底部，将内罐与外墙连接在一起形成受力整体。

本发明一实施例锚固装置的详图如图3所示，由图可知，该装置主要由以下部分构成：第一低温钢筋10、第二低温钢筋2、低温套筒9。第一低温钢筋10与内罐外侧的底环板14相连，第二低温钢筋2与外墙的低温钢筋13相连，安装完成后两侧低温钢筋通过低温套筒9相连。

其中所需低温钢筋的总横截面积为：

式中，A为所述锚固装置低温钢筋的总横截面积，单位为mm²；M_S为地震作用下所述内罐及内部液体的倾覆力矩，单位为N·mm；D为所述内罐的直径，mm；W₂为所述内罐的自重与吊顶作用于所述内罐的恒载，单位为N；a_V为竖向地震影响系数；F_y为所述低温钢筋的屈服应力，单位为MPa。

所述锚固装置沿所述内罐的底环板周向布置一组，若用于锚固的低温钢筋直径为D_re，则需要的锚固装置套数为：

式中，n为所述锚固装置的数量；D_re为所述低温钢筋的直径，可使第一低温钢筋和第二低温钢筋直径相同，单位为mm。

本发明专利的实施方式和步骤具体如下：

1、根据规范要求计算所需该锚固装置的套数，并确定第一和第二低温钢筋的长度和直径；

2、根据确定的低温钢筋尺寸，加工相应长度的钢筋并在其中一端攻丝，同时完成连接套筒、套管的制作；

3、储罐外墙第一层低温钢筋绑扎完成后安装该锚固装置的第二低温钢筋；

4、在第二低温钢筋外表面安装低温套管，套管一端紧贴墙体内侧低温钢筋网片；

5、安装外墙底部衬板与TCP层之前根据套管直径钻孔，安装时穿过已固定的套管并在相交位置处进行焊接保证气密性；

6、安装完衬板与TCP层之后，在第二低温钢筋的丝扣端安装套筒，套筒未接入侧采取保护措施，防止施工杂物进入套筒；

7、计算底环板的开孔尺寸，基于该尺寸安装内罐底环板前对底环板进行预制开孔；

8、内罐底环板安装完成后，安装该锚固装置的第一低温钢筋，可通过绑扎进行连接；

9、将第一低温钢筋装入套筒预留接口中，并通过丝扣拧紧其与套筒，确保两侧低温钢筋连接稳定。

本发明锚固装置的低温钢筋只需在连接的端部进行预弯及攻丝处理，内罐底环板穿孔，不需要其他制作加工，制作非常简单，而且可以与外墙的低温钢筋网片同时制作，由于锚固装置数量并不是太大，所以其制作几乎不额外占用工期。

所需低温钢筋长度一般小于2m，低温钢筋可以采用墙体低温钢筋网片制作后截断的余料；低温套筒及套管价格低廉，套管长度一般不到0.2m。据初步估算，一个16万方低温储罐的材料成本在20万以内，远远低于目前常规的锚固带系统。

本发明实施例的有益效果，举例来说，对于一个常规16万方的低温储罐，能够节省建造成本近400万元；对于一个常规16万方的低温储罐，能够节省大约2至3个月安装施工工期；在材料采办方面，能够为低温储罐内罐材料X7Ni9钢争取到最少1年的时间；内罐安装完成后不用再在内罐上面施工，能够最大程度地降低内罐的损伤，保证储罐的安全可靠。

概况来说，本发明专利所述装置不用预埋在承台中，而是预埋在储罐外墙中，并且其由土建施工单位进行制作与施工，所以可以大量延后储罐安装施工单位的进场时间，节省大量的费用。

本发明所述装置锚固主材料为低温钢筋，与外墙所用低温钢筋同时采办，而且这两部分的低温钢筋几乎同时使用，不影响任何材料的采办时间；相比于常规的锚固带方案，这种新的锚固装置不影响内罐材料X7Ni9钢的采办，为储罐结构中关键材料X7Ni9钢的采办提供了充足的时间。

本发明所述装置与内罐底环板相连，由于底环板承受的荷载远小于内罐壁板，而且底环板的安全性要求也远小于壁板，因此该锚固装置对储罐主体结构的损伤远远小于常规的锚固带系统。

该锚固装置采用低温钢筋将内罐与外墙连接在一起，能有效抵抗地震激励下内罐的倾覆，并且低温钢筋及低温套筒能够承受-196℃的低温，与-165℃的内罐底环板相连对其力学性能没有影响，因此该装置能够起到规范中要求的锚固作用。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中实施例的各零部件、装置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。

Claims (9)

1.一种低温储罐内罐锚固装置，所述低温储罐包括内罐和外墙，所述内罐和外墙之间为环形空间，所述内罐的底部设有底环板，所述底环板的一部分位于所述环形空间，其特征在于，所述装置包括第一低温钢筋、低温套筒和第二低温钢筋，其中，

所述第一低温钢筋的一端与所述内罐的底环板连接，所述第一低温钢筋的另一端与所述低温套筒的一端可拆卸连接；

所述第二低温钢筋的一端与所述外墙连接，所述第二低温钢筋的另一端与所述低温套筒的另一端可拆卸连接；

所述第二低温钢筋与所述外墙的低温钢筋相连接。

2.根据权利要求1所述的低温储罐内罐锚固装置，其特征在于，所述内罐的底环板上设有长孔，所述长孔的中心线延长线穿过所述内罐的旋转中心线，所述第一低温钢筋通过所述长孔与所述内罐的底环板连接。

3.根据权利要求2所述的低温储罐内罐锚固装置，其特征在于，所述第二低温钢筋与所述外墙的连接点在所述底环板长孔的中心线延长线上。

4.根据权利要求1至3任一项所述的低温储罐内罐锚固装置，所述外墙朝向内罐侧设有夹层，其特征在于，所述装置还包括低温套管，所述低温套管的两端开口，所述低温套管穿过所述夹层，并与所述夹层气密连接，所述第二低温钢筋穿过所述低温套管内部后与所述外墙连接。

5.根据权利要求4所述的低温储罐内罐锚固装置，其特征在于，所述夹层包括热角保护层和外墙内衬板。

6.根据权利要求1至3或5任一项所述的低温储罐内罐锚固装置，其特征在于，所述锚固装置沿所述内罐的外周设有若干组。

7.一种低温储罐内罐的锚固方法，其特征在于，所述方法包括：

将第一低温钢筋与所述低温储罐内罐的底环板连接，将第二低温钢筋与所述低温储罐的外墙连接，将所述第一低温钢筋与所述第二低温钢筋通过低温套筒可拆卸连接，所述第一低温钢筋、低温套筒和第二低温钢筋组成锚固装置；

根据规范要求计算所需该锚固装置的套数，并确定第一和第二低温钢筋的长度和直径；

根据确定的低温钢筋尺寸，加工相应长度的钢筋并在其中一端攻丝，同时完成连接套筒、套管的制作；

储罐外墙第一层低温钢筋绑扎完成后安装该锚固装置的第二低温钢筋；

在第二低温钢筋外表面安装低温套管，套管一端紧贴墙体内侧低温钢筋网片；

安装外墙底部衬板与TCP层之前根据套管直径钻孔，安装时穿过已固定的套管并在相交位置处进行焊接保证气密性；

安装完衬板与TCP层之后，在第二低温钢筋的丝扣端安装套筒，套筒未接入侧采取保护措施，防止施工杂物进入套筒；

计算底环板的开孔尺寸，基于该尺寸安装内罐底环板前对底环板进行预制开孔；

内罐底环板安装完成后，安装该锚固装置的第一低温钢筋，可通过绑扎进行连接；

将第一低温钢筋装入套筒预留接口中，并通过丝扣拧紧其与套筒，确保两侧低温钢筋连接稳定。

8.根据权利要求7所述的低温储罐内罐的锚固方法，其特征在于，通过所述内罐的底环板上开设长孔使所述第一低温钢筋与所述底环板连接，所述长孔的中心线延长线穿过所述内罐的旋转中心线，长孔的中心长度L为：

L＝α(T_a-T_LNG)R

其中，L为长孔中心长度，单位为mm；α为-168～0℃下平均线性膨胀系数，单位为/℃；T_a为最大环境温度，单位为℃；T_LNG为操作温度，单位为℃；R为所述低温储罐的内罐半径，单位为mm。

9.根据权利要求7或8所述的低温储罐内罐的锚固方法，其特征在于，所述第一低温钢筋和第二低温钢筋的直径相同，所需第一低温钢筋和第二低温钢筋的总横截面积为：

其中，A为所述锚固装置所需低温钢筋的总横截面积，单位为mm²；M_S为地震作用下所述内罐及内部液体的倾覆力矩，单位为N·mm；D为所述内罐的直径，mm；W₂为所述内罐的自重与吊顶作用于所述内罐的恒载，单位为N；a_V为竖向地震影响系数；F_y为所述低温钢筋的屈服应力，单位为MPa；

所述锚固装置沿所述内罐的底环板周向布置一组，用于锚固的所述第一低温钢筋和第二低温钢筋的直径均为D_re，则需要的锚固装置数量为：

其中，n为所述锚固装置的数量；D_re为所述低温钢筋的直径，单位为mm。