CN110440129B - 一种安全型超大lng储罐 - Google Patents

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Abstract

一种安全型超大LNG储罐，特征是：罐体水平横截面呈圆筒形或多边形，罐体由预应力钢筋混凝土制作，罐壁面由一系列呈向内凸的微单元体组成，罐内设置纵、横、竖梁柱及三角形梁架‑剪力片结构，顶盖呈弧面、平顶、斜坡或球面形固定在梁柱上，罐内壁为内涂层或内贴层及其组合，罐体附加后张式预应力钢圈或钢丝绳束；设计将超大型LNG储罐转化为常规的钢筋混凝土筒体‑剪力片‑框架‑梁架结构的建筑容器，储罐内压可达3mpa，矩形和长方形便于标准化和积木叠加，容积可达数百万方，整体强度、刚度、安全性及抗震、抗灾及寿命提高数十倍，成本降低20‑40％。专利也适用于其他大型低品液态储罐，如液氮、氪里昂、页岩气等气体的液态储存。

Description

一种安全型超大LNG储罐
所属技术领域
本发明专利涉及一种安全型超大LNG储罐，属于石油化工的大型低温液化天然气(LNG)储罐领域，广泛适用于化工领域大型低温液体的储存。
背景技术
目前，众知石油化工的大型液化天然气(LNG)储罐，以全容式储罐应用最多、最广，全容式LNG储罐通常都是呈圆筒形，罐体最外层是预应力钢筋混凝土罐体圆筒，顶盖是轻质球冠形，盖内填珍珠岩粉体，周边带绝热泡沫密封，罐体最内层为敞口9NI钢板的金属容器，内外容器层间填充珍珠岩粉体构成保温层。这种结构的优点是：常温制作，在-165℃工作时能保证钢筋受拉，混凝土同时均匀受压，使混凝土不会发生收缩裂缝，防止混凝土冻裂。同时当发生意外灾害时，主要由外罐的预应力混凝土罐盛装内容器破损而溢出的液化气来获得保护。缺点是：超大型的预应力钢筋混凝土圆筒形罐体的制作十分困难，即便是采用三～四块弧形段组件焊接制作，也是很困难的；其次轻质球冠形顶盖由于跨度大，通常20万方的储罐，顶盖直径可达70米，制作和受力都十分困难，顶盖通常采用轻合金骨架，加上细钢丝绳，下面吊一个轻质骨架及铝板，顶盖内部填充粉体珍珠岩保温，从而使顶盖成为整个储罐中最为薄弱的环节。盛料内筒是9NI钢板构成的敞口容器，由于内外筒体都缺少必要的内外固定支承，当盛满低温液化天然气时，安全和稳定性都十分严重，稍有地震、意外灾害甚至恐怖袭击，其抗灾能力十分脆弱，而一旦发生灾害，其经济损失十分巨大，远远超过储罐本身的价值。所以目前生产的这种超大型全容储罐，都是由最初同样构造的内外全金属小罐逐步放大发展而来，当容积在10万方以上时，造价非常高昂，而强度、刚度、稳定、安全性都非常脆弱。目前国内的设计、制作技术尚处于引进和初期试作阶段。同时，上述储罐都为无压力储罐，无法承受任何内部压力，这样就要求制冷系统严格监测控制，因此制冷系统能耗很高。随着市场需求的加大，LNG储罐越来越大，且内部要求会要有一定的压力，故上述设计和制作的储罐就很难达到要求。如上理由设计人罗星健、罗义银在专利CN201210392911.4中已经有所具体说明。
所以，问题的关键就在于如何使设计、制作容易，安全性、稳定性高，造价低。发明专利CN201210392911.4提出改变这种结构形态，改圆筒形罐体为矩形或长方形，筒内可以用网格式梁柱加强，改轻质球面形顶盖改为钢筋混凝土的单向弧面形或平面或斜坡面，并支承在立柱子上。其余的设计与制作也作相应改变。这实际上就是将一个化工用的大型储罐改变成由大型梁架结构支撑的带外矩形或长方形剪力筒体的建筑结构，且能承受一定的内部压力。这样设计与制作成本可以降低40--50％。整体的安全性可以成数倍提高。同时，保温层可改变为外层或外层加内层保温，内层容器也可以改变为涂层、刚性或柔性贴层。
发明专利CN201210392911.4提出将现有的呈圆筒形的全容罐的水平横截面的圆形截面改成矩形或长方形，内部增加纵、横、竖的加强梁柱。并且取消内筒的敞口容器，这肯定是一种较好的改进，改由外筒直接盛装LNG液。但是，这种超大型储罐的四壁，虽然是承受液体静动压力，液压都压在四周平直的竖壁面上，在靠近罐体壁面中点偏下附近的部份承受有很大横向动静压力，一个平直的大墙面是很难抵抗这种动静压力，从而会产生壁板弯曲变形或开裂，尽管有内部的加强梁柱，除非加强梁柱设计得很密集，但是这样作，价格就会再度提高。所以本发明的关键技术：就是要改变这种平直壁板的承受静动压力的受力和变形状态，同时扩大筒体水平截面形态和改变预应力施加方式，使设计制作变得更加可靠、方便经济、适用和安全。
发明内容
为了克服现有超大型LNG全容罐的不安全现状，以及现有圆筒形的预应力钢筋混凝土设计、制作的困难，大大增强安全性和稳定性，本发明专利是本设计人在CN201210392911.4的基础上，进行进一步的改进设计。本发明专利保持CN201210392911.4的主要思路。但提出新的储罐罐体的水平横截面形状不限于矩形或长方形，其水平横截面呈多边形，包括矩形和长方形，也可以是圆形，罐体内同样增设纵、横、竖三向钢筋混凝土梁架或刚架，储罐顶盖呈单向弧面形或平顶或斜坡形，也能设计为钢筋混凝土制作的球面形顶盖，并固定支承在梁柱上，改内层保温为外层保温或内、外层保温，取消内筒敞口容器，混凝土罐内壁作为盛料层，盛料层为内涂层或内贴层，内涂层为防漏、防冻裂、防腐涂料，内贴层为低温镍钢、不锈钢、陶瓷或耐低温材料板或金属薄膜，或设计为内涂层再加内贴层。本专利的其核心技术是，要改变预应力混凝土罐竖壁板直接承受LNG液体的动静横向压力，其方法是将竖直壁面改成一系列向内凸的单弧面形状，从而使竖直壁面板由平直面(多边形、矩形或长方形)或弧面(圆筒形)由受动静压力发生拉伸弯曲变形状态，改变成一系列小的局部向内凸面承受纯动静压力的压缩变形状态，(正如任何一个高坝水电站的大水坝，坝体都不是平直坝体，也不会向坝外拱凸，而必须向坝内拱凸，因为平直面坝体或向坝外拱凸的坝体承受水压时，会产生坝体的拉伸和弯曲变形，从而使坝面外侧受拉，这对于混凝土坝或重力高坝均是很有害的。而坝体向内侧拱凸，则坝体受内部水压后呈挤压状态，整体抗弯能力成数十倍提高。本专利在这里只是将竖直罐体的壁面改成一系列局部竖直微单元面向罐内弯凸，从而改变罐体局部竖直微单元面承受液体动静压力的受力和变形状态。因为一个30万方以上的LNG储罐，其壁面高度达70-80米，如果容积再大，其高度更高，也就是一个高坝壁面，如果直接以此壁面承受液体动静压力，其壁厚将是很厚的。)因此，这里将CN201210392911.4的直面墙承受横向水力动静压力而产生受拉弯曲变形状态，改变成了同样罐壁的局部微单元体呈向内拱凸面而承受挤压变形状态，从而使微单元表面承受水力动静压力的变形状态呈现纯压缩变形，罐壁微单元的纵剖面内呈现剪切和压缩力状态，从而大大优化和简化了壁面的细观受力分布及变形状态，使罐体的制作、受力和成本都处于最优的状态，而整体的宏观内压力就完全集中在筒体的外加强筋和梁架-剪力片和支柱以及外加预应力构件所共同承担，预应力的施加方式，也灵活方便地采用后张式外加钢圈或外加钢丝绳束借机械可控紧固加力方式提供。从而能进一步有效提高罐体强度和降低制作成本，同时，纵、横、竖的加强梁柱也因罐体形状不同采用剪力筒体-框架-剪力片及三角构架结构组合，从而进一步优化设计，使整个罐体构成一个优化整体式的剪力筒体-框架-梁架-剪力片及三角构架组合的建筑结构，保温结构以外层保温为主。这样就将高难度的LNG的化工储罐设计制作问题转化为大型常规的优化建筑容器工程设计制作，这无论在设计、制作上我们都有成功丰富的经验。要注意的问题仅仅是结构的优化及超低温材料的选择和利用。因为矩形或长方形、多边形预应力钢筋混凝土筒体比现在制作的全容罐的圆形预应力钢筋混凝土筒体在设计、制作上要容易很多，矩形、长方形和多边形，甚至圆筒形预应力钢筋混凝土筒体再加上预应力钢筋混凝土的梁架结构作内部加强，在强度和稳定性方面比现有的LNG全容罐要提高数十倍，且能承受一定的内部压力，从而有效地降低了冷却系统的温控要求和能耗。即使是仍采用圆形筒体的预应力钢筋混凝土罐结构，我们也将预应力方式全部或部分改为后张式外加钢圈或钢丝绳束作为附加张紧结构，这样制作成本和可控张力也变得容易和节省。
本发明专利解决其技术问题所采用的技术方案是：将现有全容式所采用的单一水平横截面呈圆筒形的预应力钢筋混凝土LNG罐体改为矩形、长方形、多边形或保持圆筒形水平横截面的预应力钢筋混凝土LNG罐体，并增设内部预应力钢筋混凝土的纵、横、竖及空间三角形梁架-剪力片结构，将单一轻质球冠形顶盖改为钢筋混凝土制作的单同弧面形或平顶或斜坡形或球面顶盖，并固定支承在罐内的加强立柱上，改变罐体壁面的微单元为内凸面，从而改变微单元壁面呈现纯挤压受力状态，改内层保温为外层保温或内、外层组合保温，取消内圆筒的敞口容器，改为内涂层或内贴层，内涂层为防漏、防冻裂、防腐涂料，内贴层为低温镍钢、不锈钢、陶瓷或耐低温材料板以及粘贴金属薄膜等材料，或设计为内涂层再加内贴层，改变现有预应力罐体的预应力制作和加力方式，采用后张式，由外加钢圈、钢丝绳束作为附加预应力张紧结构，经机械可调节张紧力等灵活方式，从而大大简化设计和施工，也大大降低成本，这样就将高难度的超大型LNG储罐设计、制作问题转化为大型常规的预应力钢筋混凝土建筑容器的设计与制作，这无论在设计、制作上我们都有成功、丰富的经验，要注意的问题仅仅是合理的结构设计和超低温材料的选择和利用。本专利有和CN201210392911.4专利重叠的部份，并遵守CN201210392911.4的权属要求。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明专利进一步说明。
图1是本发明专利的外层为保温层、内层为预应力钢筋混凝土的L\JG储罐结构原理的纵截面剖视图。所表示的视图适合于各种横截面，如多边形、包括矩形、长方形及圆形。
图2a是图1的纵截面局部放大剖视图，主要表征罐体纵截面的壁面结构示意图。由于视图结构简单，就不按横截面图形状作重复表达。
图2b也是图1的纵截面局部放大剖视图的另一种型式，其区别仅在于壁面为复合型，中间衬有标准块状形式的隔热块。目的在于进一步提高罐壁的强度和刚度，同时实现水平方向梯度式温差，增强保温效果。
图3a是图1中的B-B向截面的局部放大剖视图，也是图2a中的B-B向截面的局部放大剖视图。主要表征罐壁的水平剖面的局部结构。图中特别标明了壁面的一系列呈向内凸的微单元体(6)。由于视图结构简单，以平直墙面来表征其特性，就不按横截面图形形状作重复表达。
图3b也是图1的B-B向截面的局部放大视图的另一种结构型式，其区别仅在于内壁面为单一的平面或弧面，没有局部的内凸面，目的在于作内贴层时，结构简单、操作方便。
图3c也是图1中的B-B向截面的局部放大剖视图，也是图2a中的B-B向截面的局部放大剖视图。主要表征罐壁的水平剖面的局部结构，标明罐体水平截面呈圆筒形。筒内壁面的一系列呈向内凸的微单元体的微内凸弧面。
图3d也是图1中的B-B向截面的局部放大剖视图，也是图2a中的B-B向截面的局部放大剖视图。主要表征罐壁的水平剖面的局部结构。只是罐体水平截面呈圆筒形。筒内壁呈直筒面，无微内凸弧面。
图4是图1中的A向局部放大示图，示图是去掉外保温层所示的结构，主要表征混凝土罐体外壁面的加强筋结构形态呈网格式特征。图中只标示加强筋呈矩形网格特征，不排除网格可是棱形，三角形等特征。
图5是图1的罐体的水平截面呈正八边形的结构形式示图为例。图中表征了壁面形态及内部水平面内加强梁架的一种结构形式示例，不排除还有许多更好的结构形式。但是图中忽略了纵向及空间斜向加强梁架的投影，目的是让示图简洁，结构清楚。
图6同样是图1的罐体的水平截面呈正方形的结构形式示图。图中表征了壁面形态及内部水平面内加强梁架的一种结构形式示例，不排除还有许多更好的结构形式。图中同样忽略了纵向及空间斜向加强朵架的投影，目的是让示图简洁，结构清楚。
图7同样是图1的罐体的水平截面呈圆形的结构形式示图。图中表征了壁面形态及内部水平面内加强梁架的一种结构形式示例，不排除还有许多更好的结构形式。图中同样忽略了纵向及空间斜向加强梁架的投影，目的是让示图简洁，结构清楚。
图8也是本发明专利的外层为保温层、内层为预应力钢筋混凝土的LNG储罐结构原理的纵截面剖视图的一种简略结构。其中梁架、梁柱成对称分布。
所有图中：1.外保温层，2.预应力钢筋混凝土罐体筒体，3.预应力钢筋混凝土的纵、横、竖梁柱及空间三角形梁架-剪力片构件，4.盛料层：由内贴层或内涂层加内保温层，5.附加预应力钢圈或钢丝绳束构件，6.壁面的一系列呈向内凸的微单元体。
具体实施方式
在图1中，盛料层(4)包括底表面一层，由内涂层或内贴层加内保温层组成，内涂层为防漏、防冻裂、防腐涂料，内贴层为低温镍钢、不锈钢、陶瓷或耐低温材料板、膜，也可由内涂层再加内贴层组成。受力层的预应力钢筋混凝土罐体筒体(2)包括底板和竖直壁面，除横截面为圆筒形而外，均为直板，靠近壁面设有三角形的空间构架加上支承梁架和剪力片结构用以加强筒体壁面强度和刚度，其中剪力片(通常建筑上又称短小剪力墙)为图中的水平短杆所示，整体制作加工都非常容易。预应力钢筋混凝土梁架的纵、横、竖及空间三角形梁架-剪力片构件(3)可以与预应力钢筋混凝土罐体筒体(2)一同加工制作，其中梁架和梁柱也可采用钢结构或部份钢结构，这由优化设计而定。预应力钢筋混凝土梁架的纵、横、竖梁架及空间三角形梁架-剪力片构件(3)与预应力钢筋混凝土罐体筒体(2)共同构成预预应力钢筋混凝土罐体的筒体-刚架-剪力片构成的整体性建筑结构的容器，这样设计制作的LNG储罐其刚度、强度、稳定性、安全性比现有生产的LNG全容罐要高出数十倍至上百倍。其中底部承力防漏层和控温层可以采用现有全容罐的方式单独制作在底部的预应力钢筋混凝土基础上，也可和上部的筒体作成一个整体，作成整体的强度更高，这部分图中没有特别表出。最外层为保温层(1)在这种设计的外保温层的制作会十分容易，罐顶为钢筋混凝土的单向弧面形，也可以是平顶或斜坡形顶面，也能作成钢筋混凝土的球面形(因结构简单，不再单独示图)，顶盖与竖直梁柱固定相连成整体，这样由筒体-剪力片-梁架构成一个坚固完整的空间容器，顶部留有进出料的开口，开口部有隔热密封，顶部开口部分图中没有特别标示出来。总之，图1所示的结构无论在设计、制作上都较现有的圆筒形LNG全容储罐容易许多，也简单得多，而且罐体整体的强度、刚度、安全性、稳定性要比现有的LNG全容罐高出数十倍。这些任何一个设计师只要比较两者都会一看就明白。
图2a是图1的纵截面局部放大剖视图，主要表征罐体纵截面的壁面结构的局部放大示意图。由于视图结构简单，就不按横截面图形状作重复表达。图中的数字表示和图1的一致。图中主要显示壁面结构的状态，特别是附加预应力钢圈或钢丝绳束(5)的状态。这种结构在制作上特别简便，是在预应力钢筋混凝土筒体(2)及内部纵、横、竖梁柱及三角形梁架-剪力片结构(3)作完后，再施加附加预应力钢圈或钢丝绳束(5)它属于后张式预应力结构，无论罐体横截面是多边形还是圆筒形，这种附加预应力钢圈或钢丝绳束(5)是十分容易施工制作的，而且预应力大小的控制也十分简便、准确。
图2b也是图1的纵截面局部放大剖视图的另一种型式，其区别仅在于筒体壁面为复合型，中间衬有标准尺寸结构的隔热块，目的在于进一步提高罐壁的强度和刚度，并节省壁厚材料，同时实现水平方向梯度式温差，增强保温效果。图中特别标明了预应力钢筋混凝土罐筒体(2)的壁面结构形态，标明是由带标准保温块制作的复合墙体状态。图中没有特别标明附加预应力钢圈或钢丝绳束(5)的状况，因为这种状况壁厚较大，可以不再增设附加预应力钢圈或钢丝绳束(5)，如果一定要加，也可以直接在罐体壁面外表面施加。
图3a是图1中的B-B向截面的局部放大剖视图，也是图2a中的B-B向截面的局部放大剖视图。图中主要表征罐壁的水平剖面的局部结构示意状态。图中特别标明了附加预应力钢圈或钢丝绳束(5)的状态，图中还特别标明了罐体壁面的一系列呈向内凸的微单元体(6)的状态，这种向内凸的微单元体在受液体压力，壁面内只产生径向剪力和周向压力，不产生壁面变曲变形，这就是大型水坝向坝内变凸的设计原理，这里把它应用在一个微小壁面内，目的是将罐内液体压力有效地转化到罐壁的加强筋和罐内的加强梁柱和梁架及剪力片上，从而大大减小罐壁的厚度，并有效提高罐体的整体刚度和强度。这种情况的罐体水平横截面呈多边形，包括矩形和长方形，因此壁面呈直面。图中也特别标明了罐体内部的纵、横、竖梁柱及三角形梁架-剪力片结构(3)的示意，图中(3)所示的呈水平形的带剖面线的短横框表征的是剪力片。
图3b也是图1的B-B向截面的局部放大视图的另一种结构型式，也是图2a中的B-B向截面的局部放大剖视图。和图3a的区别仅在于内壁面为单一的平面，没有局部的内凸面，目的在于作内贴层时，结构简单、操作方便。但外壁局部面依然是向内凸面，用于分解内部应力。图中同样特别标明了附加预应力钢圈或钢丝绳束(5)的状态。图中也同样特别标明了罐体内部的纵、横、竖梁柱及三角形梁架-剪力片结构(3)的示意，特别是剪力片的状态。
图3c也是图1中的B-B向截面的局部放大剖视图，也是图2a中的B-B向截面的局部放大剖视图。主要表征罐壁的水平剖面的局部结构。只是这种罐体水平截面是呈圆筒形。图中还特别标明了罐体壁面的一系列呈向内凸的微单元体(6)的状态。图中特别标明了附加预应力钢圈或钢丝绳束(5)的状态。图中也同样特别标明了罐体内部的纵、横、竖梁柱及三角形梁架-剪力片结构(3)的示意，特别是剪力片在图中是带剖面线的水平短框标示。
图3d也是图1中的B-B向截面的局部放大剖视图，也是图2a中的B-B向截面的局部放大剖视图。主要表征罐壁的水平剖面的局部结构。与图3c同样，罐体水平截面呈圆筒形。差别只是筒内壁没有微单元体的向内凸面，这主要是为了内贴层制作方便。图中特别标明了附加预应力钢圈或钢丝绳束(5)的状态。图中也同样特别标明了罐体内部的纵、横、竖梁柱及三角形梁架-剪力片结构(3)的示意，特别是剪力片的状态。
图4是图1中的A向局部放大示图，也是图2a中的A向局部放大示图。示图是去掉外保温层所示的结构，主要表征混凝土罐体外壁面的加强筋结构形态是呈网格式特征，当然网格状态也可以是倾斜网格或三角形网格形态，这些不一一列举。罐体及结构的制造应该是很容易的。
图5是图1的罐体的水平截面呈正八边形的结构示图。图中表征了罐体内部水平面内由加强梁架的一种结构形式示例，罐体壁面附近水平面内由一周均布的呈三角形梁架一剪力片(3)支承，不排除还有许多更好的结构形式。但是图中忽略了纵向及空间斜向加强梁架的投影，从图1和图5所示，不难理解还应该有空间梁架的投影。目的是让示图简洁，结构清楚。
图6同样是图1的罐体的水平截面呈正方形的结构形式示例图。图中表征了壁面形态，内部水平面内加强梁架的一种结构形式示例，不排除还有许多更好的结构形式。图中同样忽略了纵向及空间斜向加强梁架的投影，目的是让示图简洁，结构清楚。
图7同样是图1的罐体的水平截面呈圆形的结构形式示图。图中表征了壁面形态，内部水平面内加强梁架的一种结构形式示例，不排除还有许多更好的结构形式。图中同样忽略了纵向及空间斜向加强梁架的投影，目的是让示图简洁，结构清楚。
综上图5，图6，图7都是图1罐体为纵向剖面结构，水平截面分别为正多边形，(图5为正八边形，图6为正方形，)只有图7为圆筒形为代表的不同结构形态的储罐。由图示不难看出，所有这些结构的储罐都是以钢筋混凝土为主体的建筑容器，从设计到制造都可以归结为建筑设计与施工的典型工程。要完成这种工程，应该是不十分困难的。关键在于钢筋混凝土的抗裂低温特性的实验数据，有了这些数据，所有的设计都是现有建筑设计程序可以成功完成的。剩下的问题，就是内贴层中的材料选择，通常选用金属膜或金属板，也包括能耐超低温的粘结剂选择，也不排除可以选择其他能抗超低温脆裂和能防低温泄漏的高性能涂料作涂层。
图8是图1结构的简约示例，图中的纵、横、竖梁柱成均匀对称分布。这种结构整体性能较好，缺点在于不是优化结构。
当然不排除罐体结构还可以列更多的方案和示例，本专利并不逐-罗列。但是基本的结构形态是罐体横截面扩展到多边形和圆筒形，当然也包括矩形和长方形，不管横截面是何种形状，内部必需有加强梁柱、梁架结构，以及附加后张式预应力钢圈或钢丝绳束，以增强整体的强度和刚度，即使是圆筒形，也必须取消全容罐的内筒敞口容器，这些就是本专利的核心所在。本专利也是CN201210392911.4专利的进一步延伸和扩展，因此本发明专利遵守专利CN201210392911.4的全部权利要求。
总之，本发明专利所提供有罐体横截面呈各种多边形、圆筒形、矩形、长方形的实例，最优的罐体横截面形式应该是圆筒形和矩形。因为圆筒形施加附加预应力钢圈或钢丝绳束简便有效，但圆筒形的筒体制作较难，且占地利用率低；矩形制作容易，占地利用率高，附加预应力钢圈或钢丝绳束施工较圆筒形难；其他多边形间于两者之间。
这里没有过多地去举例各种实施方案，因为只要原理合理可行，可用的实例是非常多的，在这里没有必要去穷举各种实施例。因此这里仅仅举了图1和图8的实施方案为例，但结合罐体横截面的多边形、矩形、圆筒形的形式，实施例应该很多。而罐体竖直剖面的结构，只列举了图1和图8的示例。相比之下，图1的实施方案最省，也最好，图8的方案最保险，最安全，但造价偏高。至于罐体的横截面形态最好采用多边形，包括正方形和长方形。因为多边形截面的各边都是平面，很容易加工制作。但是圆形截面最容易附加预应力构件。所以最优的实施方案应该是竖剖面取图1的结构形式，而水平横截面取圆筒形最优，其次是取正方形。
无论什么截面形状的筒体，只要内部增设纵、横、竖梁柱及三角形梁架-剪力片结构(3)再增设附加预应力钢圈或钢丝绳束结构(5)则就构成了一个筒体-剪力片-刚架结构的建筑容器，虽然是常温制作，只要材料工艺合理，在超低温状态，只要能控制好低温裂缝的产生，则无疑是一种最好的方案。由于所有的方案都采用了筒体-剪力片-梁柱-梁架结构构成整体承力，从整体到局部的设计、制作都变得方便、容易，储罐的安全性、稳定性、抗地震、抗击外部灾害的能力都明显比现有LNG全容罐提高数十至百倍。同时由于罐体顶盖由钢筋混凝土制作和固定在梁柱上，所以内部可以承受较高的液态压力，按本专利的设计初步推算，15-100万方的LNG储罐内压可达3mpa以上。这样，在使用中，由于液化天然气的蒸发作用，内压和温度的控制就可以大大放宽，罐体内保持超低温的能耗就可以大大降低，这无疑是一项显著节能的设计与制作。同时这种结构的LNG储罐不受体积的限制，体积越大，单位体积的造价越低，运行时的单位体积耗能越小。如果选择正方形和长方形筒体，还可以作成标准体积罐体(5-10万方为一个标准体，其中每个标准体积不单独带泵类输入输出设备和温控设备)，可以象撘积木一样，进行任意组合成超大体积的储罐。其中各个标准罐体只要底部由管道和阀连接，其单个标准罐体的造价可以更低，因为其中中间和相接触面不用保温层，而且中间相临的标准罐的相临面的液体压力可以互相抵消，这些面的泄漏也不重要，只需要最外层的标准罐体的最外一边能防止泄漏和作成保温层即行，这样标准罐的单个造价会非常低。而且整个罐群的维修和维护成本会更低。因为其中某个边缘的标准罐发生外壁泄漏，就可以通过关闭相应的阀门，开启相应的阀门，由泵抽干其中的液体，进行相应的补漏维修，这使罐体常有的事故维护变得简单、方便，也不会影响整个罐的正常生产。而组合成的大储罐原则上可以达至数百万至上于刀方。而组合的超大储罐的单位成本会更低。
综上所述，本专利提出的一种安全型超大LNG储罐，其特征在于：LNG储罐的罐体水平横截面呈圆筒形或多边形，罐壁外设有网格状钢筋混凝土加强筋，罐体预应力钢筋混凝土分块或整体制作，罐体内壁盛料，罐内液体的动静压力由壁面的一系列呈向内凸的微单元体(6)将横向液压力转化成微单元内受纯压缩变形内应力，以改善局部壁面受力和变形状态，有利于罐壁结构优化设计，罐体内增设置纵、横、竖梁柱及三角形梁架-剪力片结构(3)作承力构件，罐体设有附加后张式预应力钢圈或钢丝绳束(5)，钢筋混凝土顶盖呈单弧面形、或平顶形、或斜坡形、或球面形，并固定支承在加强梁柱上，保温层设为最外层，或设内外复合保温层，罐体内壁为盛料层，盛料层为内涂层和内贴层组成，内涂层为防漏、防冻裂、防腐涂料，内贴层为低温镍钢、不锈钢、陶瓷，或耐低温材料板、或金属膜，这样就将高难度的超大型LNG储罐设计与制作问题转化为大型常规的预应力钢筋混凝土的筒体-剪力片-框架-梁架组合结构的建筑容器的设计与制作，其中特别之处在于超低温防漏、防冻裂问题的处理和材料选择，要注意的特别问题是超低温材料的选择、试验和利用，现有的建筑设计程序能保证超大型15-100万方及以上的LNG储罐内压可达3mpa，这样设计与制作的超大型LNG储罐的整体强度、刚度、安全性较现有的大型LNG全容罐提高八倍至数十倍，其抗震、抗灾、抗意外事故能力提高数十倍以上，储罐寿命大大提高，而罐体部分的制作成本反而降低20-40％，按上述设计，将罐体制作成为5-10万方的横截面呈矩形的标准罐体，然后积木式积成为任意体积的大型储罐，其容积可达数百万方至上千万方，所积成的超大型储罐，其单个标准罐及整体大型储罐的制作成本会更低。
本发明专利是由本设计人的专利CN201210392911.4的基础上进一步延伸和扩展，因此本发明专利有和专利CN201210392911.4权利要求相重复的部分，本专利遵守专利CN201210392911.4的全部权利要求。
本专利设计和制造的优点是，将制作难度极高的、安全性很差的超大型LNG储罐的化工容器，转化成了安全性极高的大型常规建筑工程的容器，无论在设计制作上都变得简洁、容易、省时、省工、安全、可靠，作出的储罐的强度、刚度、抗震、抗灾、安全性提高八倍至数十倍，而且更节能、维护更方便，寿命更长，制造成本更低，由于可以作成标准积木式组合储罐，所以理论上储罐的容积可以无限叠加，可以达到数百万方甚至上千万方以上也没有问题，关键是其他的辅助安保和经济管理。本专利以LNG全容罐为例，进行改进，不排除所有的权属技术也适用于其他类型的LNG储罐，比如LNG的单容罐、双容罐，以及适用于其他的大型低温液态储罐，如液氮、氟里昂、液化页岩气及其他液化化工气体等的储存。

Claims (1)

1.一种安全型超大LNG储罐，其特征在于：LNG储罐的罐体水平横截面呈圆筒形或多边形，罐壁外设有网格状钢筋混凝土加强筋，罐体预应力钢筋混凝土分块或整体制作，罐体内壁盛料，罐内液体的动静压力由壁面的一系列呈向内凸的微单元体(6)将横向液压力转化成微单元内受纯压缩变形内应力，以改善局部壁面受力和变形状态，有利于罐壁结构优化设计，罐体内增设置纵、横、竖梁柱及三角形梁架-剪力片结构(3)作承力构件，罐体设有附加后张式预应力钢圈或钢丝绳束(5)，钢筋混凝土顶盖呈单弧面形或平顶形、或斜坡形、或球面形，并固定支承在加强梁柱上，保温层设为最外层，或设内外复合保温层，罐体内壁为盛料层，盛料层为内涂层和内贴层组成，内涂层为防漏、防冻裂、防腐涂料，内贴层为低温镍钢、不锈钢、陶瓷、 或耐低温材料板、或金属膜，这样就将高难度的超大型LNG储罐设计与制作问题转化为大型常规的预应力钢筋混凝土的筒体-剪力片-框架-梁架组合结构的建筑容器的设计与制作，其中特别之处在于超低温防漏、防冻裂问题的处理和材料选择，要注意的特别问题是超低温材料的选择、试验和利用，现有的建筑设计程序能保证超大型15-100万方及以上的LNG储罐内压可达3mpa，这样设计与制作的超大型LNG储罐的整体强度、刚度、安全性较现有的大型LNG全容罐提高八倍至数十倍，其抗震、抗灾、抗意外事故能力提高数十倍以上，储罐寿命大大提高，而罐体部分的制作成本反而降低20% -40％，按上述设计，将罐体制作成为5-10万方的横截面呈矩形的标准罐体，然后积木式积成为任意体积的大型储罐，其容积可达数百万方至上千万方，所积成的超大型储罐，其单个标准罐及整体大型储罐的制作成本会更低。
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