CN112963727A - 一种布设隔板和钢筋网的大型lng储罐 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种布设隔板和钢筋网的大型LNG储罐，属于土木工程领域。在现有储罐的基础上增设钢筋网和与内罐底部等厚的竖向隔板、环向隔板，且保温层材料采用岩棉板。所述的竖向隔板为“L”型结构，其垂直部分焊接在内罐侧壁，沿储罐罐体圆周方向均匀布置，水平部分焊接在底板上；所述的环向隔板均匀焊接在储罐内罐的侧壁上，并与侧壁的竖向隔板焊接。所述的钢筋网垂直设置在储罐内，中间钢筋两侧的钢筋网关于中心钢筋网对称布置。本发明通过在储罐的内罐安装竖向‑环向隔板和钢筋网，可以增加结构刚度，减小大型LNG储罐位移，有效降低应力，钢筋网增加液体晃荡时的阻尼，避免液体晃荡剧烈带来的不利危害，同时减小动水压强，使得大型LNG储罐更加安全稳定的运行。

Description

一种布设隔板和钢筋网的大型LNG储罐
技术领域
本发明属于土木工程领域，涉及一种布设隔板和钢筋网的大型LNG储罐，适用于工程隔震和晃动控制。
背景技术
LNG(Liquefied Natural Gas)是天然气在标准大气压下冷却至-162℃、凝结而成的液体。与煤炭、石油等传统能源相比，LNG是一种更为清洁和高效的绿色能源，受到世界能源市场的关注，近些年来需求量迅猛增长。近些年来，迫于国内市场的需求激增，LNG储罐的建造地点也越来越广，由以往的低烈度区向高烈度区发展。据计算，一个容量为16万m3 LNG储罐所储存的能量是日本广岛原子弹能量的70倍左右。强震作用下一旦发生破坏，会引发严重灾害。上个世纪日本储罐发生大爆炸和2020年咱们国家北海LNG储罐发生火灾时刻警醒着我门，必须高度重视LNG储罐地震作用下的安全问题。为减少地震所造成的直接及间接损失，做好抗震减灾维护工作固然重要，但更重要的是在结构设计上采取措施以满足抗震、减震的要求。
地震作用下，内罐储液的剧烈晃动会对罐壁产生附加动水压力，甚至对罐底造成提离，液体外流。晃动的液体还有可能对吊顶产生直接的冲击，造成管道接头及其附件的破坏。其中我国《立式圆筒形钢制焊接油罐设计规范》(GB50341-2014)明确要求：固定顶油罐和浮顶油罐的设计最高液位到罐壁上沿的距离应大于液面晃动波高，可见晃动波高对储罐的罐高设计起着控制性作用。目前，咱们国家对储罐液体晃荡波高控制这部分的研究非常少。以前，有学者在期刊《基础工程设计》发表论文《基于地震响应分析的超大容积液化天然气LNG储罐基础方案对比研究》，分析超大容积LNG储罐单筏板和双筏板基础方案抗震性能。研究表明：基础隔震虽然可以有效降低超大容积LNG储罐的地震响应，但基础隔震会产生更大的晃动波高，导致储罐罐壁出现上部屈曲等其它问题。
LNG储罐相比较房屋、桥梁等传统建筑不同的是里面装有大量的液体，涉及到复杂的流固耦合问题，本发明从固体和流体两种介态上提升现有储罐的安全性能。本发明从新的视角发明一种全新结构形式的LNG储罐，在储罐内部安装隔板和钢筋网，隔板对结构起到加固的作用，提高了罐壁的安全性；钢筋网极大降低了晃动波高，同时减小了动水压强，减弱了液体对壁板的冲击，从而降低了底板提离和下部屈曲的可能性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种减震和控制液体晃荡的大型LNG储罐，作为液化天然气接收站和工厂的最重要设备。首先，隔板可以对结构加固，并且不会影响LNG储罐的使用；其次，在外荷载作用下，储罐整体刚度提高，隔板有效降低应力，减小储罐位移；最后钢筋网有效增加液体晃荡的阻尼，降低液体的剧烈晃荡，减小不利的液动压强，隔板和钢筋网实现了大型LNG储罐减震耗能的效果，提高储罐的安全。
为了实现上述目的，本发明采用技术方案如下：
一种布设隔板和钢筋网的大型LNG储罐，包括预应力混凝土1、保温层2、内罐3、承台4、竖向隔板5、环向隔板6、钢筋网7，所述预应力混凝土1设于储罐最外层，其与内罐3之间通过保温层2进行保温；外罐1、保温层2、内罐3建造在承台4上面，承台4材料是钢筋混凝土。本发明在现有储罐的基础上增设竖向隔板5、环向隔板6和钢筋网7。
所述的竖向隔板5为“L”型结构，包括垂直部分和水平部分。所述垂直部分焊接在储罐内罐3的侧壁，水平部分焊接在底板上。
所述的环向隔板6设置在储罐内部，焊接在储罐内罐的侧壁上，并与侧壁的竖向隔板5焊接。
所述的钢筋网数量为N，N为不小于3的奇数，均垂直设置在储罐内，钢筋网之间互相平行；钢筋网高度与储罐罐体等高，中间钢筋网长度与底板直径相同，中间钢筋网的两侧钢筋网对称设置。所述钢筋网包括竖向钢筋和水平钢筋，竖向钢筋底部焊接在底板上，水平钢筋两端焊接在竖向隔板上。
储罐内增设竖向隔板5、环向隔板6和钢筋网7后，能够减小LNG储罐位移，增加结构刚度，同时能够增加液体晃荡时的阻尼，减小动水压强。
以下是竖向隔板5、环向隔板6和钢筋网7的技术限定：
所述竖向隔板5和环向隔板6的厚度与内罐底部3等厚。所述竖向隔板5的垂直部分的高度和内罐等高，沿储罐罐体圆周方向布置，两两之间的弧度为10-50度。
若LNG储罐的高度为Lm，LNG储罐罐体底板直径为D m，则：环向隔板6高度沿储罐高度方向布置，两两之间间隔0.05L-0.2L m；其中，最下方的环向隔板6距离内罐底板0.05L-0.1L m。所述环向隔板6的圆环宽度为0.03D-0.08Dm，即圆环宽度与圆环状底板直径的比值是3～8％，实验发现当比值是3～8％时，结构整体刚度提高，液体晃荡高度降低。所述竖向隔板5的水平部分长度为0.03D-0.08D m。
所述钢筋网7采用的材料是9％Ni钢，钢筋直径是6-20mm，其中竖向钢筋和水平钢筋间距是0.01D-0.04D m，中间的钢筋网7将储罐平分为两半，其余的钢筋网关于中间的钢筋网对称布置。
进一步的，保温层2材料采用新的材料岩棉板，代替原来的膨胀珍珠岩。岩棉相比膨胀珍珠岩而言，隔热性更好，有益于LNG储罐保温；其次，珍珠岩填充保温层过程中不可避免会有空隙产生，由于珍珠岩颗粒小，形状不规则，储罐震动过程中，珍珠岩和内外层相互挤压作用可能致使局部应力过大。但岩棉很密实，和内外罐连接贴合度更高，可以避免上述出现的问题，安全性能更高。内罐材料为9％Ni钢，耐低温性能良好，同时具有良好的焊接性能，对冷裂纹的敏感性较低。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
大型LNG储罐在地震作用下，储罐底部应力很大，液体晃荡剧烈。本发明通过在储罐的内罐安装竖向-环向隔板和钢筋网，可以增加结构刚度，减小大型LNG储罐位移，有效降低应力，钢筋网增加液体晃荡时的阻尼，避免液体晃荡剧烈带来的不利危害，同时减小动水压强，使得大型LNG储罐更加安全稳定的运行。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的正视图；
图3是本发明的俯视图；
图中：1预应力混凝土；2保温层；3内罐；4承台；5竖向隔板；6环向隔板；7钢筋网。
具体的实施方式
以下结合具体实施例对本发明做进一步说明。
对比例
现有大型LNG储罐的外罐1内径82m，墙高38.55m，混凝土厚度是0.8m；保温层2厚度是1m；内罐3半径40.2m,高35.43m，底部厚度是24.9mm。储罐的外径是0.6m，高度是0.5m，液体高度是0.3m。
对上述储罐进行振动台实验，施加地震波对结构进行加载，峰值加速度0.07g,，通过传感器分别测到动水压强0.26KPa、波高130.84mm、应变21.22με、位移0.038mm
本发明的实施例
在上述对比例LNG储罐的结构基础上增设竖向隔板5、环向隔板6、钢筋网7。竖向隔板5垂直部分的高度500mm，两两之间的弧度为45度，竖向隔板5的水平部分长度为0.02m。环向隔板6的圆环宽度为0.02m，两两之间间距是0.1m。设置在储罐内部的竖向隔板5固接在储罐内罐的侧壁和底板上，设置在储罐内部环向隔板6固接在储罐内罐的侧壁上，竖向隔板5与环向隔板6之间固接。钢筋网7中的竖向钢筋和储罐底部固结，水平钢筋和竖向隔板固结。钢筋网中竖向钢筋和水平钢筋间距是0.01m。两侧钢筋网到中间钢筋网的距离是0.21m。
采用于对比例相同的实验条件进行振动台试验，通过传感器分别测到动水压强0.17KPa、波高72.23mm、应变10.46με、位移0.024mm。
通过分析对比例和实施例的试验数据可知：储罐上的竖向隔板5、环向隔板6和钢筋网大大提高储罐结构的整体安全。在地震作用下，结构整体刚度提高，位移减小，应力降低；同时隔板和钢筋网增大了液体晃荡的阻尼，有效降低液体晃动波高，减小不利的液动压强，不同参数降低幅值20—40％，隔板和钢筋网的减震效果明显，从而达到储罐消能减震的效果。
本实施例能够解决了现有大型LNG储罐结构耗能能力不足的问题，即通过竖向和环形隔板使流体势函数不再连续，液体晃荡的阻尼增加，能量耗散，大大提高了耗能减震效果，同时提高结构的整体刚度，提升结构安全。
以上所述实施例仅表达本发明的实施方式，但并不能因此而理解为对本发明专利的范围的限制，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种布设隔板和钢筋网的大型LNG储罐，所述的储罐包括预应力混凝土(1)、保温层(2)、内罐(3)、承台(4)，其特征在于，还包括竖向隔板(5)、环向隔板(6)、钢筋网(7)；
所述的竖向隔板(5)为“L”型结构，包括垂直部分和水平部分；所述垂直部分焊接在储罐内罐(3)的侧壁，沿储罐罐体圆周方向均匀布置，水平部分焊接在底板上；所述的环向隔板(6)均匀焊接在储罐内罐的侧壁上，并与侧壁的竖向隔板(5)焊接；所述竖向隔板(5)和环向隔板(6)的厚度与内罐底部等厚；
所述的钢筋网(7)数量为N，N为不小于3的奇数，高度与储罐罐体等高，均垂直设置在储罐内；中间钢筋网长度与底板直径相同，且中间钢筋两侧的钢筋网(7)关于中心钢筋网(7)对称布置；所述钢筋网(7)包括竖向钢筋和水平钢筋，竖向钢筋焊接在底板上，水平钢筋两端焊接在竖向隔板上；
若LNG储罐的高度为Lm，LNG储罐罐体底板直径为D m，则：所述相邻两个环向隔板(6)之间的间隔为0.05L-0.2L m；其中，最下方的环向隔板(6)距离内罐底板0.05L-0.1L m；所述相邻两个竖向隔板(5)之间的弧度为10-50度。
2.根据权利要求1所述的一种布设隔板和钢筋网的大型LNG储罐，其特征在于，钢筋网中竖向钢筋和水平钢筋间距是0.01D-0.04D m。
3.根据权利要求1所述的一种布设隔板和钢筋网的大型LNG储罐，其特征在于，所述环向隔板(6)的圆环宽度为0.03D-0.08Dm。
4.根据权利要求1所述的一种布设隔板和钢筋网的大型LNG储罐，其特征在于，所述竖向隔板(5)的水平部分长度为0.03D-0.08D m。
5.根据权利要求1所述的一种布设隔板和钢筋网的大型LNG储罐，其特征在于，所述钢筋网(7)采用的材料是9％Ni钢，钢筋直径是6-20mm。
6.根据权利要求1所述的一种布设隔板和钢筋网的大型LNG储罐，其特征在于，所述保温层(2)材料为岩棉板。
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