CN117799770A - 一种用于低温液化气体储存的半薄膜型围护系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于低温液化气体储存的半薄膜型围护系统，包括以点阵方式固定在货舱内壳结构表面上的强结构节点(001)，所述强结构顶点的顶面设置有纵横连接金属板条梁，构成网格结构的框架(112)；液密的第一屏壁层(111)通过焊接锚固在所述框架上；所述第一屏壁层外侧设置了第一绝缘层；所述第一绝缘层的外侧设置了第二屏壁层(211)，所述第二屏壁层外侧与货舱内壳结构表面之间设置了第二绝缘层；所述第一屏壁层和所述第二屏壁层为带有凸起波纹的金属薄板。本发明解决了对现有薄膜储罐次屏壁层完全依靠胶水粘连、施工难度高、后期维护困难的工艺难点。尤其解决了航行过程中储舱自由液面晃荡产生的抨击问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种安装在如船舶、地下或地上储罐和车辆内的低温液化气体的围护系统，更具体地说，涉及围护系统的构造。
背景技术
LNG液货围护系统作为薄膜型LNG储罐的核心技术之一，主要功能是保持LNG维持在-163℃的液态状态，并隔绝和减少LNG与外界之间的热量和温度传递，从而降低天然气的气化和蒸发。
但由于薄膜型货物围护系统紧密贴附于船体结构，货物围护系统与船体同期建造，整体建造周期长。并且由于波纹板构柔性较强刚性较弱，考虑到船舶航行过程中储舱自由液面晃荡产生的抨击问题，波纹板会塌陷而失效，目前运输舱充装率通常被限定在小于10％H或高于70％H，并且需根据流体运动分析结果分区调整加强形式和锲型块布置，不但约束了船东的运载方式还增加了设计复杂程度。对于独立型货物围护系统其具有检修空间，并且与船体分开建造，但因主屏壁需具有足够强度，大大增加了系统重量及费用。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种用于低温液化气体储存的半薄膜型围护系统解决了对现有薄膜储罐次屏壁层完全依靠胶水粘连、施工难度高、后期维护围护围护困难的工艺难点。尤其解决了航行过程中储舱自由液面晃荡产生的抨击问题。
为了达到上述目的，本发明提供了一种用于低温液化气体储存的半薄膜型围护系统，包括以点阵方式固定在货舱内壳结构表面上的强结构节点所述强结构顶点的顶面设置有纵横连接金属板条梁，构成网格结构的框架；液密的第一屏壁层通过焊接锚固在所述框架上；所述第一屏壁层外侧设置了第一绝缘层，所述第一绝缘层由相邻的4个强结构节点分割成一个个第一绝缘单元，每一所述第一绝缘单元包括中部的第一层绝缘模块和外侧两端的第一绝缘层刚性绝缘材料；所述第一绝缘层的外侧设置了第二屏壁层，所述第二屏壁层外侧与货舱内壳结构表面之间设置了第二绝缘层；所述第二绝缘层由相邻的4个强结构节点分割成一个个第二绝缘单元；每一所述第二绝缘单元包括中部的第二层绝缘模块，所述第二层绝缘模块两端外侧的柔性绝缘材料，以及所述柔性绝缘材料外侧的第二绝缘层刚性绝缘材料。其中，所述第一屏壁层和所述第二屏壁层211为带有凸起波纹的金属薄板，即波纹板；所述强结构节点位于顶面延伸出用于限定所述第一绝缘单元的第一层凸边；所述强结构节点位于中部延伸出用于限定所述第二绝缘单元的第二层凸边。
优选方式下，所述第一绝缘层刚性绝缘材料和第二绝缘层刚性绝缘材料为聚氨酯，所述柔性绝缘材料为玻璃丝棉。
优选方式下，在第一层绝缘模块、第二层绝缘模块的上下层表面分别均粘有胶合板。
优选方式下，所述第二屏壁层通过铆钉固定在第二层绝缘模块上表面的胶合板上。
优选方式下，所述第一屏壁层和所述第二屏壁层为不锈钢、铝合金或殷瓦钢制成。
优选方式下，所述第二绝缘层与所述货舱内壳结构表面的相对表面上，分别通过涂敷环氧树脂找平，并用牛皮纸将所述第二绝缘层与所述货舱内壳结构表面隔开。
优选方式下，通过金属片连接件通过焊接方式将第二屏壁层连接起来，形成密封的次屏壁层。
优选方式下，所述强结构节点由玻璃钢、碳纤维构成。
优选方式下，所述强结构节点通过螺栓或者粘连固定在货舱内壳结构表面上。
优选方式下，所述强结构节点位于顶面设置一个金属板，从而延伸出所述第一层凸边；所述强结构节点位于中部分成上下两部分，并以榫接方式连接，且上下两部分之间嵌有一薄型金属板，从而延伸出第二层凸边。
综上，本发明用于低温液化气体储存的半薄膜型围护系统，包括用于将整个围护系统结构分解成网格区域的强结构节点和填充强结构之间区域的绝缘层和液密性结构。所述的强结构节点由玻璃钢、碳纤维或其他相似材料构成，其上设置连接薄膜屏壁层的连接片，该连接片可以是金属材质或者复合材料，具有液密性。强结构节点作为整个围护系统与船体结构连接的纽带，围护系统的绝缘层和屏壁层均通过其固定。每网格区域内由液体直接接触的第一屏壁层，和一层在主屏壁层发生泄露情况下能保证液体安全的第二屏壁层，以及分别位于第一屏壁层和第二屏壁层下的复合结构的绝热层(即绝缘层)。第二屏壁层通过强结构点进行连接和固定，形成一个密封的液密层。在强结构点的顶面，设置有纵横连接的梁，第一屏壁层通过焊接锚固在框架上，形成一个密封的液密层。
此外，第二绝缘层由增强型聚氨酯泡沫或其他性能相当的绝缘材料制成，通过强结构固定并限制其在特定范围内膨胀或收缩，强结构边缘设置凸边，保证绝缘能插入且不掉落。第二屏壁层由金属薄板构成，并用过铆钉固定在第二绝缘层上表面的胶合板上。第一绝缘层由增强型聚氨酯泡沫或其他性能相当的绝缘材料和上面和下面各一层胶合板粘连到一起而成。
其中，第一屏壁层由耐低温的金属梁框架和金属薄板组成，并且金属刚性薄板带有一定的波形用于抵消低温带来的伸缩变形，金属梁框架通过强结构节点固定。
优选方式下，本发明采用了工厂模块化预制和现场组装的方式进行建造。粘连剂将第一和第二绝缘层分别粘连在第二屏壁层的上表面和下表面形成集成的预制绝缘模块。第二绝缘层与强结构节点直接设置硬质泡沫材料限制最大移动距离，同时其间隙由用玻璃丝棉或低导热系数的泡沫填满。第二屏壁层的间隙由金属薄板采用焊接的方式连接起来从而形成完整的第二屏壁层。所有的屏壁层会将最近的强结构节点作为中心，收缩受力；同时，用于连接第二屏壁层的间隙的金属薄板上应设置有波纹以释放在低温状态下的收缩应力。
本发明与现有技术相比，有益效果如下：
1.本发明的围护系统增加了强结构节点，以加强围护系统的强度，减少了晃荡冲击对围护系统的影响，提高了系统的安全性。尤其本发明通过局部受力支撑整体受力，将整体受力状态分解成多个局部受力，能够有效解决船舶航行过程中储舱自由液面晃荡产生的抨击问题，避免波纹板塌陷，扩大运输舱充装的适用范围，实现自由装载。
2.本发明的围护系统与现有的技术相比，避免了现场施工的第二屏壁层的粘连作业，减少了现场施工的设备种类、施工工种以及施工技术难度，降低了施工成本并提高了建造效率。
本发明一种用于低温液化气体储存的半薄膜型围护系统，实现了自主知识产权，减少了对专用设备和材料的依赖，从而实现更广泛的全球产业链，促进产业的发展。
附图说明
图1是本发明用于低温液化气体储存的半薄膜型围护系统的结构示意图。
图2是本发明的俯视图。
图3是强结构节点的结构示意图。
其中，001强结构节点，002第二层凸边，003第一层凸边，211第二屏壁层，221第二层绝缘模块，222第二绝缘层刚性绝缘材料，223柔性绝缘材料，111第一屏壁层，121第一层绝缘模块，122第一绝缘层刚性绝缘材料，111第一屏壁层，112框架。
具体实施方式
本发明一种用于低温液化气体储存的半薄膜型围护系统，揭露了一种适合于存储低温液体的容器。这种低温液体的容器包括用于将整个围护系统结构分解成网格区域的强结构节点和填充强结构之间区域的绝缘和液密性结构。为实现上述目的，本发明一种用于低温液化气体储存的半薄膜型围护系统，包括以点阵方式通过螺栓或者粘连固定在货舱内壳结构表面上的强结构节点001，所述强结构顶点的顶面设置有纵横连接金属板条梁，构成网格结构的框架112；液密的第一屏壁层111通过焊接锚固在所述框架112上；所述第一屏壁层111外侧设置了第一绝缘层，所述第一绝缘层由相邻的4个强结构节点001分割成一个个第一绝缘单元，每一第一绝缘单元包括中部的第一层绝缘模块121和外侧两端的第一绝缘层刚性绝缘材料122；所述第一绝缘层的外侧设置了第二屏壁层211，所述第二屏壁层211外侧与货舱内壳结构表面之间设置了第二绝缘层；所述第二绝缘层由相邻的4个强结构节点001分割成一个个第二绝缘单元；每一第二绝缘单元包括中部的第二层绝缘模块221，所述第二层绝缘模块221两端外侧的柔性绝缘材料223，以及所述柔性绝缘材料223外侧的第二绝缘层刚性绝缘材料222；所述第一屏壁层111和所述第二屏壁层211为带有凸起波纹的金属薄板；所述强结构节点001位于顶面延伸出用于限定所述第一绝缘单元的第一层凸边003；所述强结构节点001位于中部延伸出用于限定所述第二绝缘单元的第二层凸边002。
所述第一绝缘层刚性绝缘材料122和第二绝缘层刚性绝缘材料222为聚氨酯，所述柔性绝缘材料223为玻璃丝棉。在第一层绝缘模块121、第二层绝缘模块221的上下层表面分别均粘有胶合板。
所述强结构节点001位于顶面设置一个金属板，从而延伸出所述第一层凸边003；所述强结构节点001位于中部分成上下两部分，并以榫接方式连接，且上下两部分之间嵌有一薄型金属板，从而延伸出第二层凸边002。具体如图1～3所示，系统包括均匀分布在舱内的强结构节点和两层绝缘层和两层屏壁层，其中强结构节点将整个货舱划分为网格结构，第一屏壁层和第二屏壁层以及第一绝缘层和第二绝缘层，并且第一绝缘层、第二屏壁层以及第二绝缘层依次位于第一屏壁层下表面，所述围护系统的第二绝缘层通过强结构节点固定在舱内的结构表面上。
预制方式可以将第二绝缘层、第二屏壁层以及第一绝缘层依次的紧密结合在一起。在本发明中，第二绝缘层、第一绝缘层可以包括聚氨酯泡沫或其他类似性能的绝缘材料以及胶合板粘连到一起；具体说，在第二绝缘层中的第二层绝缘模块221、第一绝缘层中的第一层绝缘模块121上下层表面均粘有胶合板或等效的硬板结构；
强结构节点001在与第二屏壁层211高度相同的位置设置有一圈凸边，用于将预制的第二绝缘层固定在结构内壳上，同时限制其在固定范围内进行收缩和膨胀运动。
在第二绝缘层、第一绝缘层之间固定有第二屏壁层，其中第二屏壁层由带有凸起波纹的金属薄板(如不锈钢、铝合金、殷瓦钢等)制成，用过铆钉固定在第二绝缘层模块上表面的胶合板上。在绝缘模块安装完成后，采用聚氨酯泡沫或其他相当的绝缘材料将第一层绝缘模之间的缝隙塞满，即缝隙由第一绝缘层刚性绝缘模块122填充，形成完整的第一绝缘层。
在强结构节点上表面焊接金属板条形成网格结构，第一屏壁层111的预制板以焊接的方式锚固在金属板条上，最终形成完整的具有液密性能的主屏壁层。第一屏壁层111由耐低温的金属材料(如不锈钢、铝合金、殷瓦钢等)制成，并带有一定的波形用于抵消低温带来的伸缩变形。以单元化的部件型式锚固在强结构节点上，并采用适当的焊接方式和设备焊接完成的第一屏壁层。
通过金属搭板以焊接的方式将绝缘模块边缘的第二屏壁层密封以形成完整的第二屏壁层，起到密封第一屏壁层泄露的液化气体的作用。作为一种替代方案，也可以采用预制绝缘模块上面的第二屏壁层直接搭接并焊接的方式完成。
通过预制的聚氨酯泡沫或其他相当的绝缘材料制成的绝缘模块将主层绝缘剩余的间隙填满，并采用粘连或者机械固定的方式将其固定稳固。
本发明是一种安装在如船舶、地下或地上储罐内的低温液化气体的围护系统，其可以有效的组织低温液体的热量向外传导和流失，能承受并将液体自身的重力和液体内部运动产生的力传递到外部船体的船壳或者储罐的外罐上。这里以安装在液化天然气船为例详细介绍其构造。
图1是船舶货舱内壳的一个剖面图，在图示的实施例中，货舱内壳由船用钢板组成。货舱内壳负责承受外界的各种负载，并阻止或降低其对围护系统的冲击。
首选在船体货舱内壳建造完成后，应该对其进行尺寸的测量和确认，确保货舱内壳各向尺寸均在误差标准范围内。
为了提高施工效率，第一绝缘层和第二绝缘层，以及屏壁层建议加工成一个一个的单元，这些单元是安装的最小单位，其应尽可能的标准化，已降低加工的难度和提高预制的效率。本实例预制的绝缘模块由次绝缘层模块、次屏壁层模块和主绝缘层模块构成。
货舱内壳尺寸检验合格后，应通过高精度的激光设备对整个内壳进行测量和划线作业，以确定每个强结构节点位置，并通过网格线的划线将货舱内壳的误差合理的划分到各个区域。
根据之前测量的数据计算出每个固定装置螺柱点位置的Dz值，然后放上合适厚度的基准垫。其Dz值是为了用来抵消货舱内壳的几何尺寸偏差，保证强结构节点之间的绝缘模块的安装基面是一个相对平顺的基准面。
强结构节点通过螺栓或者粘连的方式固定在货舱内壳上。
在第二绝缘层与货舱内壳的对应表面上，涂敷上适量的环氧树脂，并用牛皮纸或类似的材料将第二绝缘层与船体内壳隔开，以保证绝缘模块能平整的贴合在货舱内壳上。
第二屏壁层和第二第二通过合理的工艺方案插入到强结构节点的凸边下，再凸边下面的间隙塞上第二绝缘层刚性绝缘材料222以保证第二层绝缘模块不会从凸边下脱落，特别是针对货舱顶面。
再通过金属片连接件通过焊接方式将第二层绝缘层上的金属第二屏壁层连接起来，形成完整、密封的次屏壁层。
实施完成后，应该进行密性试验以验证次屏壁的密性和次层绝缘层的强度。
次层密性试验合格后，即可开始第一层绝缘模块的施工，因原第二绝缘层预制时带了第一绝缘层的一部分，因此只需采用预制的第二绝缘层将第一绝缘层之间的空隙填充完整。
在强结构节点上表面焊接钢板条形成框架，其作用主要有两点：
1.用以固定第二绝缘层的绝缘模块；
2.用于锚固第一屏壁层的金属薄板。
将主屏壁层(即第一屏壁层111)部件点焊在钢板条框架上，各主屏壁层部件直接装配严实，并采用点焊的方式固定好，再通过自动焊机将缝隙焊接牢固即可。主屏壁层施焊完成后，同样需要通过密性试验以验证次屏壁的密性和次层绝缘层的强度。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种用于低温液化气体储存的半薄膜型围护系统，其特征在于，包括以点阵方式固定在货舱内壳结构表面上的强结构节点(001)，所述强结构顶点的顶面设置有纵横连接金属板条梁，构成网格结构的框架(112)；
液密的第一屏壁层(111)通过焊接锚固在所述框架(112)上；
所述第一屏壁层(111)外侧设置了第一绝缘层，所述第一绝缘层由相邻的4个强结构节点(001)分割成一个个第一绝缘单元，每一第一绝缘单元包括中部的第一层绝缘模块(121)和外侧两端的第一绝缘层刚性绝缘材料(122)；
所述第一绝缘层的外侧设置了第二屏壁层(211)，所述第二屏壁层(211)外侧与货舱内壳结构表面之间设置了第二绝缘层；所述第二绝缘层由相邻的4个强结构节点(001)分割成一个个第二绝缘单元；每一第二绝缘单元包括中部的第二层绝缘模块(221)，所述第二层绝缘模块(221)两端外侧的柔性绝缘材料(223)，以及所述柔性绝缘材料(223)外侧的第二绝缘层刚性绝缘材料(222)；
所述第一屏壁层(111)和所述第二屏壁层(211)为带有凸起波纹的金属薄板；
所述强结构节点(001)位于顶面延伸出用于限定所述第一绝缘单元的第一层凸边(003)；所述强结构节点(001)位于中部延伸出用于限定所述第二绝缘单元的第二层凸边(002)。
2.根据权利要求1所述用于低温液化气体储存的半薄膜型围护系统，其特征在于，所述第一绝缘层刚性绝缘材料(122)和第二绝缘层刚性绝缘材料(222)为聚氨酯，所述柔性绝缘材料(223)为玻璃丝棉。
3.根据权利要求1所述用于低温液化气体储存的半薄膜型围护系统，其特征在于，在第一层绝缘模块(121)、第二层绝缘模块(221)的上下层表面分别均粘有胶合板。
4.根据权利要求1所述用于低温液化气体储存的半薄膜型围护系统，其特征在于，所述第二屏壁层(211)通过铆钉固定在第二层绝缘模块(221)上表面的胶合板上。
5.根据权利要求1所述用于低温液化气体储存的半薄膜型围护系统，其特征在于，所述第一屏壁层(111)和所述第二屏壁层(211)为不锈钢、铝合金或殷瓦钢制成。
6.根据权利要求1所述用于低温液化气体储存的半薄膜型围护系统，其特征在于，所述第二绝缘层与所述货舱内壳结构表面的相对表面上，分别通过涂敷环氧树脂找平，并用牛皮纸将所述第二绝缘层与所述货舱内壳结构表面隔开。
7.根据权利要求1所述用于低温液化气体储存的半薄膜型围护系统，其特征在于，通过金属片连接件通过焊接方式将第二屏壁层连接起来，形成密封的次屏壁层。
8.根据权利要求1所述用于低温液化气体储存的半薄膜型围护系统，其特征在于，所述强结构节点(001)由玻璃钢、碳纤维构成。
9.根据权利要求1所述用于低温液化气体储存的半薄膜型围护系统，其特征在于，所述强结构节点(001)通过螺栓或者粘连固定在货舱内壳结构表面上。
10.根据权利要求1所述用于低温液化气体储存的半薄膜型围护系统，其特征在于，所述强结构节点(001)位于顶面设置一个金属板，从而延伸出所述第一层凸边(003)；所述强结构节点(001)位于中部分成上下两部分，并以榫接方式连接，且上下两部分之间嵌有一薄型金属板，从而延伸出第二层凸边(002)。
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