由于全容罐具有更高的安全性，在LNG儲(chǔ)存越來(lái)越大型化并且對(duì)儲(chǔ)存安全性要求越來(lái)越高的今天，全容罐得到更多的采用也是必然的。下面就大型全容罐，特別是近幾年來(lái)我國(guó)沿海新建LNG接收站廣泛采用的16×104m3的全容式儲(chǔ)罐的結(jié)構(gòu)與建造作一介紹。
一、全容罐的結(jié)構(gòu)及發(fā)展
(一) 全容罐的結(jié)構(gòu)
地上式全容罐一般為平底雙壁圓柱形。與LNG直接接觸的內(nèi)罐為9%鎳鋼，外罐為預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土，罐頂有懸掛式絕熱支撐平臺(tái)，內(nèi)外罐之間用膨脹珍珠巖、彈性玻璃纖維或泡沫玻璃磚等材料絕熱保溫。
1. 設(shè)計(jì)條件
(1) 內(nèi)罐
設(shè)計(jì)溫度：-170～+60℃；
設(shè)計(jì)壓力：29kPa(真空1.5kPa)。
(2) 外罐
安全經(jīng)受6h的外部火災(zāi)；
承受地震加速度0.219；
承受風(fēng)力70m/s；
抗?jié)B性：當(dāng)發(fā)生內(nèi)罐LNG溢出時(shí)，外罐混凝土墻至少要保持10cm厚不開(kāi)裂并保持2MPa以上的平均壓應(yīng)力。
日最大蒸發(fā)率≤0.05%(質(zhì)量)。
(3) 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)
儲(chǔ)罐的基本設(shè)計(jì)規(guī)范為BS7777。其他相關(guān)規(guī)范有API620、ACI318、NFPA59A等。
2. 內(nèi)罐
(1) 板材
內(nèi)罐壁板材料為含鎳9%的合金鋼板，如廣東大鵬LNG接收站采用ASTM A553M Type 1，其化學(xué)成分和機(jī)械性能見(jiàn)表4-5和表4-6[2]。
表4-5 9%鎳鋼板(ASTM A553M Type 1)化學(xué)成分 ?%
?
C | Si | Mn | P | S | Mo | Ni | Cu | Cr | Ai | Nb | V | Ti | Cr+Mo |
≤0.13 | ≤0.3 | ≤0.9 | ≤0.01 | ≤0.005 | ≤0.12 | 6～10 | ≤0.4 | ≤0.3 | ≥0.2 | ≤0.2 | ≤0.2 | ≤0.2 | ≤0.32 |
表4-6 9%鎳鋼板(ASTM A553M Type 1)機(jī)械性能
?
RP0.2%/MPa | Rm/MPa | L0/% | 低溫韌性/-196℃ | |
K(J) | 側(cè)膨脹 | |||
≤585 | 690～830 | ≤20 | 75min.100ave | 0.381(m) |
? ??(2) 罐底
? ??罐底鋪設(shè)兩層9%Ni鋼板，厚度為6mm和5mm。底板外圈為環(huán)板，兩層底板中間為保溫層、混凝土層、墊氈層和干沙層。
? ??(3) 罐壁
? ??罐壁分層安裝，分層數(shù)按板材寬度而定。對(duì)于容積16×104m。以上的全容罐一般有10層。最底層壁板厚度24.9mm，最上層壁板厚度12mm。內(nèi)罐外壁用保溫釘固定絕熱保溫材料。
??? (4) 罐頂
??? 內(nèi)罐頂部為懸掛式鋁合金吊頂，以支撐罐頂膨脹珍珠巖保溫層。
??? 3. 外罐
??? (1) 罐基礎(chǔ)
??? 全容罐的基礎(chǔ)應(yīng)按儲(chǔ)罐建造場(chǎng)地的土壤條件，通過(guò)工程地質(zhì)調(diào)查研究后確定。一般可以采用坐基式基礎(chǔ)或架空形基礎(chǔ)。坐基式基礎(chǔ)內(nèi)罐底板直接坐落在基礎(chǔ)上，為防止罐內(nèi)液體的低溫使土壤凍脹，坐基式基礎(chǔ)需要配置加熱系統(tǒng)。架空形基礎(chǔ)可以不設(shè)加熱系統(tǒng)。
??? (2) 罐墻壁
??? 全容罐的外罐墻用預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土制成。容積為16×104m3左右的全容罐外罐內(nèi)徑約80m、墻高約38m。混凝土墻體豎向采用VSL預(yù)應(yīng)力后張束，兩端錨固于混凝土墻底和頂部。墻體環(huán)向采用同樣規(guī)格的鋼絞線組成的VSL預(yù)應(yīng)力后張束，環(huán)向束每束圍繞混凝土墻體半圈，分別錨固于布置成900的四根豎向扶壁柱上。墻體內(nèi)置入預(yù)埋件以固定防潮襯板及罐頂承壓環(huán)。
??? (3) 罐頂
??? 罐頂蓋為鋼筋混凝土球面穹頂，支承于預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土圓形墻體上。球面穹頂混凝土由H鋼梁、頂板及鋼筋構(gòu)成加強(qiáng)結(jié)構(gòu)，頂面上設(shè)有工作平臺(tái)，放置運(yùn)行控制設(shè)備及儀表、閥等。混凝土穹頂內(nèi)設(shè)有碳鋼鋼板內(nèi)襯，施工時(shí)作為模板，使用時(shí)可用以防止氣體滲漏。
??? (二) 全容式儲(chǔ)罐的發(fā)展
??? 典型的全容式儲(chǔ)罐由預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土外層罐和9%Ni鋼內(nèi)層罐組成，罐頂為鋼筋混凝土制成。隨著全容罐需求的不斷增加，儲(chǔ)罐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和材料應(yīng)用的不斷改進(jìn)，一方面儲(chǔ)罐的容量越來(lái)越大，容積達(dá)20×104m3的地上全容罐已在建造；另一方面設(shè)計(jì)和建造技術(shù)的發(fā)展，儲(chǔ)罐建設(shè)費(fèi)用下降，建造周期縮短。
??? (1) 儲(chǔ)罐內(nèi)罐材料9%Ni鋼板的制造、焊接、檢驗(yàn)技術(shù)進(jìn)步迅速：日本已可制造50mm厚度的鋼板；焊縫NDE檢驗(yàn)采用可記錄數(shù)據(jù)的AUT方法，比現(xiàn)用的RT檢驗(yàn)在安全性、質(zhì)量可靠性、縮短檢驗(yàn)時(shí)間等方面優(yōu)點(diǎn)明顯。
??? (2) 預(yù)應(yīng)力外罐材料采用60MPa高強(qiáng)度混凝土，是通常混凝土強(qiáng)度的1.5倍，減少壁厚30%左右，從而減少了施工工作量。
??? (3) 增加9%Ni鋼內(nèi)罐壁板的寬度達(dá)到4.3m，減少圈數(shù)，既減少了焊接和檢驗(yàn)工作量，也提高了板材整體性能及尺寸度的一致性。
??? (4) 混凝土外罐壁應(yīng)用液壓提升裝置，滑模施工，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，縮短工期。
??? (5) 采用多參數(shù)控制混凝土質(zhì)量。對(duì)原料質(zhì)量、含水率、攪拌器載荷值等參數(shù)實(shí)時(shí)檢測(cè)，及時(shí)調(diào)配。
??? (6) 提高預(yù)制化程度，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)部分盡可能分塊預(yù)制，現(xiàn)場(chǎng)拼裝以減少現(xiàn)場(chǎng)安裝、焊接工作量。
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