一种LNG储罐及LNG罐顶结构
技术领域
本发明涉及及LNG储罐技术领域，具体涉及一种LNG储罐及LNG罐顶结构。
背景技术
LNG(液体)储罐的罐顶结构通常采用穹顶加吊顶的模式进行设计建造施工，其中外罐穹顶起主要支撑作用，内罐上部吊顶起保冷隔热作用，施工时先进行穹顶预制后再进行吊顶预制并通过吊杆进行连接，建造时通过气升顶的方式对储罐罐顶进行升顶安装。安装后在吊顶上部铺设吊顶玻璃棉起到保冷隔热作用，并在吊顶开设压力平衡孔，连通储罐内外气相空间，使压力平衡。传统的LNG储罐LNG罐顶结构由于吊顶和内罐之间不能是封闭的结构(需考虑液体气化后的压力增加问题)，在地震作用下内部低温液体有可能会溢出并进入外罐，导致外罐失效，所以在设计内罐时需要考虑晃动波高，并给内罐高度设计充分的余量。而且传统的LNG储罐内罐和外罐之间的环形空间中填充的为珍珠岩粉末，由于内罐预冷收缩后内径变小，环形空间体积增大，会导致珍珠岩沉降的问题。
常规LNG储罐结构如图1所示，整体结构由内罐1和外罐2组成，内罐1和外罐2之间的环形空间填充满了珍珠岩14，内罐1内部承载的为低温液体，因而其在预冷后会进行收缩，故会增大内罐1和外罐2之间环形空间的体积，粉末珍珠岩14便会下沉，通常的工程做法为在珍珠岩14的上部预留足够的余量，避免珍珠岩下沉过快。
图1中，内罐1上部为吊顶结构，该吊顶结构与外罐上的罐顶始终连接为一体，以保证内罐的盖体各个部位都能被有效支撑，而不至于因中间部位若无支撑便会产生塌陷问题。内罐1上部的吊顶结构包括呈平面结构的吊顶11、吊顶玻璃棉12和吊杆13，其中吊杆13与吊顶11与上部的外罐的穹顶连接，吊顶玻璃棉12在吊顶11上起绝热保温的作用。在地震作用下，内罐1中的低温液体会产生晃动，且由于吊顶11和内罐1之间不是封闭结构，内罐1中的低温液体有晃动溢出至外罐2的风险。相较于内罐1，外罐2自身不能承受低温，因此在设计内罐1的高度时会考虑液体晃动的影响，需使内罐1的高度足够高以避免低温液体晃动溢出。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明旨在提供一种LNG储罐及LNG罐顶结构，以使得无需刻意增加內罐的高度，罐内液体也不会溢出；进一步，本发明还旨在改善內罐和外罐间隔热材料容易沉降的问题。
本发明首先提出一种LNG罐顶结构，所述LNG罐顶结构包括外罐穹顶和內罐穹顶，其中，
所述外罐穹顶呈拱形，所述外罐穹顶为网壳结构，所述外罐穹顶用于连接储罐的外罐顶部；
所述内罐穹顶呈拱形，所述内罐穹顶为网壳结构，所述内罐穹顶用于连接储罐的内罐顶部。
本发明储罐的罐顶无需采用原有內罐为吊顶结构的施工方式进行预制，而采用上述内外双层网壳结构进行预制，可有效提升储罐的建造施工速度，且可通过明显减小晃动波高对储罐高度的影响，从而降低储罐的设计高度。
根据本发明的一种实施方式，所述网壳结构包括衬板、环梁和纵梁，所述环梁沿圆周方向环向围绕，所述纵梁沿径向布置且与所述环梁连接，所述衬板覆盖连接于所述环梁与纵梁上；所述环梁与所述纵梁均设有多个。
根据本发明的一种实施方式，所述外罐穹顶的网壳结构中多个环梁之间的间隔小于所述内罐穹顶的网壳结构中多个环梁之间的间隔；所述外罐穹顶的网壳结构中多个纵梁之间的间隔小于所述内罐穹顶的网壳结构中多个纵梁之间的间隔。
根据本发明的一种实施方式，所述LNG罐顶结构还包括临时连接件，所述临时连接件用于临时连接所述外罐穹顶和所述内罐穹顶，优选地，所述临时连接件为一组连接杆，所述临时连接件在所述外罐穹顶的内底面和所述内罐穹顶的外顶面之间连接。
根据本发明的一种实施方式，所述LNG罐顶结构还包括外罐连接部和内罐连接部，所述外罐连接部用于连接所述储罐的外罐与所述外罐穹顶，所述内罐连接部用于连接所述储罐的內罐与所述内罐穹顶。
根据本发明的一种实施方式，所述外罐连接部和所述内罐连接部均包括抗压圈和抗压环，其中所述抗压圈与所述外罐或內罐的罐壁连接，所述抗压环与所述外罐穹顶或內罐穹顶连接。
根据本发明的一种实施方式，所述内罐连接部和所述外罐连接部的受压面积均满足
本发明还提出一种储罐，所述储罐包括內罐、外罐和所述的LNG罐顶结构，所述外罐设于所述內罐外侧，所述內罐的罐顶密封连接所述内罐穹顶，所述外罐的罐顶密封连接所述外罐穹顶。
根据本发明的一种实施方式，所述储罐还包括环形空间，所述环形空间位于所述內罐与所述外罐之间，所述环形空间填充有隔热材料，所述隔热材料优选为聚氨酯或珍珠岩。
根据本发明的一种实施方式，所述储罐还包括填充口，所述填充口设置于所述储罐的顶部，所述填充口连通所述环形空间。
本发明无需采用原有吊顶结构的施工方式进行预制，而采用内外双层网壳结构进行预制，可有效提升储罐的建造施工速度，通过明显减小晃动波高对储罐高度的影响，从而降低储罐的设计高度。由于吊顶的取消，吊顶上部的保冷玻璃棉也无需设置，可替代为保冷效果更为理想的PUF，避免了原有储罐环梁位置的珍珠岩沉降问题。或者，可采用设有填充口的LNG罐顶结构，便于在隔热材料沉降时向储罐的环向空间补填该种材料，以免影响储罐的隔热效果。
附图说明
图1为现有LNG储罐整体结构示意图；
图2为本发明一实施例LNG储罐LNG罐顶结构安装示意图；
图3为本发明一实施例LNG储罐保冷结构示意图；
图4为本发明一实施例网壳结构示意图；
图5为本发明一实施例抗压圈和抗压环的半剖视结构示意图；
附图标号：
1内罐，2外罐，3临时连接件，4外罐穹顶，5內罐穹顶，6外罐连接部，61抗压圈，62抗压环，7内罐连接部，8保冷材料，9填充口，11吊顶，12吊顶玻璃棉，13吊杆，14珍珠岩，15衬板，16环梁，17纵梁。
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。
本发明采用了一种新型的储罐设计及建造施工技术，无需采用原有吊顶结构的施工方式进行预制，而采用内外双层网壳结构进行预制，可有效提升储罐的建造施工速度，通过明显减小晃动波高对储罐高度的影响，从而降低储罐的设计高度。由于吊顶的取消，吊顶上部的保冷玻璃棉也无需设置，可替代为保冷效果更为理想的PUF，避免了原有储罐环梁位置的珍珠岩沉降问题。
如图2所示，本发明首先提出一种LNG罐顶结构，所述LNG罐顶结构包括外罐穹顶4和內罐穹顶5，其中，
所述外罐穹顶4呈拱形，该外罐穹顶4为网壳结构，该外罐穹顶用于连接储罐的外罐2的顶部；
所述内罐穹顶5呈拱形，所述内罐穹顶5为网壳结构，所述内罐穹顶5用于连接储罐的内罐1的顶部。
本发明储罐的罐顶无需采用原有內罐为吊顶结构的施工方式进行预制，而采用上述内外双层网壳结构进行预制，可有效提升储罐的建造施工速度，且可通过明显减小晃动波高对储罐高度的影响，从而降低储罐的设计高度。
本发明无吊顶的LNG储罐穹顶结构，由于内罐采用了网壳式穹顶结构，而不是传统的吊顶结构，拱形的穹顶为內罐中液体的波动预留了足够的空间，也为內罐中液体的蒸发压力预留了空间，穹顶无需设置压力平衡口，可与內罐密封连接，而且拱形的网壳结构强度与刚度都能满足穹顶的受力要求，因此避免了地震时储罐内部低温液体晃出的情况，可以减小内罐罐壁的晃动波高，从而降低了储罐的整体高度。
如图4所示，根据本发明的一种实施方式，所述网壳结构包括衬板15、环梁16和纵梁17，环梁16沿圆周方向环向围绕，纵梁17沿径向布置且与环梁16连接，衬板15覆盖连接于环梁16与纵梁17上。环梁16与纵梁17均设有多个。多个环梁16之间及多个纵梁17之间各自均呈间隔分布。
也就是外罐穹顶4包括穹顶顶层衬板、穹顶顶层环梁和穹顶顶层纵梁，內罐穹顶5包括穹顶底层衬板、穹顶底层环梁和穹顶底层纵梁。
优选的，所述的无吊顶的LNG储罐穹顶结构，外罐穹顶4由于需要承受混凝土浇筑的荷载采用起支撑作用，穹顶顶层环梁布置可更为密集，纵梁布置可更为紧凑，而內罐穹顶5由于仅需承受内部蒸发气体压力，环梁布置可较为稀疏，纵梁布置可较为宽松。
根据本发明的一种实施方式，所述外罐穹顶4的网壳结构中多个环梁16之间的间隔小于所述内罐穹顶的网壳结构中多个环梁16之间的间隔；所述外罐穹顶4的网壳结构中多个纵梁17之间的间隔小于所述内罐穹顶5的网壳结构中多个纵梁17之间的间隔。
优选的，所述的无吊顶的LNG储罐穹顶结构，外罐穹顶4和內罐穹顶5在升顶前同时完成制作安装，并用临时连接件进行连接。
优选的，所述的无吊顶的LNG储罐穹顶结构，外罐穹顶4和內罐穹顶5通过穹顶临时连接件连接，一起完成气压升顶的安装。
也就是，如图2、3所示，为了能在外罐2施工完成后，整体将外罐穹顶4与內罐穹顶5升至顶部，比如通过气压顶起的方式将穹顶升起，根据本发明的一种实施方式，所述LNG罐顶结构还包括临时连接件3，该临时连接件3用于临时连接所述外罐穹顶4和所述内罐穹顶5，也就是在安装施工前将外罐穹顶4与內罐穹顶5连接为一体，而将外罐穹顶4与外罐连接，及內罐穹顶5与內罐1连接后，即可将临时连接件3去除。
当然也可将外罐穹顶4和內罐穹顶5分别升顶安装。也就是外罐2施工完毕后，升顶外罐穹顶4，內罐1施工完毕后，再升顶内罐穹顶5。
內罐穹顶5和外罐穹顶4通常采用强度及刚度足够的金属，比如建筑中通常采用钢材来建造，内罐穹顶5使用的钢材需要有一定的低温冲击韧性。
优选的，所述的无吊顶的LNG储罐穹顶结构，外罐穹顶4和內罐穹顶5通过穹顶临时连接件3连接，在升顶完成后将3临时连接件切除，并将內罐穹顶与内罐密封，优选进行焊接连接，将外罐穹顶与外罐进行密封连接。由于內罐一般是钢制结构，外罐为混凝土结构，因此外罐可预埋钢制连接部与外罐穹顶4连接。
优选地，所述临时连接件3为一组连接杆，该临时连接件3在所述外罐穹顶4的内底面和所述内罐穹顶5的外顶面之间连接。
如图2、3所示，根据本发明的一种实施方式，所述LNG罐顶结构还包括外罐连接部6和内罐连接部7，所述外罐连接部6用于连接所述储罐的外罐2与所述外罐穹顶4，所述内罐连接部7用于连接所述储罐的內罐1与所述内罐穹顶5。
根据本发明的一种实施方式，所述的无吊顶的LNG储罐穹顶结构，外罐穹顶4和內罐穹顶5在切除穹顶临时连接件3后，两层穹顶结构完全分离，外罐穹顶可通过混凝土外罐连接部6传递荷载，整体结构由外罐进行支撑，内罐穹顶5可通过钢制内罐连接部7传递荷载，整体结构由钢制内罐1进行支撑。
根据本发明的一种实施方式，混凝土外罐连接部6可包括抗压圈61和抗压环62，如图5所示，为抗压圈61和抗压环62的半剖视示意。抗压圈61和抗压环62可为碳钢结构。抗压环61和抗压圈62可通过碳钢螺柱与外罐2和外罐穹顶4的混凝土进行连接。抗压环61和抗压圈62均为圆周结构，绕罐体顶部圆周一圈。抗压环61和抗压圈62在罐体与穹顶的连接处交叉连接。
根据本发明的一种实施方式，钢制内罐连接7部包括内罐抗压圈和抗压环。该组抗压圈和抗压环的结构形式类似外罐连接部6的抗压圈61和抗压环62，材质可为钢材。
优选的，所述的无吊顶的LNG储罐穹顶结构：内罐连接部7和外罐连接部6的受压面积满足
本发明还提出一种储罐，所述储罐包括內罐1、外罐2和所述的LNG罐顶结构，所述外罐2设于所述內罐1外侧，所述內罐1的罐顶密封连接所述内罐穹顶5，所述外罐2的罐顶密封连接所述外罐穹顶4。
根据本发明的一种实施方式，所述储罐还包括环形空间，所述环形空间位于所述內罐与所述外罐之间，所述环形空间填充有隔热材料。
根据本发明的一种实施方式，所述的无吊顶的LNG储罐穹顶结构，外罐穹顶4、外罐连接部6和外罐2整体形成储罐外部，內罐穹顶5、内罐连接部7和内罐1整体形成储罐内部，储罐内外部之间形成一个密闭的环形空间。
优选的，环形空间填充PUF(聚氨酯)或者珍珠岩保冷材料。
如图3所示，根据本发明的一种实施方式，所述储罐还包括填充口9，所述填充口9设置于储罐的顶部，填充口9连通所述环形空间，以便在隔热材料沉降后能够及时填充。
储罐内外部之间的环形空间之间填充PUF时，PUF弹性体直接粘结在罐壁和罐顶上，不涉及珍珠岩(粉末)沉降的问题；储罐内外部之间的环形空间之间填充珍珠岩(粉末)时，珍珠岩填充口9设置于储罐顶部，填充后环形空间将完全充满珍珠岩，在储罐预冷后可适当进行补填，可以避免珍珠岩后期沉降的问题。
本发明上述技术方案无吊顶及玻璃棉的设计，使得可在穹顶和罐壁外侧环形空间均采用珍珠岩或PUF进行保冷，避免隔热材料后期沉降的问题；而采用拱形网壳穹顶结构，能够预留足够的晃动及升压空间，可避免液体溢出內罐外部，可降低储罐内罐高度和储罐整体高度，不仅减小了内罐的钢板用量，而且由于储罐降低了高度会减少储罐整体材料用量，如混凝土、钢筋、预应力系统、保冷材料等的使用量。而且由于网壳结构本身强度及刚度足够，无需与外罐的罐顶吊接，使得储罐的罐顶结构可分开，使得制作与施工更加简单灵活。从总体造价测算，此种方案比常规吊顶如铝吊顶方案成本低，而由于不引起其隔热材料如珍珠岩粉末的沉降从而使得保冷效果更为优异。
实施例
如图2所示，储罐整体结构由内罐1和外罐2组成，内罐1上部没有吊顶结构，而是內罐穹顶5，在外罐2施工完成后，內罐穹顶5在安装时可通过穹顶临时连接件3与外罐穹顶4进行连接。在施工时，通过气压升顶，外罐穹顶4和內罐穹顶5一同受到向上的气体压力升至储罐顶部。升顶后，穹顶临时连接件3将被切除，內罐穹顶5可通过内罐连接部7与内罐1进行焊接，外罐穹顶4可通过外罐连接部6与外罐2进行连接。
在内罐1和外罐2之间的环形空间填充满了保冷材料(PUF或珍珠岩)8，如保冷材料8采用的是PUF时，PUF弹性体直接粘结在罐壁和罐顶上，不会导致沉降的问题；如保冷材料8采用的是珍珠岩时，珍珠岩填充口9位于储罐顶部，填充后内罐1和外罐2之间环形空间将完全充满保冷材料8，且在储罐预冷后可以通过珍珠岩填充口9进行补填，充分避免保冷材料8后期沉降的问题。
在内罐1上部没有吊顶结构而直接通过内罐连接部7使內罐穹顶5与內罐1进行焊接，使得內罐形成一个封闭的结构。因此内罐1中的低温液体在地震作用下产生晃动并不会导致低温液体溢出内罐1的外部而进入外罐2，因为其受到了內罐穹顶5的阻挡。在设计内罐1时，则会综合考虑上述因素，降低内罐1的高度，从而降低储罐整体的高度，节省了储罐的成本。
需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
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，各实施方式都可根据需要进行组合或删减，附图中并非所有部件都是必要设置，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所述的这些实施例，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。
