全混凝土LNG储罐国产化的可行性研究

当前的全容式LNG储罐内罐材料多为9%镍钢,建造材料难以本土化,导致建造费用高、建设工期长;采用全混凝土LNG(ACLNG)储罐可降低造价、缩短工期。国外虽已建成较小尺寸的全混凝土LNG储罐,但该领域的研究存在断层,而我国尚未开展相关研究。为此,介绍了国外全混凝土LNG储罐的研究现状、发展历程、结构形式,并开展了低温环境下(试验温度最低至-170℃)混凝土与钢材的力学性能试验、混凝土冻融循环试验、低温下混凝土与钢材的黏结性能试验、钢筋与预应力混凝土梁的受弯性能试验。据此总结出了混凝土在低温环境下的工作特性,为全混凝土LNG储罐的建造设计提供了理论支持。同时,针对影响储罐结构安全性的混凝土液密性及冻融循环问题,提出了相应的解决措施。为了促进全混凝土LNG储罐的发展,还建议持续开展以下研究工作:1混凝土内罐的开裂情况分析;2地震作用下的内外罐整体性能分析;3按照ACI 376—2010要求对储罐进行承载能力极限状态与正常使用极限状态的模拟设计。

LNG储罐研究进展及未来发展趋势

总结分析了常规LNG储罐在全模型建模、地震响应分析、隔震研究、局部构件计算、偶然作用分析等方面的研究进展及目前存在的不足,指出未来常规LNG储罐的研究将趋于精细化和集成化,同时必须与试验研究、理论计算及监测分析等手段相结合以验证目前数值计算的准确性。给出了超大型LNG储罐的概念,指出相关能源企业也已经掌握了核心技术,如有合适的时机,随时可以实现工程化应用;超大型的薄膜罐和地下罐适用性更广,应用前景广阔,应当开展更加深入的研究。对自支撑式LNG储罐、全混凝土LNG储罐及海上LNG储罐等3种新型LNG储罐的研究现状及应用前景进行了分析,指出自支撑储罐是对内罐设计改进的很好的补充思路;全混凝土储罐因其造价低在国内具有很大的应用前景;而海上LNG储罐更适用于中小型的LNG接收终端;由于3种新型LNG储罐建造及安装方式与常规储罐的不同,后续研究中应重点论证结构的受力合理性和施工的可行性。本文研究成果对未来LNG储罐的研究提供了有益的借鉴。

基于低温本构的ACLNG储罐受力分析

混凝土材料的应用逐渐向超低温领域发展,应用的典型为全混凝土LNG储罐。其混凝土主容器被-165℃的低温液体冻透至-161℃左右。本文采用混凝土在常温下与低温环境下的本构模型,利用ANSYS软件建立有限元模型,对ACLNG储罐进行预应力工况下的有限元分析,并且进行结果的比对。分析表明:采用低温本构得到的应力、位移与常温本构情况下的结果较为相近,但低温本构下分析的最大变形偏小,表明结构刚度增大;最大压应力稍大,在应力相近的情况下,混凝土的棱柱体抗压强度提高到1.5倍,说明低温下混凝土有很高的强度储备。采用混凝土低温特性进行LNG储罐结构设计,更接近于工程实际,并且可减少材料用量,缩短工期,优化LNG储罐建造市场。