CN104832784A - 一种液化天然气储罐的吊顶结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种液化天然气储罐的吊顶结构，包括：一组吊杆、波纹板和框架梁；框架梁整体布置为多榀框架围绕中心圆的结构，框架梁的纵梁和环梁连接处分别设置有刚接节点，通过节点板连接在一起；储罐的穹顶与吊顶的框架梁之间通过一组吊杆连接，每根吊杆的中部设置有带螺纹的双向调节头，在安装过程中用于调整吊顶的水平度；波纹板与框架梁通过铆钉连接在一起，波纹板上表面铺设保冷材料，保冷材料的自重载荷通过波纹板均匀传递到框架梁上。

Description

一种液化天然气储罐的吊顶结构

技术领域

本发明涉及液化天然气领域，具体而言，涉及一种液化天然气储罐的吊顶结构。

背景技术

LNG(液化天然气)储罐是一种盛装低温液态天然气的容器，利用在-165℃以下的低温下，天然气可以常压液态形式存储的原理设计而成。LNG储罐一般由内罐、外罐和保冷绝热层组成。内罐用于储存低温液态天然气，内罐的顶部、底部和罐壁四周全部包裹在保冷绝热层内。外罐由外罐壁和穹顶组成，穹顶固定于外罐壁顶部，内罐吊顶通过一组拉杆悬挂在穹顶钢结构上。

吊顶结构通常具有扁平的表面形状，悬挂在内罐的正上方，用以支撑内罐顶部的绝热材料，以减少冷态储存介质与外界热源的热量传递，降低LNG的蒸发率。吊顶材料应耐受介质的最低设计温度，以及在任何可能运行条件下罐顶或罐壁任何部位可能出现的冷收缩效应。吊顶最主要的功能是支撑保冷材料，防止保冷材料落入内罐中储存的液化天然气中。同时，吊顶应能承受吊顶和保冷材料施工过程中产生的施工载荷，保证施工人员的人身安全。

近年来LNG储罐技术发展迅速，最大规模从3万立方米增加到16万立方米、20万立方米、甚至30万立方米。与之相匹配的吊顶结构，也从直径约40米增加到80、90米。由于传统的吊顶一般都是在现场焊接完成，在这种尺寸和规模下，满足标准规范和设计安全的传统吊顶结构显得越来越笨重，施工难度越来越大，制造周期越来越长，造价也越来越昂贵，需通过技术创新和改造以适应LNG储罐的大型化发展趋势。

发明内容

本发明提供一种液化天然气储罐的吊顶结构，可以解决LNG储罐大型化发展过程中，传统吊顶结构存在的问题，满足设计要求。

本发明提供了一种液化天然气储罐的吊顶结构，包括：一组吊杆、波纹板和框架梁，其中：

所述框架梁(包括中心框架梁)的网格布置方式为多榀框架围绕中心圆的形式、四边形、三角形、圆环形、肋环形、扇形中的一种或多种形式组合而成的形式；

每根所述吊杆连接在储罐的穹顶与所述框架梁之间，每根所述吊杆的上端悬挂在穹顶钢结构上，每根所述吊杆下端铰接于所述框架梁上，每根所述吊杆的中间位置设置有带螺纹的双向调节头，在安装过程中用于调整吊顶的水平度；

所述波纹板与所述框架梁通过铆钉连接在一起，所述波纹板上表面铺设保冷材料，保冷材料的自重载荷通过所述波纹板均匀传递到框架梁上。

进一步地，所述吊杆的材质为不锈钢或9Ni钢或铝合金。

进一步地，所述波纹板是一组支撑保冷材料的压型铝合金板，两两搭接后铆接在一起，并通过铆钉固定在所述框架梁上。

进一步地，所述框架梁为工字型结构钢、角钢、槽钢、T型钢中的任一种。

进一步地，所述框架梁的材质为不锈钢或9Ni钢或铝合金。

进一步地，当所述框架梁的网格布置方式为多榀框架围绕中心圆的形式时，所述框架梁的纵梁和环梁连接处分别设置有刚接节点，通过节点板连接在一起。

进一步地，所述节点板与环梁、纵梁之间通过焊接连接或螺栓连接或焊接与螺栓的组合方式连接。

进一步地，所述波纹板的材质为不锈钢或9Ni钢或铝合金。

进一步地，所述吊杆的截面可以是圆钢+螺纹连接的形式，也可以是圆钢、扁钢、角钢等截面或其组合结构。

本发明的吊顶结构使用薄壁波纹板吊顶替代传统的加强平板组合结构，大幅节省了材料，有效降低了穹顶钢结构的载荷，提高了储罐的安全性；由于采用工厂预制+现场组装的施工方法，吊装加工精度高，平整度好，同时降低了焊接工作量、更节省工期。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一个实施例的液化天然气储罐的吊顶整体结构示意图；

图2为图1实施例的吊顶细部结构示意图；

图3为本发明一个实施例的吊顶结构及其与穹顶、框架梁的连接结构示意图；

图4为本发明一个实施例的波纹板截面示意图；

图5为本发明一个实施例的框架梁布置(单榀)示意图；

图6为本发明一个实施例的框架梁连接节点示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明一个实施例的液化天然气储罐的吊顶整体结构示意图，图2为图1实施例的吊顶细部结构示意图，图3为本发明一个实施例的吊顶结构及其与穹顶、框架梁的连接结构示意图，该吊顶结构适用于双壁低温液化天然气立式圆筒形储罐，该吊顶主要由吊杆、波纹板和框架梁三部分组成。

框架梁的网格布置方式为多榀框架围绕中心圆的形式、四边形、三角形、圆环形、肋环形、扇形中的一种或多种形式组合而成的形式，当框架梁的网格布置方式为多榀框架围绕中心圆的形式时，框架梁的纵梁和环梁连接处分别设置有刚接节点，通过节点板连接在一起；

吊杆是一组连接穹顶钢结构和框架梁的受拉构件(例如主要材料可以为不锈钢或9Ni钢或铝合金)，起到连接穹顶与框架梁的作用，每根吊杆连接在储罐的穹顶与框架梁之间，每根吊杆的上端悬挂在穹顶钢结构上，每根吊杆下端铰接于框架梁上，每根吊杆的中间位置设置有带螺纹的双向调节头，在安装过程中用于调整吊顶的水平度；

波纹板与框架梁通过铆钉连接在一起，波纹板上表面铺设保冷材料，保冷材料的自重载荷通过波纹板均匀传递到框架梁上，框架梁是吊顶的主要支撑结构，保冷材料及吊顶的自重载荷由框架梁承受，并最终通过吊杆结构传递到穹顶钢结构上。

其中，吊杆的截面可以是圆钢+螺纹连接的形式，也可以是圆钢、扁钢、角钢等截面或其组合结构。

图4为本发明一个实施例的波纹板截面示意图，波纹板是一组支撑保冷材料的压型铝合金板，两两搭接后铆接在一起，最终通过铆钉固定在框架梁上。波纹板是一种正交异性板材，其强边方向的截面刚度较大，可将保冷材料的自重载荷均匀传递到框架梁上。同时，波纹板还可以承受保冷材料施工过程中产生的施工载荷。与传统的平板吊顶结构相比，由于波纹板结构充分利用了材料的抗弯截面模量，因此大大减少了材料的用量，降低了吊顶自重，同时提高了承载能力。

其中，上述实施例中的波纹板也可替代为其他截面形式的压型板。

图5为本发明一个实施例的框架梁布置(单榀)示意图，图6为本发明一个实施例的框架梁连接节点示意图，框架梁是一组支撑波纹板、连接吊杆的铝制龙骨结构，是吊顶的主要支撑结构。梁的截面设计为型钢结构。框架整体布置为多榀框架围绕中心圆的结构，每一榀框架结构尺寸都相同，可在制造厂实现批量预制，并运输到现场组装，以提高加工精度和工程进度。框架梁的纵梁和环梁连接处分别设置有刚接节点，通过节点板连接在一起；节点板与梁之间通过焊接连接。此外，为加强连接强度，还可增设螺栓连接结构。

其中，具体到框架梁的环梁和纵梁之间的位置关系，环梁可以位于纵梁的上方或下方，也可以与纵梁的中心线对齐；框架梁(包括中心框架梁)的网格布置方式，可以是图5所示的形式，也可以是四边形、三角形、圆环形、肋环形、扇形等其他网格形式，以及以上多种方式组合而成的形式。

在具体实施时，每根吊杆上下端还可分别设置一组连接板，分别通过螺栓与焊接在穹顶和框架梁上的连接板固定连接在一起。

与现有技术相比，本发明的改进点在于：

采用框架结构代替平板和加强圈的组合结构，充分利用梁的抗弯强度，提高了材料利用率，同时提高了设计安全系数；

采用波纹板代替平板结构，充分利用了波纹板强边方向的抗弯刚度，使吊顶的承载能力大大提高；

采用可调节长度的吊杆结构，保证安装过程中吊顶水平度可控制；

可采用工厂预制+现场拼接的施工方案，减少了现场焊接工作量，大大缩短了现场施工工期、改善了工作环境、提高了制造和加工精度。

关于本发明中吊顶结构的详细尺寸和布置设计，如波纹板承载能力、波形尺寸的设计，框架梁截面尺寸、承载间距的设计，吊杆分布间距的设计，以及连接铆钉承载能力的设计，可以根据设计条件计算确定，以满足储罐各种载荷工况的要求。

综上，本发明的LNG储罐吊顶结构，在实现传统吊顶所有功能的前提下，大幅降低了吊顶的材料用量、制造周期和费用，消除了传统平板吊顶易发生挠曲的问题，提高了吊顶的承载能力和安全性能。同时由于吊顶自重降低，进而可进一步减少穹顶钢结构的材料用量。本发明可以采用工厂预制+现场拼装的制造方法，大幅减少现场焊接工作量，加快施工进度，改善工人的工作环境。

此外，发明人对上述实施例中的吊顶结构进行了比较，以某项目设计直径83米的吊顶为例，如果按照传统平板和加强环组合的吊顶结构，预计消耗铝合金材料约136吨，不锈钢约30吨；而按照本发明提供的技术方案，共计消耗铝合金材料约80吨，不锈钢约23吨；仅材料造价一项即可节省约170万元。与传统的吊顶相比，单位面积上的铝材消耗量减少41％，不锈钢材料消耗量减少23％。同时，按照本方案可减少现场施工工期约30个工作日、减少焊接长度约6000米、减少穹顶受力610KN。

本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

本领域普通技术人员可以理解：实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种液化天然气储罐的吊顶结构，其特征在于，包括：一组吊杆、波纹板和框架梁，其中：

所述框架梁的网格布置方式为多榀框架围绕中心圆的形式、四边形、三角形、圆环形、肋环形、扇形中的一种或多种形式组合而成的形式；

每根所述吊杆连接在储罐的穹顶与所述框架梁之间，每根所述吊杆的上端悬挂在穹顶钢结构上，每根所述吊杆下端铰接于所述框架梁上，每根所述吊杆的中间位置设置有带螺纹的双向调节头，在安装过程中用于调整吊顶的水平度；

所述波纹板与所述框架梁通过铆钉连接在一起，所述波纹板上表面铺设保冷材料，保冷材料的自重载荷通过所述波纹板均匀传递到框架梁上。

2.根据权利要求1所述的液化天然气储罐的吊顶结构，其特征在于，所述吊杆的材质是不锈钢或9Ni钢或铝合金。

3.根据权利要求1所述的液化天然气储罐的吊顶结构，其特征在于，所述波纹板为一组支撑保冷材料的压型铝合金板，两两搭接后铆接在一起，并通过铆钉固定在所述框架梁上。

4.根据权利要求1所述的液化天然气储罐的吊顶结构，其特征在于，所述框架梁是工字型结构钢、角钢、槽钢、T型钢中的任一种。

5.根据权利要求1所述的液化天然气储罐的吊顶结构，其特征在于，所述框架梁的材质为不锈钢或9Ni钢或铝合金。

6.根据权利要求1所述的液化天然气储罐的吊顶结构，其特征在于，当所述框架梁的网格布置方式为多榀框架围绕中心圆的形式时，所述框架梁的纵梁和环梁连接处分别设置有刚接节点，通过节点板连接在一起。

7.根据权利要求6所述的液化天然气储罐的吊顶结构，其特征在于，所述节点板与环梁、纵梁之间通过焊接连接或螺栓连接或焊接与螺栓的组合方式连接。

8.根据权利要求1所述的液化天然气储罐的吊顶结构，其特征在于，所述波纹板的材质为不锈钢或9Ni钢或铝合金。