寒区永久冻土层下LNG复合壳智能储罐及施工方法

技术领域

本发明涉及一种应用于液化天然气储运领域中的储罐，具体地说是涉及一种寒区永久冻土层下LNG复合壁储罐。

背景技术

随着我国经济的快速发展，能源需求缺口很大，同时国家加大对清洁能源的使用力度，而液化天然气这一能源，以高热能、低污染、易存储、易运输以及安全系数高等优点契合大众的需求，迅速占领能源市场，未来将可能代替石油、煤，成为第一大能源。自从我国进口液化天然气以来，对海外天然气的进口依赖程度增加，因此在我国沿海地区建立了一定数量的LNG储罐。LNG储罐具有质量大、体积大、安全性能好等优点被推广使用，但是这种储罐在寒区的应用却受到了很大限制。目前中俄天然气工程正在兴起，因此在寒区建立一定数量的LNG储罐具有重要的意义。 现阶段国家极力倡导绿色生态环境建立，永久冻土生态环境要求尽可能避免或减小对原状冻土的破坏。寒区地下LNG储罐周围土壤容易受温度的影响，容易发生冻胀现象、融沉，对罐体产生影响。因此如何建立寒区地下下LNG储罐，减小生态环境破坏，有效避免冻胀、融沉现象，是一系列待解决的问题。

发明内容

为了解决背景技术中所提到的技术问题，本发明提供一种寒区永久冻土层下LNG复合壳智能储罐及施工方法，本种储罐建立在永久冻土层下解决了土体冻胀、融沉对储罐结构的影响；采用复合罐壁用于解决储罐结构稳定性差问题；设有施工入口进行地下施工减小了对生态环境的破坏；采用相变混凝土起到了维持储罐内部温度稳定的目的；内壁附有光纤网对储罐各个位置进行实时监控，便于及时发现储罐破损位置并对其进行修复的目的；土体周围采用热棒，达到了在运行工作时保护生态环境且保护储罐的目的。

本发明的技术方案是：该种寒区永久冻土层下LNG复合壳智能储罐，包括地下施工结构，所述地下施工整体采用椭球形结构，在储罐周围设有工作房及施工入口，施工入口到工作房之间用楼梯连接；其独特之处在于：

所述智能储罐还包括监控系统、储罐复合壁以及地基处理系统；

所述储罐复合壁包括外壁、内壁及中间夹层；所述储罐复合壁的内壁由若干个含镍9%的四边形拱形钢板拼接组成；所述储罐复合壁的中间夹层为相变混凝土，所述相变混凝土在内外壁之间进行打压浇筑密实；所述储罐复合壁的外壁由若干个四边形拱形玻璃钢板拼接组成；

所述监控系统包括光纤网，光纤网与储罐复合壁的内壁用铆钉连接；所述监控系统的光纤网格最大尺寸为200mmx200mm，监控系统的光纤网与内壁之间用铆钉固定，监控系统的光纤网外接有数据线用于将信息传递至工作房；

所述地基处理系统包括插于地基土中的热棒，热棒采用深埋的方式插入所述地基土中；所述热棒为含碳素的无缝钢管，热棒的热量传递方式为由地下向地上单向传播，用于维持土体周围温度恒定。

寒区永久冻土层下LNG复合壳智能储罐的施工方法，包括如下步骤：

第一步，建立地下空间，选择好场地后设立大小为2mx2m的施工入口，入口直接深入到冻土层下，在冻土层下建立地下空间，地下空间主要包含LNG储罐、工作房及施工入口，工作厂房与施工入口间设有楼梯，地下空间大小根据所需整体空间大小设定；

第二步，同时制作储罐复合壁的内壁和外壁；所述内壁由四边形拱形钢板组成，单个钢板之间采用螺栓连接，螺栓接缝处用防水胶进行处理；所述外壁由四边形拱形玻璃钢板组成，单个钢板之间采用螺栓连接，螺栓接缝处用防水胶进行处理；内、外壁同时升起，建到预设高度后开展第三步，后期修复中只需要将破损位置钢板拆除即可；

第三步，制作相变混凝土夹层，混凝土夹层是在储罐复合壁的内外壁建立起后，将所需混凝土材料按照配比确定后进行现场浇筑并振捣密实；

第四步，加设光纤网监控系统，将光纤网布置在储罐内壁处，光纤网与工作房之间用数据线连接；

第五步，增设热棒，在储罐周围冻土层上插入热棒，热棒间隔分布。

本发明具有如下有益效果：

1、本发明提出一种寒区永久冻土层下LNG复合壳储罐，储罐埋于地下，受外界环境变化作用小，截面重心低，底部与地面接触紧密，周围土体无明显破坏，受力合理，避免储罐共振的风险，稳定性好，安全性能高，减灾效果显著。

2、储罐整体采用椭球形状，外轮廓采用复合材料玻璃钢制作成曲线流线型截面，相变混凝土夹心配置起防腐、防护及保温作用。外壁采用普通钢材成型价格低廉，混凝土夹心采用喷筑成型，制作方便，工程造价低廉，利用推广应用。

3、本发明一种寒区永久冻土层下LNG复合壳储罐，设有施工入口，避免大开挖，施工简单，使用期间维护检测方便，在油气储存中，尤其寒区油气储藏工程领域，将会得到广泛的应用。

4、智能监控，利用光纤网对储罐整体进行监测，通过对数据的分析可以得到储罐的运行状态，损伤位置及程度。

附图说明：

图1是本发明整体空间正立面图。

图2是本发明整体空间左视图图。

图3是本发明内壁组合拱形钢板示意图。

图4是本发明外壁组合拱形玻璃钢板示意图。

图5是本发明光纤网示意图。

1- LNG储罐 ， 2-内壁，3 -玻璃层外壁，4-相变混凝土夹层，5-热棒，6-冻土层，7-光纤网 ，8-施工入口，9-工作室， 10- 普通钢，11-玻璃钢，12 防水胶。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明作进一步说明：

由图1至图5所示，所述LNG储罐为复合壳智能储罐，在寒区永久冻土层6下，其包括地下施工结构，复合壁储罐，监控系统，及地基处理系统。所述地下施工整体采用椭球形结构，在储罐周围设有有工作房及施工入口8，施工入口8到工作房9之间用楼梯连接；所述复合罐壁由内壁2、外壁3及中间夹层4组成；所述监控系统由光纤网9组成,光纤网9与罐内壁2用铆钉连接；所述地基处理系统为在地基土中插有热棒5，热棒5采用深埋的方式插入地基中。所述LNG储罐1埋于地下3m位置（可根据冻土层厚度合理设置埋深），整体呈椭球形，使得结构整体受力均匀，可承受较大的压力，在地下直接施工组成，储罐的长径及短径根据所需储存量而定。所述复合罐壁内壁2由单个含镍9%、大小为1000m以下，厚度为2mm的四边形拱形钢板10拼接组成，用于对LNG液体的储存，相邻两块钢板之间用螺栓连接，连接完成后检查是否存在漏连部位，连接面是否光滑，若存在上述问题则重新连接，连接处用防水胶12进行处理保证无漏液现象。所述复合罐壁中间夹层相变混凝土4，其在内外罐壁中间进行打压浇筑密实，其厚度根据保温要求及结构承重要求而定。所述复合罐壁外壁3为单个大小为800m以下，厚度为2mm的四边形拱形玻璃钢板11拼接组成，起稳定、导流、防腐保护层作用。所述监控系统由光纤网7组成，其最大尺寸为200mmx200mm，光纤网7与内壁2之间用铆钉固定，外接有数据线将信息传递至工作室9。所述冻土层地6下结构为椭球形，根据储罐大小来设定，在储罐附近设有工作室9，负责对系统进行维护、监控及维修。所述热棒5是由含碳素的无缝钢管制作，采用埋深的方式置入土体中，在距离储罐较远位置热棒总长为7m，其中地上2m，地下5m；距离储罐较近位置热棒总长5m，其中地上2m，地下3m；热棒间距为2m。其热量传递方式为由地下向地上单向传播，起维持土体周围温度恒定作用，其数量根据工作环境来确定。

施工步骤如下

1）建立地下空间，选择好场地后设立大小为2mx2m的施工入口，入口直接深入到冻土层6下，在冻土层下建立地下空间，其主要包含LNG储罐、工作房（20平方米左右）及施工入口，工作厂房与施工入口间设有楼梯，地下空间大小根据所需整体空间大小设定。

2）制作储罐内壁，储罐内壁由厚度为2mm，大小为1000mm以下的四边形拱形钢板组成，单个钢板之间采用螺栓连接，螺栓接缝处用防水胶进行处理。

3）制作储罐外壁，储罐外壁由厚度为2mm，大小为800mm以下的四边形拱形玻璃钢板组成，单个钢板之间采用螺栓连接，螺栓接缝处用防水胶进行处理。

4）制作相变混凝土夹层，混凝土夹层是在内外罐壁建立起后，将所需混凝土材料配比确定后进行现场浇筑并振捣密实。

注意：内外罐壁同时升起，建到合理高度后进行混凝土浇筑，后期修复中只需要将破损位置钢板拆除即可。

5）加设光纤网监控系统，将光纤网布置在储罐内壁处，最大网格尺寸约为200mmx200mm，光纤网与工作室之间用数据线连接。

6）增设热棒，在储罐周围冻土层上插入热棒，热棒之间的间距为2m，距离储罐较远位置埋入地下5米地上2米；距离储罐较近位置地下3m，地上2米。

综上所述，本发明合理地利用了地理环境，解除了地域环境的限制，施工相对简单，同时具有智能监控系统方便后期处理及维护。