一种基岩较浅地区的大直径高温熔盐储罐基础的设计方法

技术领域

本发明属于储罐基础的设计和制造技术领域，特别涉及一种基岩较浅地区的大直径高温熔盐储罐基础的设计方法。

背景技术

高温熔盐储罐是熔盐储热技术的核心设备，主要应用于光热发电、清洁供热等场景。熔盐储热技术能够帮助实现弃风、弃光电等电能的储存，在需要的时候释放，减少用户用能成本，提高整个发电系统的能源利用率，实现削峰填谷。平滑光电、风电的输出功率，提升新能源发电的消纳能力。

其中高温熔盐储罐基础的设计方法目前尚无国家标准或行业规程，目前的储罐基础大多采用混凝土底板或混凝土环墙方案，对于大直径高温储罐储罐罐底温度高、基础直径大(直径超过40m)、环墙长度长的特点。采用混凝土底板或混凝土环墙都面临大体积混凝土浇筑导致的施工周期长，质量控制难的问题。

因此，发明一种基岩较浅地区的大直径高温熔盐储罐基础的设计方法来解决上述问题很有必要。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种基岩较浅地区的大直径高温熔盐储罐基础的设计方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基岩较浅地区的大直径高温熔盐储罐基础的设计方法，包括以下步骤：

步骤一、挖除基岩顶部的软弱土层，分层夯实级配砂石，每层厚度不大于200mm，压实系数不小于0.96；

步骤二、级配砂石顶部设置一圈耐高温素混凝土环梁，环梁顶部采用耐高温灌浆料找平，为钢环墙的定位提供基础；

步骤三、根据热传导分析确定罐底保温材料的厚度，罐底保温材料一般采用陶粒，再用钢环墙将其约束；

步骤四、实现罐底不同深度处的实时温度监测功能；

步骤五、在钢环墙顶部内侧设置罐壁的耐热混凝土环形基础，环形基础由不超过两米的预制混凝土梁段组成，每段之间设置Z字形伸缩缝。

进一步的，所述步骤一中，基岩顶面级配砂石回填的厚度＝基岩埋置深度-罐底保温厚度-保温层底部级配砂石厚度。

进一步的，所述步骤二中，环梁内部铺设级配砂石，级配砂石中埋设钢管，降低级配砂石层的导热能力。

进一步的，所述步骤三中，对钢环墙进行强度验算，钢环墙的内力主要考虑以下两种状态：

状态一：钢环墙在其内主动陶粒土压力和环墙外的被动碎石土压力作用下产生的环向拉应力；

状态二：热量从高温熔盐储罐罐底传到钢环墙顶部和底部，钢环墙内形成的温度场，在钢环墙顶部的温度最高，底部最低，在该温度梯度作用下，钢板内会产生不同方向的应力。

进一步的，所述状态一中，罐底压力作用下环向拉应力理论值推导过程如下：

在任一高度h处钢环墙的净内压力p＝(q+γh)K

钢环墙内部的平衡式为：

由式(2)推导得

将式(1)代入到式(3)中，

整理式(4)得，

由于γK

即h＝0时，

其中，h为计算断面距钢环墙顶面的距离(m)；D为钢环墙的直径(m)；q为罐底压应力(kPa)；Ka为罐底保温材料主动土压力系数；γ为罐底保温材料重度(kN/m

进一步的，所述状态二中，在温度梯度作用下钢环墙外部的分布土反力设置为p

其中，p

进一步的，所述步骤四中，分层填筑罐底保温陶粒过程中在陶粒不同深度处埋设套管，在钢环墙上特定位置留孔，温度检测信号传到套管内再从钢环墙上的圆孔处引出。

进一步的，所述步骤五中，在上部罐壁安装就位后，在储罐底板和环形基础间灌入耐高温灌浆料，并在钢环墙和环形基础之间用玻璃纤维填充。

进一步的，所述环形基础，用于减少罐壁下方的罐底板和罐体中部的罐底板间的差异沉降进而减少由此导致的罐体变形和内应力。

本发明的技术效果和优点：

1、本发明通过在级配砂石顶部设置一圈耐高温素混凝土环梁，环梁顶部采用耐高温灌浆料找平，为钢环墙的定位提供基础，环梁内部铺设级配砂石，级配砂石中埋设钢管，降低级配砂石层的导热能力；通过状态一和状态二两种不同的状态方便计算钢环墙的环向应力和剪应力，根据计算的环向应力和剪应力能够对设计出安全可靠的高温熔盐储罐基础，且设计出的高温熔盐储罐基础施工周期短、质量控制较容易。

2、本发明通过在钢环墙顶部内侧设置罐壁的耐热混凝土环形基础，环形基础由不超过两米的预制混凝土梁段组成，每段之间设置Z字形伸缩缝，环形基础用于减少罐壁下方的罐底板和罐体中部的罐底板间的差异沉降进而减少由此导致的罐体变形和内应力，因此环形基础的宽度的确定依据：在罐壁压力作用下的环形基础底部的压应力与罐底相同。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书以及附图中所指出的结构来实现和获得。

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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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示出了本发明实施例的高温熔盐储罐基础的构成图；

图2示出了本发明实施例的图1中的①部分示意图；

图3示出了本发明实施例的图1中的②部分示意图；

图4示出了本发明实施例的图2的剖面结构示意图；

图5示出了本发明实施例的罐底压力作用下钢环墙受力分析图；

图6示出了本发明实施例的罐底压力作用下钢环墙环向拉力分析图；

图7示出了本发明实施例的钢环墙在温度梯度作用下的计算模型图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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、完整地说明，显然，所描述的实施例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做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。

本发明提供了一种基岩较浅地区的大直径高温熔盐储罐基础的设计方法，如图1-7所示，包括以下步骤：

步骤一、挖除基岩顶部的软弱土层，分层夯实级配砂石，每层厚度不大于200mm，压实系数不小于0.96；其中，基岩顶面级配砂石回填的厚度＝基岩埋置深度-罐底保温厚度-保温层底部级配砂石厚度。

步骤二、级配砂石顶部设置一圈耐高温素混凝土环梁，环梁顶部采用耐高温灌浆料找平，为钢环墙的定位提供基础；在图3中，环梁内部铺设级配砂石，级配砂石中埋设钢管，降低级配砂石层的导热能力。

步骤三、根据热传导分析确定罐底保温材料的厚度，罐底保温材料一般采用陶粒，再用钢环墙将其约束；

对钢环墙进行强度验算，钢环墙的内力主要考虑以下两种状态：

状态一：在图5和图6中，钢环墙在其内主动陶粒土压力和环墙外的被动碎石土压力作用下产生的环向拉应力。

罐底压力作用下环向拉应力理论值推导过程如下：

在任一高度h处钢环墙的净内压力p＝(q+γh)K

钢环墙内部的平衡式为：

由式(2)推导得

将式(1)代入到式(3)中，

整理式(4)得，

由于γK

即h＝0时，

其中，h为计算断面距钢环墙顶面的距离(m)；D为钢环墙的直径(m)；q为罐底压应力(kPa)；K

状态二：在图7中，热量从高温熔盐储罐罐底传到钢环墙顶部和底部，钢环墙内形成的温度场，在钢环墙顶部的温度最高，底部最低，在该温度梯度作用下，钢板内会产生不同方向的应力。

在温度梯度作用下钢环墙外部的分布土反力设置为p

其中，p

通过确定上述参数，代入有限元软件建模计算，得到钢环墙的环向应力和剪应力。

步骤四、实现罐底不同深度处的实时温度监测功能；其中如图7所示，分层填筑罐底保温陶粒过程中在陶粒不同深度处埋设套管，在钢环墙上特定位置留孔，温度检测信号传到套管内再从钢环墙上的圆孔处引出。

步骤五、在钢环墙顶部内侧设置罐壁的耐热混凝土环形基础，环形基础由不超过两米的预制混凝土梁段组成，每段之间设置Z字形伸缩缝。在图2-图4中，在上部罐壁安装就位后，在储罐底板和环形基础间灌入耐高温灌浆料，并在钢环墙和环形基础之间用玻璃纤维填充。

其中，环形基础用于减少罐壁下方的罐底板和罐体中部的罐底板间的差异沉降进而减少由此导致的罐体变形和内应力。因此环形基础的宽度的确定依据：在罐壁压力作用下的环形基础底部的压应力与罐底相同。采用分段预制的混凝土环梁，能够避免混凝土浇筑过程中混凝土浆液对罐体保温材料的污染风险，进而保证了罐底保温材料的保温性能。

本发明通过在级配砂石顶部设置一圈耐高温素混凝土环梁，环梁顶部采用耐高温灌浆料找平，为钢环墙的定位提供基础，环梁内部铺设级配砂石，级配砂石中埋设钢管，降低级配砂石层的导热能力；通过状态一和状态二两种不同的状态方便计算钢环墙的环向应力和剪应力，根据计算的环向应力和剪应力能够对设计出安全可靠的高温熔盐储罐，且设计出的高温熔盐储罐施工周期短、质量控制较容易。

通过在钢环墙顶部内侧设置罐壁的耐热混凝土环形基础，环形基础由不超过两米的预制混凝土梁段组成，每段之间设置Z字形伸缩缝，环形基础用于减少罐壁下方的罐底板和罐体中部的罐底板间的差异沉降进而减少由此导致的罐体变形和内应力，因此环形基础的宽度的确定依据：在罐壁压力作用下的环形基础底部的压应力与罐底相同。

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：其依然可以对前述各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各实施例技术方案的精神和范围。