一种混凝土全容罐

技术领域

本发明涉及低温储存设备技术领域，具体涉及一种混凝土全容罐。

背景技术

在目前，在大型的LNG储罐中，分为单容罐、双容罐、全容罐及薄膜罐，在全容罐中有金属全容罐和混凝土全容罐，金属全容罐及混凝土全容罐在调峰、储备库、接收站等地较常见，混凝土全容罐安全性更优于金属全容罐。

常规的混凝土全容罐外罐衬里需要承受泄漏工况的低温液体，低温液体温度会传至混凝土外罐，为保护外罐不受破坏并对泄漏低温液体产生的BOG进行有序的控制，外罐的混凝土一般设置为低温混凝土，同时为控制BOG气体，外罐混凝土需要有一定的厚度确保有一定的绝热效果及抗裂纹能力，上述的结构形式确定了常规的混凝土全容罐造价高、施工周期长等问题。

发明内容

本发明为解决上述问题，提供了一种混凝土全容罐，采用本方案，使混凝土外罐厚度的减少及低温要求降低，同时减少了TPS(热防护系统),使得施工难度降低，施工工艺简化，施工周期变短，施工成本减少。

本发明采用的技术方案为：一种混凝土全容罐，包括混凝土外罐和主容器，还包括次液体容器；

所述混凝土外罐、次液体容器和主容器从外到内依次设置，所述次液体容器和混凝土外罐之间与次液体容器和主容器之间均留有空隙。

现有技术中，主容器直接设于混凝土外罐内，由于混凝土外罐需要承受主容器泄漏工况的低温液体，因此混凝土外罐需要有一定的厚度，确保有一定的绝热效果，并需采用低温混凝土，造成了常规的混凝土全容罐造价高、施工周期长等问题；另外，常规的混凝土全容罐若发生泄漏，还存在以下问题：1)产生的BOG量较大，损失较大；2)低温工况，外罐及基础可能结冰结霜，可能对外罐造成一定的损伤(如裂纹等)，修复难度大；3)主容器与衬里间的绝热材料可能进入主容器，导致主容器低温液体受污染，可能对仪表、阀门等造成破坏，导致液体无法外排等；4)泄漏后，需对主容器进行维护，该结构形式维修难度大、维修时间长、维修成本高；

鉴于上述常规混凝土全容罐存在的造价高、施工周期长、泄漏后风险大，维修难度大等问题，在常规混凝土全容罐的基础上研究并开发设计一种混凝土全容罐，在混凝土外罐和主容器之间设置有次液体容器，由次液体容器将混凝土外罐和主容器隔离，降低混凝土全容罐的造价，本方案具体结构为：混凝土外罐、次液体容器和主容器从外到内依次设置，且混凝土外罐和次液体容器之间与次液体容器和主容器之间均留有空隙，当主容器发生泄漏时，在泄漏工况下，低温液体进入到次液体容器中进行储存，而由于次液体容器阻挡了泄漏的液体和混凝土外罐相互接触，此时混凝土外罐因正常工况、泄漏工况均接触不了低温液体及低温气体，其材质可由低温混凝土变为常规混凝土，同时混凝土外罐也无需考虑低温工况及控制BOG，其厚度可减少较多，整体满足设计条件即可。

进一步优化，所述混凝土外罐还包括混凝土外罐拱顶，所述混凝土外罐拱顶内侧下方设有吊顶，所述次液体容器和主容器均为敞口结构，所述次液体容器顶部和吊顶边缘连接，所述连接位置处设有保温通气层；本方案中，混凝土外罐还包括混凝土外罐拱顶，混凝土外罐拱顶和混凝土外罐罐壁顶部连接，在混凝土外罐拱顶内部的下方设有吊顶，而为进一步降低BOG气体的产生，使次液体容器和主容器均为敞口结构，此时次液体容器和主容器相同，主容器中挥发的BOG气体可进入到次液体容器中进行储存，用于使次液体容器中的温度和主容器中的温度几乎一致，其中吊顶和混凝土外罐拱顶之间为气封结构，此时在吊顶上也可全部填充为BOG气体，以LNG为例，正常工况下次液体容器和主容器间径向温差为2～3℃(根据实际应用情况及温度场分析结果)；若主容器发生泄漏时，泄漏工况下的低温液体全部存储在次液体容器中，泄漏后的低温液体很快能达到平衡，不会产生大量的BOG，降低损失；而次液体容器的顶部和吊顶边缘连接，在连接位置处设有保温通气层，其密封连接方式为保冷不保气，即在保证能通气的同时，还能具有保温效果，此时次液体容器中的BOG气体，便可进入到混凝土外罐内，使混凝土外罐内部的压力和次液体容器内部的压力几乎保持一致；由于次液体容器中填充有BOG气体，正常工况下次液体容器与主容器温差较小，在泄漏工况下，泄漏的液体温度很快达到平衡，使泄漏的液体温度几乎不会发生变化，进一步减小次液体容器内部低温气体挥发成BOG气体；其中次液体容器可根据不同的工艺选择不同的材料，优选为不锈钢；其中保温通气层可优选为弹性纤维毯，在保证通气的同时，还可防止外部的各种绝缘材料如珠光砂等进入到主容器或次液体容器中；其中吊顶可优选为铝合金或不锈钢。

进一步优化，所述吊顶顶部设有顶部绝热层；本方案中，为保持主容器内部温度，在吊顶顶部还设有绝热层，其绝热层优选为玻璃棉，BOG气体充入到玻璃棉中，使玻璃棉的温度和BOG气体温度保持一致，用于绝热；其中吊顶上端可通过栅栏玻璃丝布拉至混凝土外罐拱顶并密封，用于防止绝热材料如珠光砂等进入到主容器和次液体容器中。

进一步优化，所述混凝土外罐内表面设有混凝土外罐衬里；本方案中，由于混凝土外罐因正常工况、泄漏工况均接触不了低温液体及低温气体，而LNG储罐中，其LNG会挥发成BOG气体，因此为降低气体泄漏，降低损失，只需保证混凝土外罐的气密性即可，本方案在混凝土外罐内侧设置混凝土外罐衬里，其中混凝土外罐衬里可优选采用碳钢或聚合物涂层，用于防止BOG气体外泄。

进一步优化，所述混凝土外罐包括混凝土外罐罐壁，所述次液体容器包括次液体容器壁板，所述混凝土外罐罐壁和次液体容器壁板之间填充有绝热材料；本方案中，由于次液体容器外部为混凝土外罐，在发生泄漏工况时，为进一步保持次液体容器内的LNG低温温度，减少BOG气体挥发量，在混凝土外罐罐壁和次液体容器壁板之间填充有绝热材料，而由于在混凝土外罐内表面还设置混凝土外罐衬里，因此绝热材料位于混凝土外罐衬里和次液体容器壁板之间，其中绝热材料用于将混凝土外罐衬里和次液体容器壁板之间填满，而吊顶处的栅栏玻璃丝布用于防止绝热材料进入混凝土外罐拱顶下方。

进一步优化，所述绝热材料包括从混凝土外罐罐壁到次液体容器壁板方向依次设置的珠光砂和弹性毯；本方案为提高绝热效果，其中绝热材料优选为珠光砂和弹性毯，其中弹性毯围绕次液体容器壁板外表面设置，用于保护次液体容器壁板，在混凝土外罐罐壁和弹性毯之间还填充有珠光砂，此时挥发的BOG气体便能充入到珠光砂和弹性毯中，用于保持低温温度。

进一步优化，所述主容器还包括主容器底板，所述主容器底板下方依次为第一负荷分配板、次液体容器底板、底部绝热层、底部水泥板、混凝土外罐衬里和基础平台；本方案中，在主容器底板下方设置第一负荷分配板，用于均匀沉降主容器的载荷，在第一负荷分配板的下方为次液体容器底板，其中第一负荷分配板还可同时保护上方的主容器和下方的次液体容器底板，在次液体容器底板下方设置底部绝热层，其中底部绝热层可优选采用泡沫玻璃砖，BOG气体充入到泡沫玻璃砖中，达到绝热效果；在底部绝热层下方设置底部水泥板，并在顶部水泥板下方设置混凝土外罐衬里，用于进一步防止BOG气体从底部泄漏，在混凝土外罐衬里底部设置基础平台，用于支撑。

进一步优化，所述次液体容器底板和底部绝热层之间还设有第二负荷分配板；本方案中，为均匀沉降次液体容器的载荷，在次液体容器底板和底部绝热层之间还设有第二负荷分配板，其中第一负荷分配板和第二负荷分配板可优选为混凝土制成。

进一步优化，还包括混凝土圈梁，所述混凝土圈梁设于主容器端部下方；本方案中为增强建筑的整体刚度及墙身的稳定性，减少因基础不均匀沉降或较大振动荷载对建筑物的不利影响及其所引起的墙身开裂，还需设置主梁，如混凝土圈梁，并位于主容器端部下方，用于为主容器进行稳定支撑。

进一步优化，所述混凝土圈梁采用珠光砂圈梁；本方案中为使混凝土圈梁还具有绝热效果，需在混凝土圈梁内浇筑珠光砂，形成珠光砂圈梁。

本发明提供的一种混凝土全容罐，具有以下有益效果：

1)混凝土外罐厚度的减少及低温要求降低，同时减少了TPS(热防护系统),使得施工难度降低，施工工艺简化，施工周期变短，施工成本减少；

2)虽然增加了次液体容器，但减少了TPS(热防护系统)及混凝土外罐厚度，混凝土外罐、储罐基础、混凝土外罐衬里因泄漏工况下接触不了低温液体及低温气体，其材质要求降低，施工成本降低，整个混凝土全容罐综合造价降低；

3)任何泄漏工况下，低温液体存储在次液体容器中，外围有绝热材料包裹，BOG产生量极小，不会造成较大隐患；

4)任何泄漏工况下，低温液体存储在次液体容器中，外围有绝热材料包裹，储罐基础及混凝土外罐接触不了低温，基础及外罐不会出现结冰结霜，也不会受到低温损伤；

5)因次液体容器间填充为BOG，在任何泄漏工况下，不会有绝热材料进入主容器对低温液体造成污染，不会对仪表、阀门等造成破坏，生产可以合理安排后期的转运维护；

6)若发生泄漏，需对主容器进行维护，因次液体容器间填充为BOG，全容罐复温、吹扫、置换完成后，次液体容器间填充为空气，有操作维护空间，大大缩短维护时间、减少维护成本，降低损失。

附图说明

图1为本发明提供的一种混凝土全容罐的结构示意图；

图2为本发明提供的一种混凝土全容罐的局部示意图。

图中附图标记为：1-混凝土外罐拱顶，2-混凝土外罐罐壁，3-混凝土外罐衬里，4-珠光砂，5-弹性毯，6-次液体容器壁板，7-主容器壁板，8-主容器底板，9-第一负荷分配板，10-次液体容器底板，11-底部绝热层，12-底部水泥板，13-混凝土圈梁，14-第二负荷分配板，15-基础平台，17-玻璃棉，18-吊顶，19-保温通气层，20-栅栏玻璃丝布。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的结构、电路、材料或方法。

在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“高”、“低”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

实施例一：如图1和图2所示，一种混凝土全容罐，包括混凝土外罐和主容器，还包括次液体容器；

所述混凝土外罐、次液体容器和主容器从外到内依次设置，所述次液体容器和混凝土外罐之间与次液体容器和主容器之间均留有空隙。

现有技术中，主容器直接设于混凝土外罐内，由于混凝土外罐需要承受主容器泄漏工况的低温液体，因此混凝土外罐需要有一定的厚度，确保有一定的绝热效果，并需采用低温混凝土，造成了常规的混凝土全容罐造价高、施工周期长等问题；另外，常规的混凝土全容罐若发生泄漏，还存在以下问题：1)产生的BOG量较大，损失较大；2)低温工况，外罐及基础可能结冰结霜，可能对外罐造成一定的损伤(如裂纹等)，修复难度大；3)主容器与衬里间的绝热材料可能进入主容器，导致主容器低温液体受污染，可能对仪表、阀门等造成破坏，导致液体无法外排等；4)泄漏后，需对主容器进行维护，该结构形式维修难度大、维修时间长、维修成本高；

鉴于上述常规混凝土全容罐存在的造价高、施工周期长、泄漏后风险大，维修难度大等问题，在常规混凝土全容罐的基础上研究并开发设计一种混凝土全容罐，在混凝土外罐和主容器之间设置有次液体容器，由次液体容器将混凝土外罐和主容器隔离，降低混凝土全容罐的造价，本方案具体结构为：混凝土外罐、次液体容器和主容器从外到内依次设置，且混凝土外罐和次液体容器之间与次液体容器和主容器之间均留有空隙，当主容器发生泄漏时，在泄漏工况下，低温液体进入到次液体容器中进行储存，而由于次液体容器阻挡了泄漏的液体和混凝土外罐相互接触，此时混凝土外罐因正常工况、泄漏工况均接触不了低温液体及低温气体，其材质可由低温混凝土变为常规混凝土，同时混凝土外罐也无需考虑低温工况及控制BOG，其厚度可减少较多，整体满足设计条件即可。

本实施例中，所述混凝土外罐还包括混凝土外罐拱顶1，所述混凝土外罐拱顶1内侧下方设有吊顶18，所述次液体容器和主容器均为敞口结构，所述次液体容器顶部和吊顶18边缘连接，所述连接位置处设有保温通气层19；本方案中，混凝土外罐还包括混凝土外罐拱顶1，混凝土外罐拱顶1和混凝土外罐罐壁2顶部连接，在混凝土外罐拱顶1内部的下方设有吊顶18，而为进一步降低BOG气体的产生，使次液体容器和主容器均为敞口结构，此时次液体容器和主容器相同，主容器中挥发的BOG气体可进入到次液体容器中进行储存，用于使次液体容器中的温度和主容器中的温度几乎一致，其中吊顶18和混凝土外罐拱顶1之间为气封结构，此时在吊顶18上也可全部填充为BOG气体，以LNG为例，正常工况下次液体容器和主容器间径向温差为2～3℃(根据实际应用情况及温度场分析结果)；若主容器发生泄漏时，泄漏工况下的低温液体全部存储在次液体容器中，泄漏后的低温液体很快能达到平衡，不会产生大量的BOG，降低损失；而次液体容器的顶部和吊顶18边缘连接，在连接位置处设有保温通气层19，其密封连接方式为保冷不保气，即在保证能通气的同时，还能具有保温效果，此时次液体容器中的BOG气体，便可进入到混凝土外罐内，使混凝土外罐内部的压力和次液体容器内部的压力几乎保持一致；由于次液体容器中填充有BOG气体，正常工况下次液体容器与主容器温差较小，在泄漏工况下，泄漏的液体温度很快达到平衡，使泄漏的液体温度几乎不会发生变化，进一步减小次液体容器内部低温气体挥发成BOG气体；其中次液体容器可根据不同的工艺选择不同的材料，优选为不锈钢；其中保温通气层19可优选为弹性纤维毯，在保证通气的同时，还可防止外部的各种绝缘材料如珠光砂4等进入到主容器或次液体容器中；其中吊顶18可优选为铝合金或不锈钢。

本实施例中，所述吊顶18顶部设有顶部绝热层；本方案中，为保持主容器内部温度，在吊顶18顶部还设有绝热层，其绝热层优选为玻璃棉17，BOG气体充入到玻璃棉17中，使玻璃棉17的温度和BOG气体温度保持一致，用于绝热；其中吊顶18上端可通过栅栏玻璃丝布20拉至混凝土外罐拱顶1并密封，用于防止绝热材料如珠光砂4等进入到主容器和次液体容器中。

本实施例中，所述混凝土外罐内表面设有混凝土外罐衬里3；本方案中，由于混凝土外罐因正常工况、泄漏工况均接触不了低温液体及低温气体，而LNG储罐中，其LNG会挥发成BOG气体，因此为降低气体泄漏，降低损失，只需保证混凝土外罐的气密性即可，本方案在混凝土外罐内侧设置混凝土外罐衬里3，其中混凝土外罐衬里3可优选采用碳钢或聚合物涂层，用于防止BOG气体外泄。

本实施例中，所述混凝土外罐包括混凝土外罐罐壁2，所述次液体容器包括次液体容器壁板6，所述混凝土外罐罐壁2和次液体容器壁板6之间填充有绝热材料；本方案中，由于次液体容器外部为混凝土外罐，在发生泄漏工况时，为进一步保持次液体容器内的LNG低温温度，减少BOG气体挥发量，在混凝土外罐罐壁2和次液体容器壁板6之间填充有绝热材料，而由于在混凝土外罐内表面还设置混凝土外罐衬里3，因此绝热材料位于混凝土外罐衬里3和次液体容器壁板6之间，其中绝热材料用于将混凝土外罐衬里3和次液体容器壁板6之间填满，而吊顶18处的栅栏玻璃丝布20用于防止绝热材料进入混凝土外罐拱顶1下方。

本实施例中，所述绝热材料包括从混凝土外罐罐壁2到次液体容器壁板6方向依次设置的珠光砂4和弹性毯5；本方案为提高绝热效果，其中绝热材料优选为珠光砂4和弹性毯5，其中弹性毯5围绕次液体容器壁板6外表面设置，用于保护次液体容器壁板6，在混凝土外罐罐壁2和弹性毯5之间还填充有珠光砂4，此时挥发的BOG气体便能充入到珠光砂4和弹性毯5中，用于保持低温温度。

本实施例中，所述主容器还包括主容器底板8，所述主容器底板8下方依次为第一负荷分配板9、次液体容器底板10、底部绝热层11、底部水泥板12、混凝土外罐衬里3和基础平台15；本方案中，在主容器底板8下方设置第一负荷分配板9，用于均匀沉降主容器的载荷，在第一负荷分配板9的下方为次液体容器底板10，其中第一负荷分配板9还可同时保护上方的主容器和下方的次液体容器底板10，在次液体容器底板10下方设置底部绝热层11，其中底部绝热层11可优选采用泡沫玻璃砖，BOG气体充入到泡沫玻璃砖中，达到绝热效果；在底部绝热层11下方设置底部水泥板12，并在顶部水泥板下方设置混凝土外罐衬里3，用于进一步防止BOG气体从底部泄漏，在混凝土外罐衬里3底部设置基础平台15，用于支撑。

本实施例中，所述次液体容器底板10和底部绝热层11之间还设有第二负荷分配板14；本方案中，为均匀沉降次液体容器的载荷，在次液体容器底板10和底部绝热层11之间还设有第二负荷分配板14，其中第一负荷分配板9和第二负荷分配板14可优选为混凝土制成。

本实施例中，还包括混凝土圈梁13，所述混凝土圈梁13设于主容器端部下方；本方案中为增强建筑的整体刚度及墙身的稳定性，减少因基础不均匀沉降或较大振动荷载对建筑物的不利影响及其所引起的墙身开裂，还需设置主梁，如混凝土圈梁13，并位于主容器端部下方，用于为主容器进行稳定支撑。

本实施例中，所述混凝土圈梁13采用珠光砂圈梁；本方案中为使混凝土圈梁13还具有绝热效果，需在混凝土圈梁13内浇筑珠光砂4，形成珠光砂圈梁。

实施例二：本实施例在实施例一的基础上进一步阐述本方案的具体原理：

一种混凝土全容罐，其主要结构组成由：包括主容器，次液体容器，混凝土外罐衬里3、混凝土外罐，吊顶18，顶部绝热层，底部绝热层11，混凝土外罐衬里3与次液体容器间的绝热材料，主容器与次液体容器间的第一负荷分配板9，底部绝热层11与次液体容器底板10间的第二负荷分配板14，底部绝热层11与混凝土外罐衬里3间的底部水泥板12；根据不同的需要配置工艺管道、仪表、电气等设施(该部分对不同的介质、工艺要求有不同的配置，但对结构无影响，该部分未在示例图中列出)。

一种混凝土全容罐，其中主容器为敞口结构，用于存储低温液体；次液体容器为敞口结构，正常工况下除主容器外其间填充BOG气体，泄漏工况下用于存储泄漏的液体；混凝土外罐衬里3用于确保外罐的气密性；混凝土外罐作为整个全容罐的外围保护层；吊顶18固定在混凝土外罐拱顶1上，主容器、次液体容器共用一个吊顶18，吊顶18边缘与次液体容器上部进行密封(保冷不保气)，吊顶18用于支撑顶部绝热层及其他工艺设施，同时防止侧面绝热材料进入主容器；顶部绝热层用于顶部的绝热，顶部绝热层上部与外罐拱顶衬里间为气封结构，吊顶18上面全部填充BOG；混凝土外罐衬里3与次液体容器间的绝热材料由珠光砂4及弹性毯5组成，之间填充BOG；底部绝热层11用于底部的绝热，之间填充BOG；各层负荷分配板用于均匀沉降其上部的载荷，同时保护上下部结构。

将常规的混凝土储罐次容器(正常工况下具备气密性，是绝热材料的保护层；泄漏工况下能存储泄漏的低温液体及能有序控制BOG的排放)按复合结构进行设计，由次液体容器、混凝土外罐衬里3及混凝土外罐共同组成次容器，其组成的各结构分工明确：

次液体容器：次液体容器正常工况下全为BOG气体，同时因次液体容器和主容器间仅底部相隔一层第一负荷分配板9，次液体容器底部由泡沫玻璃砖绝热，侧面由珠光砂4及弹性毯5绝热，顶部由吊顶18上方玻璃棉17绝热，以LNG为例，正常工况下次液体容器和主容器间径向温差为2～3℃(根据实际应用情况及温度场分析结果)；若主容器发生泄漏时，泄漏工况下的低温液体全部存储在次液体容器中，泄漏后的低温液体很快能达到平衡，不会产生大量的BOG，同时外围因有绝热材料低温液体、低温气体的低温不会传至外围，对外围的工艺要求降低很多。因需承受低温液体，故其选材为不锈钢(根据不同的工艺可能选材不一致)。

混凝土外罐衬里3：混凝土外罐衬里3外表面置于混凝土外罐内表面，其内表面均有绝热材料(拱顶下方为气封空间及绝热材料)，在正常及泄漏工况下均接触不了低温液体及低温气体，其选材为碳钢或聚合物涂层，混凝土外罐衬里3主要作用为任何工况下保持气密性。

混凝土外罐：混凝土外罐因正常工况、泄漏工况均接触不了低温液体及低温气体，其材质可由低温混凝土变为常规混凝土，同时混凝土外罐也无需考虑低温工况及控制BOG，其厚度可减少较多，整体满足设计条件即可。外罐混凝土可考虑为三种情况进行设计：1)不承受储罐蒸汽压(由金属衬里承载各种工况蒸气压)，2)承受部分储罐蒸气压(厚度上仅考虑施工过程中的强度、稳定性、刚性等，此可承压部分储罐蒸气压，强度不足部分由混凝土外罐承担)，3)承受储罐全部蒸气压(混凝土衬里仅用于气密性，混凝土承担蒸汽压及其它载荷等)。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。