钢-混组合式多功能储罐的制作方法

本发明涉及能源领域和海洋工程，特别涉及一种可用于油气存储的钢-混组合式多功能储罐。

背景技术：

随着经济的告诉发展，原油和液化天然气(lng)的需求与日俱增，其存储和运输也就成为至关重要的问题，一旦发生事故，后果和损失无法想象。本文基于原油和液化天然气(lng)的存储和运输，设计了一种钢-混组合式多功能储罐。

混凝土和钢材是常用的工程材料，混凝土具有较强的抗压性能，可塑性强，普遍配合钢筋、钢板等使用，制作成本低，耐久性较好。然而钢混结构有以下的几个问题需要关注：一方面，混凝土和钢板的热传导系数相差甚远，混凝土和钢板的温度变形不一致造成的结构危害不可忽视。另一方面，温度应力引起的混凝土开裂损坏也是结构设计不可小觑的问题。因此钢混结构的温度应力传递路径至关重要。另一个值得关注的现象是，液化天然气(lng)在储存过程中的漏热问题，罐内热量的泄漏会引起液化天然气(lng)蒸发，不仅加剧能耗，也会导致罐内压力增加，可能会出现分层甚至翻滚现象，容易引起超压事故。研究表明环境温度变化对罐壁漏热量影响较大。因此，为了保证lng储存和运输过程的安全和减少损耗，lng储罐必须具有完善的保温绝热性能。最后，钢制储罐是原油、液化天然气(lng)等储存和供应的重要设施，然而，常常由于各种环境因素发生失效，造成重大的经济损失和环境污染。因此，储罐的安全和环保问题必须考虑。

技术实现要素：

本发明基于油气存储的特点，提供一种低成本，高保温、安全环保的钢-混组合式多功能储罐。本发明综合运用混凝土和钢材的特点，有效的降低了储液温度应力对外层混凝土的影响，双层内罐的设计具有较好的保温性能，降低漏热风险。钢-混储罐设计增强了储罐的安全性，降低了液舱泄漏的风险，满足环保要求。混凝土材料的使用降低了储罐的造价，保养和维修成本。

本发明所采用的技术方案是：一种钢-混组合式多功能储罐，包括混凝土外罐和钢制内罐，所述混凝土外罐和所述钢制内罐之间形成内外罐隔离间隙；

所述钢制内罐为双层板结构，所述钢制内罐的内层板和外层板之间形成能兼做保温层的内罐间隙，所述内罐间隙的内部、位于所述钢制内罐的内层板和外层板之间设置有加强结构，并且，所述内罐间隙的内部填充有隔热材料；

所述钢制内罐包括内罐顶板、内罐底板和内罐直壁，所述内罐直壁的上端向上延伸至超出所述内罐顶板的顶面形成顶部环向支撑、下端向下延伸至超出所述内罐底板的底面形成底部环向支撑，所述顶部环向支撑和所述底部环向支撑均与所述混凝土外罐固定连接。

其中，所述混凝土外罐的外罐顶板设置有顶板楔形固定环，所述钢制内罐的所述顶部环向支撑固定连接在所述顶板楔形固定环上；所述顶板楔形固定环的高度由所述外罐顶板的边缘处至所述外罐顶板的中心处逐渐变小，并且，所述顶板楔形固定环的中心处采用圆弧过渡，形成便于所述顶板楔形固定环建造及能避免所述外罐顶板局部应力集中的顶板楔形环过渡。

其中，所述混凝土外罐的外罐底板设置有底板楔形固定环，所述钢制内罐的所述底部环向支撑固定连接在所述底板楔形固定环上，所述底板楔形固定环的高度由所述外罐底板的边缘处至所述外罐底板的中心处逐渐变小，并且，所述底板楔形固定环的中心处采用圆弧过渡，形成便于所述底板楔形固定环建造及能避免所述外罐底板局部应力集中的底板楔形环过渡。

其中，所述内罐顶板和所述内罐底板均为拱形结构，分别形成内罐拱顶和内罐拱底；所述内罐直壁的上端探出所述内罐拱顶一距离、下端探出所述内罐拱底一距离。

其中，所述混凝土外罐采用素混凝土、钢筋混凝土或预应力混凝土材料建造；所述钢制内罐采用钢板建造；所述混凝土外罐的混凝土直壁内设置有直壁竖向加强筋和直壁环向加强筋。

其中，所述顶板楔形固定环内设置有顶板环向加强筋。

其中，所述底板楔形固定环内设置有底板环向加强筋。

进一步地，所述钢制内罐沿所述混凝土外罐的竖向设置有n个，所述混凝土外罐的混凝土直壁的内侧沿环向设置有n-1个用于固定所述钢制内罐的梯形固定环：当n＝1时，所述钢制内罐的所述顶部环向支撑固定连接在所述混凝土外罐的外罐顶面上、所述底部环向支撑固定连接在所述混凝土外罐的外罐底面上；当n＝2时，位于上方的所述钢制内罐的所述顶部环向支撑固定连接在所述混凝土外罐的外罐顶面上、所述底部环向支撑固定连接在所述梯形固定环上，位于下方的所述钢制内罐的所述顶部环向支撑固定连接在所述梯形固定环上、所述底部环向支撑固定连接在所述混凝土外罐的外罐底面上；当n＞2时，位于最上方的所述钢制内罐的所述顶部环向支撑固定连接在所述混凝土外罐的外罐顶面上、所述底部环向支撑固定连接在所述梯形固定环上，位于最下方的所述钢制内罐的所述顶部环向支撑固定连接在所述梯形固定环上、所述底部环向支撑固定连接在所述混凝土外罐的外罐底面上，其余所述钢制内罐的所述顶部环向支撑和所述底部环向支撑均固定连接在相应的所述梯形固定环上。

其中，所述梯形固定环与所述混凝土直壁的连接位置采用圆弧过渡，形成便于所述梯形固定环建造及能避免所述混凝土直壁局部应力集中的梯形固定环过渡。

其中，所述梯形固定环内设置有梯形环向加强筋。

本发明的有益效果是：

1、本发明的钢-混组合式多功能储罐，混凝土外罐保护钢制内罐，防止钢制内罐受到较大的外部环境载荷(例如风、波浪、海流和海冰等作用)，减小了钢制内罐因环境载荷造成的温度流失，同时混凝土外罐具有防腐蚀、防碰撞和耐久性等有优点，最大程度的发挥了混凝土的经济效益；

2、本发明的钢-混组合式多功能储罐，内罐采用钢材建造，主要承受舱内液体载荷和温度载荷，避免了罐内液体载荷形成较大的拉应力和温度应力，从而造成混凝土外罐开裂等事故的发生，有效的保证了混凝土外罐的安全性；

3、如2所述的钢制内罐，可以根据储液和油田需要，在设计阶段沿混凝土罐纵向选择建立1个，2个或者多个内罐；可用于不同的储存功能，例如原油舱，lng舱、压载舱等，功能灵活多变，具有普遍的适用性；

4、如1所述的混凝土外罐在顶板和底板布置楔形混凝土固定环，根据如3所示的钢制内罐2数目，在混凝土外罐直壁内侧设置相应的梯形固定环，通过不同的固定环，固定钢制内罐，保证内外罐之间的固定间隙满足设计需求；

5、如4所述的混凝土外罐在顶板和底板布置楔形混凝土固定环，对顶板和底板有一定程度的加强，通过调节楔形固定环的尺寸，调整局部的刚度和固有频率，使其远离震源能量较集中的频率，防止混凝土外罐顶板或底板局部发生共振；

6、如4所述的梯形固定环，一方面用于承受内罐载荷，另一方面对混凝土外罐直壁进行一定程度的加强，可以根据设计需求进行梯形固定环尺寸调整，从而调节直壁刚度和固有频率，使其远离震源能量较集中的频率，防止混凝土外罐直壁局部发生共振；

7、如4所述的梯形固定环和楔形混凝土固定环，局部均设有弧形过渡，防止应力集中，便于建造；

8、如1所述的混凝土外罐可以采用素混凝土、钢筋混凝土或预应力混凝土，根据设计需求进行不同的配筋设置，从而保证混凝土具有足够的强度；

9、本发明的钢-混组合式多功能储罐，内外罐间隙的存在，有效的隔离了内外罐之间载荷的直接传递，内外罐连接方式明确，传力路径清晰，数值分析方便，有效的降低了设计初期的分析难度，提高了分析的准确性，为后期的设计应用提供了方便；

10、本发明的钢-混组合式多功能储罐，钢制内罐采用双层板设计，内罐间隙进行加强设计，储罐内部不需要任何加强结构，保证了储罐内壁的光滑，防腐涂层方便；

11、本发明的钢-混组合式多功能储罐，钢制内罐采用双层板设计，内罐间隙填充隔热性能较好的惰性气体或材料，使得内罐具有较好的保温性能，减小钢制内罐漏热引起储液的损耗，降低了因罐内压力变化引发事故的风险；双层罐设计防泄漏，安全性能好；

12、本发明的钢-混组合式多功能储罐，钢制内罐的保温主要由如11所述的内罐间隙保温层保证，如9所述的内外罐间隙不需要进行保温设计，减小了填充气体和材料的应用，降低了成本，防止温度载荷直接作用在混凝土结构上；

13、本发明的钢-混组合式多功能储罐，钢制内罐采用拱顶和拱底的设计，使得两端直壁处温度载荷远离顶部混凝土，减小了温度载荷向混凝土结构的传递，保证了内罐与混凝土接触位置的安全性；

14、如13所述的拱顶和拱底的设计，最大限度的增大了内罐的储油舱容，有效的利用了储罐的内部空间；

15、本发明的钢-混组合式多功能储罐，钢制内罐通过顶部环向支撑和底部环向支撑与混凝土结构连接，避免了舱内温度载荷直接传递至混凝土外罐，有效的保证了混凝土外罐的结构安全；

16、如15所述的顶部环向支撑和底部环向支撑，在建造过程中可以直接固定在混凝土结构上，不需要任何的连接处理，建造方便，造价低，失效概率低；

17、如15所述的顶部环向支撑和底部环向支撑均采用双层板及加强结构，具有较强的结构强度，可以根据设计进行不同程度的加强，有效的保证了结构强度。

附图说明

图1为钢-混组合式多功能储罐剖视图；

图2为钢-混组合式多功能储罐的混凝土外罐剖视图；

图3为钢-混组合式多功能储罐的钢制内罐剖视图。

图4为钢-混组合式多功能储罐的混凝土外罐加筋布置示意图。

附图标注：1、混凝土外罐；11、混凝土直壁；111、直壁竖向加强筋；112、直壁环向加强筋；12、顶板楔形固定环；121、顶板楔形环过渡；122、顶板环向加强筋；13、梯形固定环；131、梯形固定环过渡；132、梯形环向加强筋；14、底板楔形固定环；141、底板楔形环过渡；142、底板环向加强筋；2、钢制内罐；21、内罐拱顶；22、内罐拱底；23、顶部环向支撑；24、底部环向支撑；25、内罐直壁；26、内罐间隙；27、加强结构；3、内外罐隔离间隙。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

本发明基于背景技术部分所述的问题，提供一种钢-混组合式多功能储罐，有效的减小了温度应力产生的混凝土和钢板变形不一致问题，降低储液温度应力对外层混凝土的影响。并且，综合运用钢材和混凝土的材料优势，分设内外罐，内罐设计提高了保温性能，降低了热量的泄漏。外层混凝土对内罐起到很好的保护作用，降低了储罐失效的风险，安全环保。

如附图1至图4所示，一种钢-混组合式多功能储罐，主要包括混凝土外罐1、钢制内罐2和内外罐隔离间隙3。

(1)本发明的钢-混组合式多功能储罐，混凝土外罐1采用混凝土材料建造，钢制内罐2采用钢板建造，混凝土外罐1和钢制内罐2之间形成内外罐隔离间隙3(所述内外罐隔离间隙3包括所述混凝土外罐1的混凝土直壁11与所述钢制内罐2的内罐直壁25之间的间隙，所述混凝土外罐1的外罐顶板与所述钢制内罐2的内罐顶板之间的间隙，以及，所述混凝土外罐1的外罐底板与所述钢制内罐2的内罐底板之间的间隙，如设置有2个或2个以上所述钢制内罐2，所述内外罐隔离间隙3还包括相邻所述钢制内罐2之间的间隙)。

(2)所述钢制内罐2包括内罐顶板、内罐底板和内罐直壁25；所述内罐顶板和所述内罐底板均为拱形结构，分别形成内罐拱顶21和内罐拱底22；所述内罐直壁25的上端向上延伸至超出所述内罐顶板的顶面(即，所述内罐拱顶21)一距离，形成顶部环向支撑23；所述内罐直壁25的下端向下延伸至超出所述内罐底板的底面(即，所述内罐拱底22)一距离，形成底部环向支撑24；通过所述顶部环向支撑23和所述底部环向支撑24与所述混凝土外罐1连接，避免了混凝土外罐1和钢制内罐2接触位置产生较大的温度应力。所述钢制内罐2采用双层钢板建造，为双层板结构；所述钢制内罐2的内层板和外层板之间形成一兼做保温层的内罐间隙26，所述内罐间隙26的内部、位于所述钢制内罐2的内层板和外层板之间按照需要布置加强结构27，并且，所述内罐间隙26的内部填充充满隔热性能较好的气体(例如氮气)或者其他隔热材料。上述钢制内罐2的结构设计具有以下几个特点：首先，内罐间隙26的设计增强了钢制内罐2的保温性能，减小钢制内罐2漏热引起的储液的损耗和罐内压力变化引起的事故；其次，钢制内罐2的顶部环向支撑23和底部环向支撑24的设计，降低了钢制内罐2产生的温度应力对混凝土外罐1结构强度的影响；再者，双层内罐间隙26布置合理的加强结构27，有效的提高钢制内罐2结构的安全性，同时保证了钢制内罐2的内壁光滑，防腐涂层方便。

(3)根据储量和油田需要，在设计阶段沿所述混凝土外罐1的竖向建立n个所述钢制内罐2，对应的，所述混凝土外罐1的混凝土直壁11的内侧沿环向设置n-1个梯形固定环13，用于不同的储存需求，例如原油舱，lng舱、压载舱等，功能灵活多变，具有普遍的适用性，本实施例中，以2个钢制内罐2的设计为例。

当n＝1时，所述钢制内罐2的所述顶部环向支撑23固定连接在所述混凝土外罐1的外罐顶面的内表面上、所述底部环向支撑24固定连接在所述混凝土外罐1的外罐底面的内表面上；当n＝2时，位于上方的所述钢制内罐2的所述顶部环向支撑23固定连接在所述混凝土外罐1的外罐顶面的内表面上、所述底部环向支撑24固定连接在所述梯形固定环13上，位于下方的所述钢制内罐2的所述顶部环向支撑23固定连接在所述梯形固定环13上、所述底部环向支撑24固定连接在所述混凝土外罐1的外罐底面的内表面上；当n＞2时，位于最上方的所述钢制内罐2的所述顶部环向支撑23固定连接在所述混凝土外罐1的外罐顶面的内表面上、所述底部环向支撑24固定连接在所述梯形固定环13上，位于最下方的所述钢制内罐2的所述顶部环向支撑23固定连接在所述梯形固定环13上、所述底部环向支撑24固定连接在所述混凝土外罐1的外罐底面的内表面上，其余所述钢制内罐2的所述顶部环向支撑23和所述底部环向支撑24均固定连接在相应的所述梯形固定环13上。

(4)混凝土外罐1和钢制内罐2之间形成的内外罐隔离间隙3，将混凝土外罐1和钢制内罐2隔离开，避免了两者之间温度载荷的直接传递，内外罐连接方式明确，传力路径清晰，为后期的设计应用提供了方便。所述内外罐隔离间隙3不填充任何物质，降低了工程造价。

(5)采用混凝土材料建造混凝土外罐1，根据设计需要，采用素混凝土、钢筋混凝土或预应力混凝土材料建造所述混凝土外罐1。混凝土外罐1主要作用是保护钢制内罐2，防止钢制内罐2受到较大的外部环境载荷(例如在海洋环境中风、波浪、海流和海冰等作用)，减小了环境因素造成的钢制内罐2内部的温度流失。同时混凝土外罐1具有防腐蚀、维修方便和耐久性等有优点。

(6)所述混凝土外罐1的外罐顶板设置有顶板楔形固定环12，用于所述钢制内罐2的所述顶部环向支撑23的固定，由于钢制内罐2保温性能好，罐内储液远离顶部环向支撑23的端部，顶部环向支撑23的端部温度载荷非常小，建造时可将其直接固定在顶板楔形固定环12内，无需任何连接措施，建造方便，造价低，失效概率低，安全系数高。所述顶板楔形固定环12的高度由所述混凝土外罐1的外罐顶板边缘处至所述混凝土外罐1的外罐顶板中心处逐渐变小，并且，所述顶板楔形固定环12的中心处采用圆弧过渡，形成顶板楔形环过渡121，目的在于便于所述顶板楔形固定环12的建造以及能避免所述混凝土外罐1的外罐顶板的局部应力集中。

(7)所述混凝土外罐1的混凝土直壁11的内侧设置有梯形固定环13，将所述钢制内罐2的顶部环向支撑23和底部环向支撑24直接固定于梯形固定环13内，无需任何连接措施，建造方便，造价低，失效概率低，安全系数高。所述梯形固定环13与所述混凝土直壁11的连接位置采用圆弧过渡，形成梯形固定环过渡131，目的在于便于所述梯形固定环13建造及能避免所述混凝土直壁11局部应力集中。

(8)所述混凝土外罐1的外罐底板设置有底板楔形固定环14，用于所述钢制内罐2的所述底部环向支撑24的固定，将所述底部环向支撑24直接固定在所述底板楔形固定环14上，无需任何连接措施，建造方便，造价低，失效概率低，安全系数高。所述底板楔形固定环14的高度由所述混凝土外罐1的外罐底板边缘处至所述混凝土外罐1的外罐底板中心处逐渐变小，并且，所述底板楔形固定环14的中心处采用圆弧过渡，形成底板楔形环过渡141，目的在于便于所述底板楔形固定环14的建造及能避免所述混凝土外罐1的外罐底板的局部应力集中。

(9)对于需要加筋的混凝土外罐1结构，可以根据设计需要进行加筋布置，从而提高罐壁混凝土外罐1的抗拉能力。例如：所述混凝土外罐1的混凝土直壁11内设置有直壁竖向加强筋111和直壁环向加强筋112，所述顶板楔形固定环12内设置有顶板环向加强筋122，所述底板楔形固定环14内设置有底板环向加强筋142，所述梯形固定环13内设置有梯形环向加强筋132，目的是提高罐壁混凝土外罐1的抗拉能力。

尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。