一、基本情況
獲獎項目名稱:超大容積LNG全容儲罐低溫金屬結構關鍵技術
主要完成單位:海洋石油工程股份有限公司
主要完成人:蘇娟、張趙君、盧晶、石磊、趙卜、姜永勝、王凱鋒、楊濤、葉忠志、劉永騰
二、項目背景
LNG主液體容器是自支撐、鋼制、圓筒形、頂部開口的結構，設計難點主要是抗震校核，目前國內沒有專門的用于主液體容器抗震校核的標準，也沒有專門的工程設計軟件可供快速完成設計。采用有限元進行液固耦合的地震動響應分析，難度大、要求高，不利于工程設計的高效開展，易產生質量風險。
圖1 建設中的超大型LNG儲罐及配套設施
LNG儲罐穹頂內、外兩部分均屬薄殼，存在整體失穩問題，目前各家設計院多未考慮混凝土薄殼穩定性，存在設計風險，而在強度校核方面，它為球面組合結構工況復雜，施工正常、操作親密性等功能需求多，分析存在著不確定性。本研究對該問題進行了攻關，取得良好成效。
LNG儲罐低溫金屬材料種類多，設計標準、材料標準、檢驗標準眾多，技術指標要求復雜，并且早期項目多用國外標準，從國外進口材料，周期長、成本高，易被掐脖子。本研究改進用于低溫金屬材料的關鍵性能參數，并推進實現國產化。
圖2 服役中的超大型LNG儲罐
三、創新成果
主要技術內容包括三個方面：LNG主液體容器抗震設計、超大跨度LNG儲罐球面鋼-混凝土組合穹頂結構設計方法、LNG儲罐低溫金屬材料的關鍵性能參數改進。
圖3 LNG主液體容器內部施工圖
1）LNG全容儲罐主液體容器抗震設計
創新性采用動液法進行主液體容器的抗震設計，考慮了設備與介質在地震作用下液固耦合響應，解決了主液體容器的抗震難題，行業內首次應用于超大型LNG儲罐工程實踐。形成了整套技術體系包括企標和計算程序,構建了自主的LNG全容儲罐主液體容器設計技術，達到了國際先進水平。
2）LNG儲罐穹頂設計方面
采用薄殼研究理論及有限單元法完成具有大跨、薄膜特性的LNG儲罐鋼筋混凝土薄殼穩定性校核，完善了單層球面網殼的穩定性校核方法。通過有限元分析及工程實體試驗，揭示了球面鋼-混凝土組合薄殼結構協同工作特點。通過試驗監測及有限元分析得到穹頂網殼與混凝土薄殼共同工作特點。
圖4 LNG儲罐球面鋼-混凝土組合穹頂結構
3）LNG儲罐主液體容器和組合穹頂結構材料方面及國產化替代
研究了低溫金屬結構材料關鍵力學性能，改進了適用于LNG儲罐主液體容器和組合穹頂結構材料的關鍵性能參數設計，推進實現了低溫結構材料國產化。完成了LNG儲罐低溫金屬材料的關鍵性能參數與低溫結構適用性研究，從結構設計角度提出了關鍵材料參數容許值，推進了國產化材料在低溫結構中的全范圍應用。
四、推廣應用情況
本技術已在廣西LNG儲罐項目、唐山LNG二階段工程項目、龍口南山LNG一期等近40座LNG儲罐中應用。每個項目可節約設計周期一個月以上，節省采辦周期數月。本技術將繼續為22萬方及以上超大容積儲罐的順利實施提供有力保障，為國家能源轉型戰略的順利實施貢獻技術力量。
