项目背景
LNG主液体容器是自支撑、钢制、圆筒形、顶部开口的结构，设计难点主要是抗震校核，目前国内没有专门的用于主液体容器抗震校核的标准，也没有专门的工程设计软件可供快速完成设计。采用有限元进行液固耦合的地震动响应分析，难度大、要求高，不利于工程设计的高效开展，易产生质量风险。
图1 建设中的超大型LNG储罐及配套设施
LNG储罐穹顶内、外两部分均属薄壳，存在整体失稳问题，目前各家设计院多未考虑混凝土薄壳稳定性，存在设计风险，而在强度校核方面，它为球面组合结构工况复杂，施工正常、操作亲密性等功能需求多，分析存在着不确定性。本研究对该问题进行了攻关，取得良好成效。
LNG储罐低温金属材料种类多，设计标准、材料标准、检验标准众多，技术指标要求复杂，并且早期项目多用国外标准，从国外进口材料，周期长、成本高，易被掐脖子。本研究改进用于低温金属材料的关键性能参数，并推进实现国产化。
图2 服役中的超大型LNG储罐
创新成果
主要技术内容包括三个方面：LNG主液体容器抗震设计、超大跨度LNG储罐球面钢-混凝土组合穹顶结构设计方法、LNG储罐低温金属材料的关键性能参数改进。
图3 LNG主液体容器内部施工图
LNG全容储罐主液体容器抗震设计
创新性采用动液法进行主液体容器的抗震设计，考虑了设备与介质在地震作用下液固耦合响应，解决了主液体容器的抗震难题，行业内首次应用于超大型LNG储罐工程实践。形成了整套技术体系包括企标和计算程序,构建了自主的LNG全容储罐主液体容器设计技术，达到了国际先进水平。
LNG储罐穹顶设计方面
采用薄壳研究理论及有限单元法完成具有大跨、薄膜特性的LNG储罐钢筋混凝土薄壳稳定性校核，完善了单层球面网壳的稳定性校核方法。通过有限元分析及工程实体试验，揭示了球面钢-混凝土组合薄壳结构协同工作特点。通过试验监测及有限元分析得到穹顶网壳与混凝土薄壳共同工作特点。
图4 LNG储罐球面钢-混凝土组合穹顶结构
LNG储罐主液体容器和组合穹顶结构材料方面及国产化替代
研究了低温金属结构材料关键力学性能，改进了适用于LNG储罐主液体容器和组合穹顶结构材料的关键性能参数设计，推进实现了低温结构材料国产化。完成了LNG储罐低温金属材料的关键性能参数与低温结构适用性研究，从结构设计角度提出了关键材料参数容许值，推进了国产化材料在低温结构中的全范围应用。
推广应用情况
本技术已在广西LNG储罐项目、唐山LNG二阶段工程项目、龙口南山LNG一期等近40座LNG储罐中应用。每个项目可节约设计周期一个月以上，节省采办周期数月。本技术将继续为22万方及以上超大容积储罐的顺利实施提供有力保障，为国家能源转型战略的顺利实施贡献技术力量。
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