一种液化天然气薄膜储罐波纹板结构及成型方法与流程

本发明涉及液化天然气储存，具体涉及一种液化天然气薄膜储罐波纹板结构及成型方法。

背景技术：

1、液化天然气薄膜储罐的一次密封屏障由多块波纹板拼接焊接而成，波纹板为超薄低温耐蚀金属薄板，主要依靠自身波纹结构吸收-162℃低温下产生的热收缩形变，拼接焊缝是整个密封系统最薄弱的部位。储罐在降温、升温循环服役过程中，波纹板反复发生低温收缩与热膨胀，拼接焊缝持续承受交变拉伸载荷，焊趾位置极易出现应力集中，长期循环载荷作用下会产生疲劳裂纹，一旦焊缝开裂将直接造成液化天然气泄漏，带来重大安全事故风险。

2、在中国专利（公开号为：cn117053083b）中，公开了一种耐压抗低温的密封膜，包括底部平面区域、相对底部平面区域凸出的波纹，波纹正交相交设置；波纹正交相交的中心设有类马鞍形的节点，波纹与节点连接处形成节点的高位，高位高于波纹的外轮廓顶点，节点沿高位朝波纹正交相交的中心平滑下凹形成低位，低位高于底部平面区域。

3、该方案仅依靠波纹构型优化改善应力分布，并未设置背侧辅助传力机构，无法分担焊缝承受的拉伸载荷，焊缝疲劳失效风险依旧突出。

4、在中国专利（公开号为：cn223649886u）中，公开了一种应变监测装置及包含其的液化天然气存储设备。该应变监测装置包括：应变监测传感器组、传感器罩壳、传感器罩壳固定机构，其中传感器罩壳包括罩壳第一面以及与罩壳第一面连接的罩壳第二面、罩壳第三面、罩壳第四面、罩壳第五面，上述罩壳第一面被设置成可拆卸式连接至传感器罩壳；应变监测传感器组被设置在传感器罩壳内部；传感器罩壳还包括第六面，传感器罩壳的第六面被设置成具有中心对准点。此外，本公开还提供了包含上述应变监测装置的液化天然气存储设备。

5、该类电子传感监测方案需要布线、供电及信号采集单元，在-162℃超低温环境中电子器件、光纤易发生失效，传感器贴装于薄膜内侧还会破坏密封面；并且该方案只能实时采集瞬时应力，无法记录服役周期内曾经出现过的历史最大应力，断电、器件损坏即完全丧失监测能力，难以适用于长期无人值守的lng储罐工况。

6、现有技术还存在如下缺陷：

7、1.波纹板拼接大多采用平直对接焊缝，焊趾尖角位置应力集中显著，缺少对应力的疏导与释放结构；

8、2.缺少无源机械式应力记忆指示机构，运维阶段无法直观获取焊缝历史过载情况，只能等到焊缝开裂泄漏之后才发现故障，属于事后被动防护；

9、3.部分背侧加固支撑结构多为刚性限位结构，会限制波纹板低温形变补偿能力，刚性约束反而会放大焊缝应力；

10、4.现有监测手段要么侵入介质侧破坏密封，要么依赖电子传感，低温工况可靠性差，无法兼顾焊缝力学保护与应力状态无源监测两项需求。

11、因此，亟需开发一种既能够分担焊缝拉伸载荷、释放局部应力，又可以实现无源机械记录焊缝历史最大应力，且不破坏介质侧密封的液化天然气薄膜储罐波纹板结构。

技术实现思路

1、本发明的目的在于：为解决上述问题，本发明提供了一种液化天然气薄膜储罐波纹板结构及成型方法。

2、本发明为了实现上述目的具体采用以下技术方案：

3、一种液化天然气薄膜储罐波纹板结构，包括两块相邻的波纹板，两块所述波纹板的焊接端均呈半圆设置，两个半圆上下能组成一个整圆，两块波纹板的焊接端均设置焊接连接件，所述焊接连接件的内侧开设有应力释放槽，应力释放槽的开口处开设有外扩斜边，两侧焊接连接件之间装配应力释放空心柱，所述应力释放空心柱的两侧均设置应力放大空心柱，所述应力释放空心柱上设置有若干应力传递铆钉，应力传递铆钉的外端呈锥形设置，且外端插接在应力释放槽中；

4、所述外扩斜边相对布置构成楔面传力副，两块波纹板受低温收缩产生相互背离的拉伸拉力时，焊接连接件被挤压，应力释放槽空间缩小，通过外扩斜边与应力传递铆钉的楔块效应，将拉伸拉力转化为对应力释放空心柱的径向挤压力，分担密封焊缝承受的拉伸载荷；

5、所述应力放大空心柱与应力释放空心柱相连通，应力释放空心柱受径向挤压产生壳体微小形变并传递至应力放大空心柱，将微小形变放大为可识别的外形变化。

6、进一步地，所述波纹板的波纹过渡处圆弧设置。

7、进一步地，所述焊接连接件的三面均为圆弧面，外侧的圆弧面与波纹过渡圆弧相适配，内侧圆弧面与应力释放空心柱外表面相适配。

8、进一步地，所述焊接连接件的外侧开设有定位插槽，波纹板的焊接端能插接在定位插槽中。

9、进一步地，所述应力释放空心柱为密闭真空薄壁柱体；应力放大空心柱为一体成型于应力释放空心柱外侧的薄壁凹腔中，应力放大空心柱壳体壁厚小于应力释放空心柱壳体壁厚。

10、进一步地，所述应力传递铆钉与应力释放空心柱的铆接部分呈t形设置。

11、进一步地，储罐外罐壁对应所述应力放大空心柱的位置设置探视套筒，探视套筒外端设置可拆装密封端盖，检修时内窥镜伸入探视套筒，观测应力放大空心柱外形以判断焊缝历史应力水平。

12、进一步地，所述应力释放空心柱的横截面为椭圆形。

13、一种液化天然气薄膜储罐波纹板成型方法，包括以下步骤：

14、s1、波纹板坯料冲压成型：选取低温耐蚀金属薄板作为坯料，采用冲压工艺对坯料进行加工，使波纹板形成波纹段与焊接端；将波纹板的焊接端冲压成型为半圆轮廓，波纹过渡位置冲压为圆弧过渡，保证两块相邻波纹板的焊接端半圆能够拼合形成完整圆形；

15、s2、焊接连接件机加工成型：机加工制备焊接连接件，将焊接连接件的三面加工为圆弧面，使焊接连接件外侧圆弧面与波纹板波纹过渡圆弧适配，内侧圆弧面与应力释放空心柱外表面相适配；在焊接连接件内侧开设应力释放槽，在应力释放槽开口位置加工出外扩斜边，并在焊接连接件外侧加工定位插槽；

16、s3、空心柱组件制备：加工密闭的应力释放空心柱，在应力释放空心柱两侧一体成型薄壁凹腔，凹腔内焊接薄片，形成应力放大空心柱，制备应力传递铆钉，将应力传递铆钉外端加工成锥形，铆接端加工为t形结构；将应力传递铆钉的t形铆接端铆接固定在应力释放空心柱上，然后向应力释放空心柱中注入惰性气体；

17、s4、组件预装装配：将两块波纹板的焊接端分别插接对应焊接连接件的定位插槽内部，完成波纹板与焊接连接件的定位装配；将装配好应力传递铆钉的应力释放空心柱装配至两侧焊接连接件之间，使应力传递铆钉的锥形外端对应插接至焊接连接件的应力释放槽内，使两侧焊接连接件的外扩斜边相互对合形成楔面传力副；

18、s5、焊接：对两块波纹板与两侧焊接连接件的接触位置进行焊接，焊接后对焊接位置进行圆弧打磨，两块波纹板焊接端之间形成应力密封空间；

19、s6、储罐配套构件装配：在储罐外罐壁对应应力放大空心柱的位置开设安装孔，装配探视套筒，探视套筒能观察到应力密封空间内部情况，探视套筒外端装配可拆装密封端盖，完成整体成型装配。

20、本发明的有益效果如下：

21、1、本发明两块波纹板焊接端采用半圆对拼组成整圆的对接形式，区别于传统平直对接焊缝，圆形轮廓可以分散焊趾尖角应力，避免应力集中聚集在焊缝局部点位；同时焊接连接件提供充足焊接空间，可实现双焊缝焊接，提升焊缝本体焊接强度。

22、2、本发明通过焊接连接件、应力释放槽和应力传递铆钉的设置，配合外扩斜边构成楔面传力副；波纹板低温收缩产生微小分离位移时，楔块效应将拉伸拉力转化为对应力释放空心柱的径向挤压力，把部分拉伸载荷转移至背侧机械机构，大幅降低密封焊缝承受的拉伸载荷，从根源上降低焊缝低温疲劳开裂风险。无论波纹板处于挤压还是拉伸工况，均可将应力转化为空心柱的挤压力实现应力吸收，保护焊缝。

23、3、本发明设置应力释放空心柱与应力放大空心柱连通结构，不需要传感器、线缆与供电单元，完全依靠壳体塑性形变实现应力记录；应力释放空心柱承受挤压产生微米级微小形变，传递至壁厚更薄的应力放大空心柱，将肉眼难以分辨的微小形变放大为可识别外形变化；当载荷卸载、储罐回温之后，塑性变形永久保留，能够完整记录整个服役周期拼接节点经历过的历史最大应力，解决电子传感方案低温失效、无法留存历史峰值应力的缺陷。应力释放空心柱采用密闭真空薄壁柱体，内部无气体介质，避免低温下气体冷凝、压缩缓冲干扰形变响应，应力触发阈值稳定可靠。