lng项目混凝土在超低温环境下降温试验探究

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1、LNG项目混凝土在超低温环境下降温试验探究　　摘要：指出了液化天然气（LNG）作为一种绿色能源，越来越受到人们的青睐，应用于LNG储罐项目的混凝土，需要能够经受-165℃的超低温环境而不破坏。对混凝土试件在超低温环境下的降温进行了试验研究，确定测试超低温下混凝土抗压强度时的降温速率适宜为2℃/min左右，不适合直接将试件放入液氮浸泡；降温时，虽然试件中心与环境温度偏差大，但其内部温度梯度较小，由此产生的温度应力不足以导致其结构破坏。关键词：液化天然气；超低温；混凝土；降温速率中图分类号：文献标识码：A文章编号：167

2、4-9944（2013）10-0273-031引言LNG即液化天然气，主要成分为甲烷，无色、无味、无毒且无腐蚀性，燃烧后生成CO2和H2O，是一种清洁、高效的能源，越来越受到人们的青睐，很多国家都将LNG列为首选燃料，天然气在能源供应中的比例迅速增加。5在常压下将气态的天然气冷却至约-165℃，使之凝结成液体，其体积为同量气态天然气体积的1/600，重量约为同体积水的45%，大大节省了储运空间。目前，欧美、日本等国都在大规模兴建LNG接收站[1]，我国已建成和在建的大型LNG项目约10余项。LNG是名副其实的绿色能源

3、，但因其储存温度为-165℃，储存条件要求高，而且一旦泄露，后果相当严重。LNG储罐的外罐一般采用预应力混凝土结构，在要求保证一定抗拉强度的同时，要能够承受液化气泄漏时产生的压力，并且需要在超低温下保持其力学性能不破坏[2]。目前，LNG储罐项目的核心技术仅掌握在少数欧美国家手中，我国虽然已经建成几个大型项目，但仍处于起步阶段，尚缺乏相应的技术标准和规范，随着国际上对LNG能源应用的推广，有必要对其建设材料-超低温环境下的混凝土进行深入的试验研究。和普通混凝土相比，LNG项目用的混凝土可能承受-165℃的超低温，本文

4、进行了混凝土的降温试验研究。2原材料及配合比2.1试验材料水泥：唐山冀东水泥股份有限公司生产的盾石P·O42.5R级水泥。粗骨料：5～25mm碎石，产地：河北廊坊。细骨料：天然细砂，产地：河北廊坊。硅灰：采用S95级硅灰。粉煤灰：Ⅱ级粉煤灰，产地：河北唐山。减水剂：北京慕湖，聚羧酸粉体高效减水剂。水：自来水。2.2配合比设计5LNG储罐用混凝土的强度等级一般设计要求C50或C60[3]，本文试验采用C60，试验配合比如表1所示。表1混凝土配合比设计编号C/kgBSF/kgSF/kgS/kgG/kgW/kg减水剂/g2

5、8d强度/MPaC60346113246661086165144975.13试验方案设计3.1不同降温速率的试验降温速率不同，混凝土内部产生温度梯度，由此产生的温度应力不同，内部的温度应力越大，越有可能对混凝土内部的结构造成破坏，需要进一步通过测试混凝土内部温度梯度来计算温度应力的大小。测试的混凝土试件采用100mm×100mm×100mm的立方体试件，试件中心预埋温度传感器，如图1所示。本文试验对比了以3℃/min和2℃/min的降温速率和直接将试件浸泡在液氮里温度变化的过程。降温时，将试件放入超低温试验箱中，分别

6、记录环境温度和试件中心温度。出现这种时间上的不同主要有两方面的原因：即试件与环境温差的大小和降温介质影响。前者的影响主要体现在温差越大，传热速度越快，因此，当降温速率高时，试件中心温度降低越快，这也与相关文献结论一致。但无论2℃/min还是3℃/min，降温的方式都是液氮气化后将试验箱内空气温度降低，进而对试件降温，而液氮浸泡时是由液氮直接对试件降温，而不是气体作为介质，因此降低速度明显提高。5综合以上几种降温速率，2℃/min和3℃/min虽然从降温开始至试件中心恒温的总时间相差不多，但由于后者的环境温度降温快，消

7、耗的能量越大，而液氮浸泡的方式对试件的损伤较大，因此，在进行超低温下的混凝土强度试验时，宜选用2℃/min左右的降温速率。4.2混凝土内部温度梯度试验试验结果如图6所示。如图所示，当以2.75℃/min的速率降温时，试件中心温度与环境温度相差较大，已达到100℃以上，根据此温差可能导致混凝土因温度应力产生的破坏。但通过对比内部3根温度传感器的数据来看，其内部温差很小，最大仅约为10℃，产生的温度应力不足以破坏试件的内部结构，因此，通过降低气体在对试件降温的方式，试件内部温度梯度不大。5结语通过对混凝土试件在超低温环境

8、下的降温试验研究，确定测试超低温下混凝土抗压强度时的降温速率适宜为2℃·min左右，不适合直接将试件放入液氮浸泡。降温时，虽然试件中心与环境温度偏差大，但其内部温度梯度较小，由此产生的温度应力不足以导致其结构破坏。参考文献：[1]王冰，陈学东，王国平.大型低温LNG储罐设计与建造技术新进展[J].天然气工业，2010（5）：108～112.5[