储气柜是当今运用最为广泛的储气设备,国内外采用储气柜可分为干式储气
柜和湿式储气柜。干式储气柜因密封方式不同可分为以下四种形式:曼(M.A.N)型、可隆(KLONNE)型、威金斯(WIGGINS)型。曼型干式柜侧板为正多边形,侧板与活塞之间采用稀油密封。可隆型干式柜侧板为圆筒形,侧板与活塞之间采用干油密封。威金斯型干式气柜侧板为圆筒形,侧板与活塞之间采用橡胶膜密封。
威金斯型干式储气柜是美国约翰.威金斯(JOHN.WIGGINS)发明的,1940年在美国建造了第一台(容积 1480m3)。它是由橡胶密封膜与圆柱壳、T 围栏、活塞构成一个活动的密封腔体储存气体,通过活塞与 T 围栏上升或下降实现气体储存量的增加或减少。由于其具有施工简单、造价低、耐腐蚀、使用寿命长(使用寿命通常为 30~40 年)、美观等其它气柜无法相比的优点,因此被广泛的运用到煤气供应、化工、电力、钢铁、污水处理等众多行业中。
威金斯储气柜为一复杂壳体结构,它的主体由柜体、内部活塞及其它附属构件等组成。柜体包括圆柱壳体(以下简称柱壳)和柜顶。图 1-1、图 1-2 分别为气柜的立面图和剖面图。
气柜的柜顶部分主要由辐射状径向梁、环向梁、顶部通风帽、柜顶钢板组成,
形成刚度很大的空间球形网壳结构体系。环向梁支于径向梁上,径向梁一端支于柱壳顶端,另一端支于柜顶中央环梁上,全部径环梁构成一单层球面网壳。柜顶板采用钢板满铺,钢板与各梁焊接,共同受力,风帽支撑于柜顶径向梁上。
柱壳是储气柜的主要部位,是由壁板、多道抗风回廊、环向加劲肋、竖向加劲肋和具有通风功能的檐口组成的加肋圆柱壳结构。由于气柜是一个严密封闭、不漏气的特殊结构,壁板与竖向肋、壁板与环向肋、壁板与壁板都焊接在一起,这些焊缝除了需保证构件的强度连接,还需保证气柜的气密性。竖向加劲肋底部用螺栓与柜体底板连接,沿圆周等间距布置。抗风回廊是空间桁架结构,其刚度很大,通常根据实际需要沿柜体高度每隔 10m 到 20m 布置一道。环向加劲肋等间距布置在抗风回廊之间。
柜底部分为向上隆起的球形薄壳结构,采用全焊接钢板结构形式,直接支撑于其下的混凝土基础上。
活塞是威金斯储气柜的另一核心部分,也是保证储气柜正常运行的关键部位,是由活塞底板和活塞围栏两部分组成的空间受力体系。活塞底板是由径向加劲肋、环向加劲肋和钢板构成的加肋球壳结构,活塞底板平面与气柜底板相对应,采用相同的拱形曲率,以消除活塞底板和气柜底板之间的空隙。活塞围栏设置于活塞底板边缘,是由活塞支架、支架之间的支撑及侧面波形钢板组成的空间桁架
体系。活塞周边设有混凝土环梁,用以平衡下部气体压力。活塞的工作原理如下:当活塞与 T 围栏上升时,橡胶密封膜翻转卷上,容积增大吞储气体;当活塞与 T围栏下降时,橡胶密封膜卷下,容积减少吐出气体外供。活塞结构为一自平衡体系,完全依靠自身重量及配重块与内部气压的平衡实现活塞的正常运行,活塞与气柜柜体结构之间没有直接的连接,结构相对独立,可单独进行计算。图 1-3 为
活塞的剖面图。
目前,威金斯储
气柜在美国和日本等国的设计和施工技术已趋于成熟,应用
极为广泛。在美国,已建成的储气柜中,威金斯储气柜占有储气柜总量的 75%。在日本,大容量的威金斯气柜不断建成,1987 年日本新日铁君津钢铁厂建成了高度达 114.6m、直径 76.8m、容积 45 万 m3的超大容量干式储气柜。在德国,已建成直径为 53.6m、高度为 84m、容积为 15 万 m3的焦炉煤气柜。
国内密封膜的成功研制,为威金斯气柜的广泛应用提供了条件,现已建成的
具有代表性的威金斯气柜有:2006 年 11 月天津天铁冶金集团有限公司建成储气量为 15 万 m3的大型橡胶膜密封型(威金斯型)转炉煤气柜,为国内第一台以合成橡胶卷帘密封的干式储气柜,于 2007 年 6 月投入使用,各项运行指标均达到了设计要求;2007 年 11 月,江苏南钢集团建成目前国内最小、压力最大(12.5Kpa)的 2 万 m3新型干式煤气柜;1992 年辽宁本钢建成国内第一台自主开发的 8 万m3橡胶膜密封气柜;上海宝钢首次从日本引进的直径 58m、高度 37.07m、容积8 万 m3威金斯气柜。