低温环境中新型水泥基材料抗拉性能和微结构的演化行为

低温环境中混凝土的抗拉性能是影响“全混凝土”液化天然气储罐长期安全服役的重要因素。本文研发了一种新型耐低温高性能水泥基材料(CHC),利用拉伸试验机研究了低温循环(20~-165 ℃)前后CHC的抗拉性能,借助压汞孔隙率测试和核磁共振测试分析了CHC的孔结构特征。结果表明,相比于C60混凝土,CHC的总孔隙率较低,抗拉强度较大,峰后变形能力较强。低温循环后,微裂缝的出现和总孔隙率的增加导致CHC和C60混凝土的峰值应力下降。相比于C60混凝土,CHC中裂缝的宽度较小,总孔隙率的增加量较少,故CHC峰值应力的下降幅度较低。本研究证实低温循环前后CHC的抗拉性能均优于C60混凝土,这源于CHC优异的孔结构和钢纤维的掺入。     

超低温及低温循环对混凝土材料性能的影响

针对普通预应力混凝土作为液化天然气(LNG)储罐材料在超低温(-165℃)环境中力学性能显著退化的问题,本文研究并评价了低温高性能混凝土(LHC)的低温性能,并对其孔结构特征和低温循环后的力学性能进行分析.结果表明:LHC基体内部105～104 nm的毛细孔数量相对较少,LHC内毛细孔和气孔的体积以及总孔隙率均低于C60混凝土.低温循环后,LHC基体和C60混凝土内部结构发生一定程度的损伤,各种力学参数均呈下降趋势.与C60混凝土相比,在超低温环境中,LHC具有优异的力学性能.     

大型LNG储罐内罐壁高的地震动力响应分析

介绍了大型LNG全容储罐内罐壁高的设计原理;为应对长周期地震动作用激发储液产生的大幅晃动,分析了多个规范中的地震反应谱在内罐壁高设计中的适用性,从而选择了规范EN 1998-1:2004和GB/T 50761-2018中的水平设计反应谱;并以某20×104 m3大型LNG储罐为例,通过理论计算与数值模拟进行了水平设计反...     

大型LNG储罐现场珍珠岩膨胀填充技术

以某已建16×104m3的LNG全容储罐为例,对大型LNG全容储罐常用的现场珍珠岩膨胀填充工艺进行概述,对膨胀、填充设备进行介绍。为了防止LNG储罐长期运行后膨胀珍珠岩粉末沉降带来局部保冷空隙,需要在膨胀珍珠岩填充后进行充分振捣操作。为了保证填充后具有良好的保冷效果,填充过程中需要定期抽检膨胀后珍珠岩粉末,确保膨胀珍珠岩粉末的粒度、密度等技术指标合格。     

煤层气储层压裂负效应作用机理

储层压裂是煤层气工程中提高采收率的主要措施之一,但同时受压裂液侵入和煤粉的影响会对储层造成伤害,从而抑制了煤岩储层渗透率的有效提高。基于孔隙压力变化对煤岩应力状态改变的力学分析,研究分析了压裂过程中压裂液对裂隙面附近煤岩的作用机理;通过煤岩应力状态变化的研究,确定了煤层气压裂过程引起裂隙面附近煤岩发生不同破坏特征的破坏模式;并根据压裂对煤层气工程产生的负效应,进一步给出了煤层气排采过程中的降压速率上限值确定方法。研究分析表明,压裂对煤层气储层改造具有明显的两面性,对煤层气的长期高效排采具有很大的局限性,必须严格控制压裂施工工艺及排采降压规律,才能达到有效提高排采效率的目的。     

煤层气开采初期井底压力的合理控制范围研究

 合理的井底压力与煤岩力学特性及井周应力分布密切相关,而井周应力分布与井周是否产生提高绝对渗透率的贯通裂隙均有相互依赖的关系。首先,根据韩城煤岩的室内试验结果,分析煤岩不同应力状态与绝对渗透率的关系和变化规律;然后,基于弹塑性理论,通过考虑储层井周存在裂隙区时的弹塑性应力分析,建立井周应力与井底压力之间关系的数学模型,探讨确定保持或稳定提高绝对渗透性的合理井底压力范围,并将其应用于韩城煤层气井的排采数据分析。通过研究发现,在既定煤层气工程条件下,控制合理的井底压力可使煤储层绝对渗透率随煤层气的开采而逐渐增大,进而提高产能。     

BIM技术在大型LNG储罐建设中的应用前景

大型LNG储罐的建设具有涉及专业繁多并交叉作业、工艺技术要求高、建设周期长和运营维护复杂等特点。因此,科学的管理方法和先进的工程建设理念对提高储罐建设的质量和效率、节约成本等方面具有重要的作用和意义。BIM(Building Infotmation Modeling)技术采用4D建模方法对建设工程的全部相关信息进行系统化管理,并通过统一控制和无缝交流的共享方式实现工程建设目标。结合大型LNG储罐建设的自身特点,引入BIM技术,通过建立虚拟模型和模拟工况,可对整个工程建设和运营过程进行优化控制,最终达到提高质量和节约成本等目的。鉴于中国目前已掌握了大型LNG储罐建设的传统管理方法和建造技术,引入BIM技术的条件基本具备。在未来LNG产业的发展中,该技术将在大型LNG储罐的全过程管理中发挥重要的作用。同时还建议,受技术垄断的限制,我国应加强"标准统一、技术同步、知识产权"等方面的攻关研究。     

混凝土低温性能表征技术和研究方法综述

液化天然气(LNG)贸易的繁荣加剧了LNG储罐的需求.以混凝土代替9％镍钢制备"全混凝土"LNG储罐可降低46％的成本和缩短33％的工期并提高结构的耐久性,此技术具有重大经济和科学意义.全混凝土LNG储罐在服役过程中面临的最大风险是温度波动(-40～-165℃)和低温冻融循环(室温至-170℃).目前,低温环境(-40～-197℃)中混凝土的失效机理尚不清楚.低温环境孔隙中的水结冰会引起混凝土孔结构、热导率、热应变、渗透性能和失效过程中能量释放行为的变化.低温环境混凝土性能的演变机制还处于研究初期,采用先进的表征技术和高效的研究方法从多角度探究孔隙中水结冰和混凝土宏观性能演化的内在联系,是明确低温环境混凝土劣化机理的有效策略.本文对低温环境混凝土的表征技术(核磁共振技术(NMR)、X射线计算机断层扫描技术(μ-CT)、差分扫描量热技术(DSC)、低温扫描电子显微技术(LTSEM)、声发射技术(AE)和激光闪光法(LFA))及研究方法(热应变测试和渗透性测试)进行综述,并对超高性能混凝土(UHPC)的低温性能进行总结.在低温环境中,利用NMR技术和DSC技术可原位分析混凝土孔隙中水的结冰行为.其中,NMR技术可研究孔隙中水状态的演化;DSC技术基于热流数据可量化表征孔隙中冰的体积.μ-CT技术可探究冻融前后孔隙和裂缝的三维形态.LTSEM技术可获取孔隙中冰体的微观形貌.热应变测试和AE技术结合使用可明确混凝土热变形与失效过程中能量释放之间的相关性.通过降低孔隙率、含水率和剔除粗骨料,可使UHPC具有优异的耐低温性能.目前,低温环境中混凝土的导热性能和渗透性能仍缺少全面研究,采用LFA技术可测定低温环境混凝土的热导率.本文系统归纳了低温环境混凝土的表征技术和研究方法,有助于深入理解低温环境混凝土的失效机理和研制高耐久性的全混凝土LNG储罐.     

硫酸盐干湿循环环境下超深井井壁混凝土抗腐蚀性能

针对矿山超深井井壁混凝土受地下水硫酸盐腐蚀危害等问题,本研究采用硫酸钡沉淀法、NEL-PDU型氯离子扩散系数测定仪、扫描电镜(SEM)仪、X射线衍射(XRD)仪等手段,对比了硫酸盐干湿循环快速腐蚀环境下,C70仿钢纤维混凝土(C70-ISFRC)与高性能超深井井壁混凝土(HUC)的参数指标.实验结果表明:硫酸盐干湿循环快速腐蚀后,通过质量变化发现C70-ISFRC的孔隙数量、孔隙尺寸都高于HUC,并且两种混凝土力学性能的变化趋势均为先上升后下降,但HUC在此腐蚀环境下的力学性能表现更优;在硫酸盐干湿循环下,C70-ISFRC基于电通量的渗透性评价为低,HUC基于电通量的渗透性评价为非常低.在240次硫酸盐干湿循环后,HUC表面以下10～15 mm和15～20 mm处几乎不存在液相硫酸根离子;与C70-ISFRC相比,HUC在硫酸盐干湿循环的环境下不易生成钙矾石且其内部不易形成硫酸钠晶体,不易发生开裂和晶体损伤等劣化,是一种有效的深地井壁混凝土材料.