本期导读

<正>研究探讨RESEARCH DISCUSSION LNG全容罐包含金属内罐和预应力混凝土外罐两层罐体结构,在正常运行条件下,低温LNG液体储存在内罐中,在泄漏工况下,内罐中的LNG液体将与外罐内侧接触,此时外罐内外壁之间产生巨大的温度差,此温差需作为外罐结构设计的输入数据。《大型LNG储罐泄漏工况下外罐温度场分析》一文,基于LUSAS有限元分析软件采用2D轴对称实体单元对20万m3LNG储罐的混凝土外罐进行温度场分析,分析中考虑了保冷材料导热系     

LNG储罐外罐罐壁液密性有限元分析

介绍了预应力钢筋混凝土液化天然气(LNG)储罐在内罐泄漏工况下外罐承受的内压、LNG液体压力、预应力荷载、结构及附属材料重力荷载和温度作用,阐述了笔者创建的外罐罐壁液密性分析的有限元模型、采用的计算方法和计算结果提取方法。说明了在内罐泄漏工况下,内压、LNG液体压力和罐内侧低温作用为外罐罐壁液密性的主要影响因素。并提出了合理设置预应力钢绞线、内侧低温钢筋以及采用适当线膨胀系数的混凝土可保证外罐罐壁液密性。     

浅析全容式LNG储罐干燥置换技术

全容式液化天然气(LNG)储罐一般由预应力混凝土外罐和低温钢制内罐组成,操作温度约为-162℃,内罐用于储存LNG,预应力混凝土外罐能够阻止LNG蒸发气扩散,并能够在内罐出现泄漏时包容泄漏出的LNG。为了防止在储罐充装LNG时液位计或罐内泵等部件发生冻结现象,需要将LNG储罐内部空间干燥到特定露点值。另外,正式投用之前的LNG储罐内部空间的氧含量必须置换到特定水平,以防止在充装LNG过程中形成可燃性环境。需要进行干燥置换的内部空间包括内罐空间、罐顶空间和环形空间(包括罐底保冷层),通过向罐内通入干燥惰性气体,采用爆破置换法或活塞效应置换法,使内部空间水份含量和氧含量都达到LNG安全储存的要求。     

大型LNG储罐混凝土外罐徐变效应分析

大型LNG储罐在运行期间,外罐预应力混凝土徐变效应产生较大的拉应力,从而导致混凝土的开裂,将严重影响储罐的耐久性和安全性。以山东某大型LNG储罐外罐混凝土徐变效应为例,采用ADINA有限元软件建立了LNG储罐混凝土外罐徐变精细化有限元模型,分析了在预应力、内压、自重及混凝土徐变作用下,外罐的应力、应变及裂缝分布规律,获得了外罐罐底应力及应力增量时程曲线。研究结果表明,徐变作用使外罐第一主应力随着时间的推移不断增大,在储罐运行200 d时第一主应力超过了混凝土抗拉强度,外罐混凝土开始产生沿竖向分布的环向裂缝。该研究成果可为LNG储罐结构设计提供一定参考。     

LNG储罐内罐小孔泄漏工况下温度场数值模拟

LNG储罐是接收站核心设备,内罐泄漏会造成夹层绝热结构和外罐的破坏。针对LNG双金属全容罐内罐小孔泄漏,通过设置热边界条件和绝热层的物性参数,划分内壁和绝热层网格数,模拟得到内罐壁稳态温度分布;分析泄漏点处的对流换热,建立二维非稳态渗流方程,计算得到漏液在罐壁绝热层内的流场分布;将求得的速度分布作为对流扩散项添加到二维非稳态对流换热方程中,完成速度场和温度场的耦合,得到内罐壁绝热层的温度分布。LNG内罐发生泄漏时,漏液先向下聚集,靠近泄漏源处的弹性毡首先降温到LNG温度,且此处的温度梯度较大,而后沿罐底逐渐渗透到膨胀珍珠岩绝热层。由此,为内罐泄漏事故的救援和事故分析提供了理论依据和科学指导,以最大限度地减少泄漏事故造成的危害。     

泄漏工况下LNG储罐外罐壁温度分析

运用FLUENT有限元软件,对大型LNG预应力混凝土储罐由泄漏引起的外管壁温度变化进行研究,主要分析了温度沿厚度和高度的变化对预应力混凝土储罐结构温度变化的影响。结果表明:泄漏时外罐壁预应力混凝土温度沿高度的变化分为两个阶段,即温度变化剧烈区和温度变化平缓区,每个阶段中温度沿高度均呈线性变化。     

大型液化天然气储罐混凝土外罐施工期间温度裂缝预测

以160 000 m³大型预应力液化天然气(LNG)全容罐混凝土外罐为研究对象,在利用ANSYS软件建立精细化LNG储罐混凝土外罐有限元模型的基础上,按实际结构施工顺序与时间,模拟了LNG储罐混凝土外罐全部混凝土浇筑过程,获得了在变温条件下,由水化热作用产生的混凝土外罐早期温度场分布;在考虑混凝土收缩和徐变的条件下,采用增量法计算了混凝土外罐的早期温度应力,确定了随时间及配筋率变化的混凝土早期抗拉强度,进而对LNG储罐混凝土外罐施工阶段的裂缝发育特征及分布规律进行了预测。结果表明,混凝土收缩对温度应力影响显著,在150 d的模拟时间段内结构温度应力呈现持续增长状态;第1浇筑段的LNG外罐温度应力明显大于其他浇筑段的温度应力,且该浇筑段的罐壁在模拟期内将产生竖向裂缝,扶壁柱处将产生局部环向裂缝。该结论可为同类工程施工建造开展相应的抗裂措施提供依据。     

LNG储罐泄漏温度场仿真分析

为了对江苏徐州LNG储罐泄漏事故中储罐的温度场进行模拟,首先简要介绍了LNG储罐泄漏情况,并利用Fluent有限元软件建立LNG储罐有限元模型,然后对于泄漏时外罐壁沿厚度和高度的温度场变化进行仿真分析,得到了各自的温度变化规律。数值仿真表明沿厚度变化时外罐壁内表面温度变化剧烈沿高度变化时混凝土外罐壁由低到高温度逐渐升高,分非线性和线性变化两个阶段,底部温度变化剧烈,这里最有可能造成混凝土和管道的破裂,需要加强保护。仿真分析与事故勘查结果较为吻合。     

LNG储罐混凝土外罐预应力张拉顺序与罐壁底端加厚研究

LNG储罐预应力混凝土外罐建造技术一直是接收站建设中的一个难题。施工中发现不同的预应力张拉顺序对混凝土裂缝的大小有较大影响。借助于ANSYS有限元软件,对LNG预应力混凝土外罐罐壁在不同预应力张拉顺序下的内力分布进行了深入研究,分析了不同的预应力张拉顺序对预应力混凝土储罐结构的影响。并对罐壁底端的受力情况进行了有限元分析,提出了罐壁底端加厚的改进措施,解决了LNG预应力混凝土外罐罐壁预应力设计施工中的应力过大的问题,有效地控制了罐壁底端裂缝的产生。     

基于安全阀火灾辐射的LNG全容罐瞬态热力耦合分析

为了防止LNG全容罐温度升高、LNG沸腾气化导致罐内压力升高,常采用安全阀释放罐内气体的方法来控制压力。在LNG蒸气释放过程中,若被点燃会发生火灾,LNG全容罐在火灾产生的温度应力和LNG气压等荷载作用下,有可能开裂、坍塌导致LNG泄漏,进而造成重大的安全事故。目前国内尚无相关规范规定,而国外的标准、规范也仅给出了一般性的条款,没有具体的计算公式。为此,阐述了安全阀火灾热辐射研发的必要性;探讨和建立了LNG全容罐的传导、强制对流、火灾辐射和内部空间自辐射,以及相互耦合的复杂三维瞬态热分析有限元模型,获得了瞬态热分析各个燃烧时间点的计算结果,并给出了合理的解释;最后将热学模型转换为力学模型,施加火灾产生的温度,组合气压和自重,经计算获得了LNG全容罐在火灾燃烧时限内的最大应变。结果表明,与混凝土的极限应变对比,储罐不会发生压碎坍塌。该研究成果为后续国内规范的编制和LNG全容罐结构优化设计奠定了基础。     

LNG储罐混凝土外罐稳定工况载荷及应力分析

LNG储罐结构复杂,构件种类多,受力复杂,分析极限工况下储罐各部位的应力分布,对于研究全容式混凝土LNG储罐失效具有重要的意义。为此,通过对储罐的罐顶结构简化,在考虑储罐受到的可变载荷的基础上,对罐体受力荷载系统进行了分类计算和等效处理,建立罐体承载能力极限状态下的罐顶结构载荷、预应力载荷及其他各类可变载荷的组合工况,并采用ANSYS软件建立简化后预应力混凝土外罐的1/4部分的有限元模型,通过结构化网格处理和易发生应力集中处网格加密处理,对罐体各类荷载进行了等效处理,分析了储罐在承载能力极限状态下的罐体温度和应力分布。结果表明:(1)空罐工况下罐顶处最大受压受拉应力发生在储罐承压环处,最大应变位于最大拉应力-2.81 MPa处;(2)空罐工况下承台最大压应力、最大拉应力均位于罐底部与承台连接处外缘,应变最大值也位于承台与罐底接触外缘,此部位易开裂;(3)空罐工况条件下只有罐顶部与承压环应力达到混凝土破坏极限,而储罐其余部位应力均在材料安全极限范围内;(4)满罐风载/雪载工况下,罐体混凝土墙在各部位均达到混凝土材料强度极限;(5)满罐风载/雪载工况下承台与罐底连接部位处于混凝土材料受拉应力状态,且拉应力强度远远超过强度极限,该部位小裂纹在一定条件下易发生裂纹扩展;(6)罐体在热角保护部位的压应力达到混凝土抗压强度极限。结论认为,该研究成果为全容式混凝土LNG储罐失效分析提供了理论参考。     

全容式LNG储罐混凝土外罐的罐壁罐顶厚度取值研究

全容式LNG储罐的混凝土外罐是由圆形底板、圆柱形预应力罐壁和穹形罐顶组成的超静定结构。在进行混凝土外罐的有限元分析时,必须先确定外罐的几何尺寸,这些几何尺寸的合理与否关系到计算分析的效率。通过对外罐在起控制作用的荷载作用下的受力特性分析,结合不同设计极限状态下的强度和正常使用要求及各自的荷载系数,推导了罐顶厚度、罐顶腋部厚度和罐壁厚度的计算公式。研究结果已应用到江苏LNG、大连LNG的工程设计中,证明是正确的。     

LNG预应力外罐环向应力有限元分析

由于储罐结构和所施加荷载的对称性,取罐壁的1/4进行建模,考虑到变形的对称性,在边界处施加约束,以消除切向位移。采用ANSYS 9.0进行内力计算和分析,罐壁和穹顶均采用SOLID 45实体单元,基础只作为罐壁底部的固定约束。通过对LNG预应力外罐有限元模型的建立,对5种工况下预应力外罐环向应力的有限元分析,得出LNG预应力外罐环向应力的主要变化规律和各项荷载对罐壁环向应力的影响规律。     

全容式LNG储罐混凝土外罐的预应力方案计算

为确保全容式LNG储罐混凝土外罐的造价经济、受力合理,有必要对混凝土外罐施加预应力。从工程设计的角度出发,以全容式LNG储罐混凝土外罐的受力特性为基础,对混凝土外罐预应力方案的计算要点进行了较全面的分析和总结,提出了简单易行的计算解决方案,并以16万m3LNG储罐为例,给出了详细的计算过程,实践证明提出的计算方案是正确的。     

LNG罐内泵的特点及应用浅析

LNG罐内泵在LNG接收站的生产运行中的主要作用是将罐内LNG输送至罐外低压管汇,以继续完成下一步的重组分回收、冷能利用、加压、气化、计量、外输等操作。本文以山东LNG接收站工程建设为基础,结合接收站工艺以及罐内泵厂家技术交流情况,对罐内泵的结构、特点、参数影响及现场安装、拆卸等内容进行简要介绍。     

大型LNG储罐外罐长期预应力损失分析

由于混凝土收缩徐变及钢筋应力松弛的耦合作用,LNG储罐外罐预应力系统将产生长期预应力损失,严重影响储罐的安全性能。为此,基于按龄期调整的有效模量法及混凝土结构设计规范中的相关模型,以国内某大型LNG储罐外罐为研究对象,应用ABAQUS有限元软件,建立了多组模型分别模拟收缩徐变损失、应力松弛损失及其耦合作用下的损失,分析了混凝土收缩徐变及应力松弛的相互作用对长期预应力损失的影响规律,并讨论了双向设置预应力对长期预应力损失的影响。研究结果表明:(1)环向、竖向预应力筋长期损失终值(50年)最大值分别达到张拉控制应力的10.97%、17.02%;(2)环向、竖向预应力筋在收缩徐变和应力松弛耦合作用下的损失分别为收缩徐变损失与应力松弛损失代数和的83.59%和86.33%;(3)提出相互作用折减系数,当收缩徐变损失和应力松弛损失大小相近时的折减系数最小;(4)竖向预应力对环向预应力筋长期预应力损失的影响较为明显。结论认为,该研究成果有助于提高大型LNG储罐混凝土外罐的安全性。     

超稠油污水除油罐排泥系统的设计

1 排泥系统的组成一般而言 ,油田污水除油罐的排泥系统分为自然排泥和强制性排泥两种形式。所谓自然排泥是指利用污水罐自身液位的压头将罐中底部的污泥、机杂等通过设计的排泥管压出罐外输入下一道除泥工艺进行处理 ;强制性排泥是指罐内除设计了正常的排泥管外 ,又增设了冲泥管及喷嘴 ,利用在外界形成的高压液体通过喷嘴形成高压流将沉积在罐底部的污泥及机杂冲起 ,然后进入收泥管排出罐外。两种排泥形式适用不同的条件 ,对于油品物性较好的原油 ,在污水除油的工艺中采用自然排泥即可 ,且系统较为简单 ;对于油品物性相对较差的原油 ,诸如含…     

LNG储罐外罐施工期间的温度应力及裂缝分布

大型LNG储罐外罐在混凝土浇筑过程中,水泥水化热会导致外罐产生较大的温度应力,从而引起混凝土开裂,将严重影响储罐的耐久性。为此,以山东某大型LNG储罐混凝土外罐为研究对象,采用ADINA有限元软件建立了精细化的LNG储罐有限元模型,按照实际的施工顺序与时间,模拟了LNG储罐外罐混凝土分层浇筑过程中的早期温度场分布;在考虑混凝土龄期效应的基础上,将外罐的温度场和结构场进行耦合,分析了外罐的温度应力及裂缝分布情况,评估了外罐混凝土开裂的风险。结果表明:1外罐在施工期间将产生较大的内外温差,引起较大的温度应力;2第1浇筑层的温度应力明显大于其他浇筑层,且第一主应力为环向应力,将使此处混凝土产生沿竖向开展的裂缝;3因为约束作用减弱,其他浇筑层混凝土产生温度裂缝的可能性很小。该研究成果为LNG储罐外罐温度裂缝控制提供了参考。     

LNG储罐外墙温度应力分析及预应力筋设计

大型LNG储罐的外墙一般由预应力混凝土建造,其应力分布及变形比较复杂。在介绍预应力混凝土外墙温度应力计算方法的基础上,采用理论分析的方法,推导出了圆筒形外墙温度应力的计算公式、外墙在温差荷载及其他普通荷载作用下预应力筋的计算公式以及最大环向应力所在位置计算公式,进而给出了预应力筋结构调整的方案。研究结果表明,内罐的超低温液体会使预应力混凝土外墙产生很大的温度应力,环向温度应力最大可达混凝土抗拉强度的一半,使外墙在受内压时更加危险,因此在环向预应力筋设计时须考虑温差荷载影响。而后采用ADINA有限元软件建立多个钢筋混凝土分离式模型进行数值模拟,不仅验证了所推导公式的正确性,而且证明了该结构优化方案使外墙的变形及应力分布更加合理。     

大型LNG全容罐抗飞行物冲击分析验算

LNG全容罐遭受外来飞行物冲击分析是大型LNG预应力混凝土全容罐外罐设计考虑的重点和难点。将冲击动力学和LUSAS有限元软件数值模拟分析相结合,通过规范公式验证方法,分析计算了20×10~4m~3LNG预应力混凝土全容罐罐顶遭受外来飞行物冲击所造成的局部效应,验证罐顶的安全性及可靠性,并为类似全容罐安全性及可靠性的分析计算提供依据。