LNG储罐研究进展及未来发展趋势

总结分析了常规LNG储罐在全模型建模、地震响应分析、隔震研究、局部构件计算、偶然作用分析等方面的研究进展及目前存在的不足,指出未来常规LNG储罐的研究将趋于精细化和集成化,同时必须与试验研究、理论计算及监测分析等手段相结合以验证目前数值计算的准确性。给出了超大型LNG储罐的概念,指出相关能源企业也已经掌握了核心技术,如有合适的时机,随时可以实现工程化应用;超大型的薄膜罐和地下罐适用性更广,应用前景广阔,应当开展更加深入的研究。对自支撑式LNG储罐、全混凝土LNG储罐及海上LNG储罐等3种新型LNG储罐的研究现状及应用前景进行了分析,指出自支撑储罐是对内罐设计改进的很好的补充思路;全混凝土储罐因其造价低在国内具有很大的应用前景;而海上LNG储罐更适用于中小型的LNG接收终端;由于3种新型LNG储罐建造及安装方式与常规储罐的不同,后续研究中应重点论证结构的受力合理性和施工的可行性。本文研究成果对未来LNG储罐的研究提供了有益的借鉴。     

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总结分析了常规LNG储罐在全模型建模、地震响应分析、隔震研究、局部构件计算、偶然作用分析等方面的研究进展及目前存在的不足,指出未来常规LNG储罐的研究将趋于精细化和集成化,同时必须与试验研究、理论计算及监测分析等手段相结合以验证目前数值计算的准确性。给出了超大型LNG储罐的概念,指出相关能源企业也已经掌握了核心技术,如有合适的时机,随时可以实现工程化应用;超大型的薄膜罐和地下罐适用性更广,应用前景广阔,应当开展更加深入的研究。对自支撑式LNG储罐、全混凝土LNG储罐及海上LNG储罐等3种新型LNG储罐的研究现状及应用前景进行了分析,指出自支撑储罐是对内罐设计改进的很好的补充思路;全混凝土储罐因其造价低在国内具有很大的应用前景;而海上LNG储罐更适用于中小型的LNG接收终端;由于3种新型LNG储罐建造及安装方式与常规储罐的不同,后续研究中应重点论证结构的受力合理性和施工的可行性。本文研究成果对未来LNG储罐的研究提供了有益的借鉴。     

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。     

我国第一座16万m^2全容LNG储罐

文章在对LNG储罐进行分类、对全容LNG储罐的结构性能特点进行分析的基础上,重点对我国引进的第一座16万m^2全容LNG储罐的结构性能特点进行了论述．较详细地阐述了该储罐的设计特点、设计要求;介绍了该储罐预应力混凝土外罐、钢结构内罐的建造方法以及所用材料的特点等．并对我国今后一段时间LNG储罐的引进、设计、建造等工作提出一些经验性建议。     

全容式LNG储罐罐体温度场计算及分析

全容式LNG储罐是目前国内LNG接收站普遍采用的罐型,LNG储罐储存低温液体,内外温差大,罐体结构复杂,温度场分布对储罐的结构设计影响大。以国内某LNG接收站的全容式储罐为例,通过对储罐底部、罐壁和顶部结构及传热过程的分析,建立了罐体各部位温度场计算模型,利用ANSYS软件计算得到了LNG储罐罐顶、罐壁、罐底的温度场分布,并分析了计算结果。储罐结构设计时应考虑储罐绝热层与内罐体接触部位热应力影响;同时应优化储罐底部的结构,有效降低罐底漏热量。     

全混凝土LNG储罐国产化的可行性研究

当前的全容式LNG储罐内罐材料多为9%镍钢,建造材料难以本土化,导致建造费用高、建设工期长;采用全混凝土LNG(ACLNG)储罐可降低造价、缩短工期。国外虽已建成较小尺寸的全混凝土LNG储罐,但该领域的研究存在断层,而我国尚未开展相关研究。为此,介绍了国外全混凝土LNG储罐的研究现状、发展历程、结构形式,并开展了低温环境下(试验温度最低至-170℃)混凝土与钢材的力学性能试验、混凝土冻融循环试验、低温下混凝土与钢材的黏结性能试验、钢筋与预应力混凝土梁的受弯性能试验。据此总结出了混凝土在低温环境下的工作特性,为全混凝土LNG储罐的建造设计提供了理论支持。同时,针对影响储罐结构安全性的混凝土液密性及冻融循环问题,提出了相应的解决措施。为了促进全混凝土LNG储罐的发展,还建议持续开展以下研究工作:1混凝土内罐的开裂情况分析;2地震作用下的内外罐整体性能分析;3按照ACI 376—2010要求对储罐进行承载能力极限状态与正常使用极限状态的模拟设计。     

我国第一座16万m3全容LNG储罐

文章在对LNG储罐进行分类、对全容LNG储罐的结构性能特点进行分析的基础上,重点对我国引进的第一座16万m3全容LNG储罐的结构性能特点进行了论述,较详细地阐述了该储罐的设计特点、设计要求:介绍了该储罐预应力混凝土外罐、钢结构内罐的建造方法以及所用材料的特点等,并对我国今后一段时间LNG储罐的引进、设计、建造等工作提出一些经验性建议.     

全容式LNG储罐在外爆炸荷载作用下的计算分析

通过对爆炸波、反射压力和传播过程等爆炸荷载基本特性的描述,总结了全容式LNG储罐在爆炸荷载作用下的动力分析要点.以某16万m3 LNG储罐为例,应用ABAQUS软件建立了三维有限元实体模型,对LNG储罐在两种等效爆炸荷载作用下的动力效应进行了数值模拟.计算结果表明,爆炸荷载对混凝土罐壁和罐顶会产生很大的对截面配筋不利的环向拉力.     

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。     

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。     

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。     

采用动态物流模型计算LNG接收站的有效罐容

科学合理地确定LNG储罐罐容及数量配置是LNG接收站前期研究阶段最重要的任务之一,目前国外概念设计与前端工程设计一般用静态经验公式估算法来确定新建LNG接收站项目的LNG储罐罐容,再采用外部第三方或其内部开发的动态数学模型进行核算,基本未考虑用气市场的波动性和调峰需求,估算结果明显低于LNG接收站达到设计负荷工况下的实际需求。为此,引入成熟的物流概念和技术,把握LNG产业链的物流本质,针对LNG接收站储罐的库存物流和LNG运输船到港、卸货的排队物流特性,建立了用于计算LNG接收站储罐罐容及其数量配置的动态数学模型。通过广东某LNG接收站项目实例计算比较可知,该模型具有以下优点:既可确定经济合理的LNG运输船船容及配置、LNG接收站罐容及配置,又可计算出非均匀船期条件下的LNG储罐罐容及所需配置数量,还可动态地掌握LNG储罐库存曲线的变化情况,为现货采办等经营手段提供可靠的决策依据。     

全容式LNG储罐在飞行物冲击作用下的局部效应验算

通过对现有混凝土构件受飞行物冲击作用的研究成果的分析,归纳并总结了全容式LNG储罐混凝土外罐受飞行物冲击作用的局部验算方法与要点.以某16万m3 LNG储罐为例,进行了冲击效应的详细计算,计算结果表明,在质量为110kg、等效直径为0.3 m、冲击初始速度为45 m/s的飞行物作用下,该混凝土外罐的截面厚度取值能够承受飞行物的冲击作用.     

基于弹性地基梁法的LNG储罐环向预应力方案设计

随着预应力技术的成熟及市场条件的变化,近年来国内外都出现了全容式LNG储罐工程兴建热.基于弹性地基梁法,建立了LNG储罐罐壁内力及径向位移公式.分别采用弹性地基梁法和有限元法,计算了某实际LNG储罐模型罐壁的径向位移和环向拉力,并给出了LNG储罐罐壁环向预应力筋的配置方法.两种方法计算结果基本一致,验证了采用弹性地基梁...     

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。     

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。     

16万m^3 LNG储罐罐顶气顶升工艺研究

16万m^3 LNG全容式储罐目前是国内、国际上LNG接收站存储系统常用的储罐结构型式。其中罐顶的气顶升工序是储罐施工的难点之一,安全风险高。文章论述了16万m^3全容式LNG储罐罐顶气顶升的工艺原理、顶升方案的设计方法及操作要点,介绍了罐顶气顶升工艺的关键技术,包括平衡导向系统、密封装置系统、供气系统、配重系统、罐顶固定装置等,并对罐顶气顶升的主要步骤进行了说明。     

全容式LNG储罐绝热性能及保冷系统研究

我国大型LNG接收站中的储罐均为全容式LNG储罐,其通常处于低温微正压状态,外界热量的漏入会引起LNG的蒸发,增加能耗,也可能会使储罐产生分层及翻滚现象,对其安全造成较大威胁,因此,需要对它的绝热性能及保冷系统进行研究。为此,根据全容式LNG储罐的结构特点,分别对罐顶、罐壁和罐底进行了漏热量计算,结合实例进行了LNG储罐总漏热量及日蒸发率的计算分析,探讨了LNG储罐的绝热性能,找到了影响储罐漏热量的主要因素：保冷材料的导热系数、保冷层的厚度、储罐表面的吸收率、环境温度等,为LNG储罐保冷系统的设计提供了相关依据;并根据LNG储罐保冷系统的需要,归纳总结了保冷材料的选择原则、施工方法及其注意事项。     

浮式LNG接收站3×104 m3全容储罐冷却技术研究

储罐冷却是LNG储罐调试工作中最关键和最危险的环节之一。针对国内首个浮式LNG接收站3×10~4 m~3LNG储罐冷却过程,进行了冷却方案比选,提出了预冷用LNG量的计算方法,介绍了冷却条件及冷却过程。针对冷却过程中出现的常规问题及非常规问题进行了分析并给出相应的解决方案。研究成果对其他浮式或常规LNG接收站中LNG储罐的冷却具有参考意义。     

大型LNG储罐完整性管理初探

完整性管理体系和评价方法在管道、设备、混凝土结构等领域已经得到一定程度的实践应用，而涉及更多学科、更为复杂的大型LNG储罐的完整性管理概念厘定和相应方法研究才刚刚起步，同时，特殊的罐体构造、极低的罐内操作温度（约-162 ℃）、存储介质的危险性质（LNG）、超大容量的存储空间［（8～20）×10⁴ m³/座］等本体特性和几乎不能中断运行的功能要求也使得大型LNG储罐的完整性管理特征不同于一般的钢制储罐。为此，基于对管道完整性管理的分析结果，通过对其概念起源和技术体系核心内容的研究，根据LNG储罐的基本特征和相关国际规范，提出了LNG全容罐完整性管理概念，并初步建立起了其完整性管理的体系框架，在钢制储罐的风险评价及国际上关于LNG储罐生命周期最新研究的基础上，形成了LNG储罐的完整性评价方法和内容，为中国LNG行业尽快导入完整性管理体系提供了参考和借鉴。