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。     

大型LNG储罐泄漏工况下外罐温度场分析

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。基于LUSAS有限元分析软件采用2D轴对称实体单元对20万m~3 LNG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数随温度的变化,计算了外罐分别在夏、冬两季时正常运行、小泄漏、中泄漏、全泄漏共8个工况下混凝土外罐的温度分布。分析结果可作为预应力钢筋混凝土外罐结构设计的温度作用输入条件。     

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。     

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。     

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     

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。     

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。     

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。     

外浮顶储油罐密封圈油气扩散大涡模拟研究

采用大涡模拟高精度流场计算方法对外浮顶罐密封圈泄漏油气的扩散规律进行研究。建立油气扩散的大涡模拟计算模型,给出控制方程和求解方法,基于实验数据验证了数值解法的准确性。通过数值模拟,研究不同液位储罐瞬态绕流风场的旋涡分布和演变过程,分析泄漏位置、液位对10×10~4m~3外浮顶储油罐罐顶油气分布和可燃区的影响规律。研究结果表明,当液位较低时,在旋涡的输运作用下,上风侧油气浓度高于下风侧,且可燃区范围较大;随着液位升高,输运作用降低,油气聚集在泄漏口附近,可燃区范围逐渐减小。当油气沿整个环向密封圈均匀泄漏时,油气浓度最高值位于迎风面左右两侧45°附近。当油气分别从上风侧、侧风向和下风侧泄漏时,低液位储罐的可燃区范围由大到小依次为下风侧、侧风向、上风侧;满液位储罐的可燃区范围由大到小依次为侧风向、上风侧、下风侧,低液位储罐的可燃区范围比高液位储罐高1.3～1.7倍。该研究结果可对大型外浮顶油罐起火事故预防提供理论支持。     

热应力作用下LNG储罐外罐裂缝及失效时间分析

对于大型液化天然气储罐,内罐泄漏时,由于内外表面温差产生的巨大热应力对于外罐裂缝开展及储罐失效有非常重要的影响。为了获得外罐裂缝的开展规律以及储罐失效时间以便指导实际工程的设计与维护,利用传热学与弹塑性力学相关理论,提出了一种应力叠加方法,近似计算在内罐泄漏时外罐出现裂缝的内外温差,并且结合数值模拟结果进行对比分析,验证理论方法的准确性,确定裂缝开展规律,最终求得内罐从最不利泄漏点开始泄漏到外罐内侧混凝土开裂的储罐失效时间。结果表明:①内罐泄漏时,热应力巨大,不可忽略,热应力和其他荷载共同作用导致外罐产生大量裂缝,裂缝首先在外罐顶部内表面产生,并迅速向外表面开展,最终贯穿罐顶,导致储罐失效;②首次求得了储罐从内罐开始泄漏到外罐产生裂缝的最小时间,在此时间内采取有力措施及时处理,对控制事故发展、避免发生严重灾害具有重要意义。     

16万m^3LNG混凝土外罐施工控制要点

文章结合福建16 万m3LNG混凝土外罐现场施工实例,分别从混凝土承台、墙体、罐穹顶施工以及预应力施工等方面进行了分析和总结,详细介绍了16万m3混凝土外罐施工中的控制要点,为以后混凝土储罐施工提供了参考.     

美国储罐泄漏防控技术体系研究

针对国内普遍存在的储罐超期服役、储罐泄漏风险大的问题,应用先进储罐泄漏检测技术,在储罐泄漏初期采取处置措施,有助于提高储罐设施的安全性和可靠性。介绍了美国储罐泄漏防控技术体系的先进理念和推荐做法,包括针对储罐、工艺管道、装卸作业区等建立泄漏预防管理体系;针对储罐外侧边缘板腐蚀、罐底板腐蚀、罐壁-罐底板焊缝开裂和储罐底板沉降/基础损坏等建立泄漏预防技术体系。推荐采用有利于环境保护、成本最低的储罐泄漏预防措施,例如在罐底板下安装预防泄漏系统等。最后,提出了借鉴美国标准,制定和完善国内储罐泄漏检测技术的建议。     

混凝土低温罐与双钢低温罐承压环设计比较

文章通过对双钢全容罐和预应力混凝土全容罐两种结构型式低温储罐承压环的设计和计算方法进行分析对比，指出其异同点及目前所用简化计算方法的不足，对低温储罐承压环，特别是预应力混凝土全容罐承压环的设计提出一些建议。     

国内最大LNG储罐一次升顶成功

<正>2015年3月8日,国内首座20×10~4 m~3 LNG储罐——江苏LNG项目二期工程T-1204储罐一次升顶成功,标志着中国石油大型LNG储罐建造技术取得重大突破。T-1204储罐是江苏LNG二期工程新建储罐,采用落地电伴热式承台,为全容式混凝土储罐,圆筒形外罐直径86.4 m,高44.2m;圆拱形钢质罐顶总重约1 000 t,顶部中心距罐内地面56 m;储罐有效罐容20×10~4 m~3,是目前国内最大的LNG储罐。T-1204储罐升顶采用微正压空气浮升技术,使用大功率鼓风机向罐内输送压缩风产生浮力,将圆拱形钢质罐顶从罐内地面沿混凝土外罐内壁浮升至顶部,提升高度41 m,为国内大型储罐垂直升顶位移最大、穹顶最重。此次升顶通过穹顶顶升位移测量系     

预应力钢筋混凝土LNG储罐隔震设计

基于LNG储罐的抗震设防水准高,底部水平地震剪力大,位于较高设防烈度区的预应力钢筋混凝土LNG储罐,可采用隔震方案。介绍LNG储罐隔震原理,提出适合隔震层方案设计采用的简化计算模型,建立适用于隔震预应力钢筋混凝土LNG储罐外罐抗震动力分析有限元模型,讨论了隔震体系抗震动力分析方法和分析内容,指出隔震支座剪切性能参数确定应当满足的条件,论述了不同场地类别上的LNG储罐采用隔震支座所能取得的隔震效果。     

小型LPG储罐火灾超压预警研究

本文针对液化石油气储罐泄漏火灾事故,建立了耦合储罐泄漏进程和LPG火灾燃烧热模型的储罐超压模型,对LPG储罐泄漏、火灾、罐体超压进行了模拟。确定了不同充装率、不同泄漏孔径储罐罐体内部压力的变化,确定了90%充装率下最危险的泄漏孔径、最短预警时间,可为预防和控制罐体超压失效事故提供技术支持。     

大型LNG储罐球形混凝土穹顶施工期间温度场分析

大型LNG储罐球形钢筋混凝土穹顶在施工期间因水泥水化放热而产生大量的热量,导致穹顶混凝土因产生较大温差而产生裂缝,严重影响了储罐的耐久性和安全性。应用ADINA有限元软件建立了山东某大型LNG储罐钢筋混凝土穹顶精细化的有限元模型,模拟了穹顶混凝土分带浇筑的全部过程,获得了穹顶混凝土温度场分布及其规律,并与实测结果进行了对比分析。结果表明,在穹顶混凝土施工期间,各浇筑带温度变化分为升温、降温和趋于稳定三个阶段,且温度变化趋势相同,降温速率明显小于升温速率,温度峰值在混凝土浇筑约1 d后达到,混凝土浇筑11 d后温度趋于环境温度;第1浇筑带温差变化明显大于其他浇筑带。据此结果提出,在穹顶混凝土施工期间,第1浇筑带为混凝土温控的重点部位,设计时应尽量采用小直径、小间距分布的钢筋,加强构造配筋,提高第1浇筑带混凝土强度等级;施工时第1浇筑带混凝土浇筑时应加强振捣,实时监测混凝土温度变化,并加强混凝土养护等。