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。     

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。     

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...     

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低温储罐的设计及建造技术

LNG低温储罐是液化石油天然气储运过程中的重要设施,其建造技术复杂,施工要求严格,在我国工程实例较少.文章介绍了LNG低温储罐的技术特点、罐体结构以及设计过程中应遵循的规范,阐述了LNG低温储罐在基础、罐壁、罐顶、保温层施工中的技术要求和检验中应注意的事项,对LNG低温储罐的设计施工提出了建议.     

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。     

大型LNG储罐预冷数值模拟

建立大型LNG储罐预冷模型,采用FLUENT软件对储罐低温气体预冷过程进行数值模拟,研究了储罐冷却过程中物理场的变化规律以及低温气体入口流量。结果表明:(1)大型LNG储罐预冷时,罐内气体温度最先降低,罐底比罐顶、罐壁最先冷却;(2)根据规范中对储罐预冷温降速率的要求调控低温气体的流量,提出五阶段LNG储罐逐步冷却方法,得到了不同阶段低温气体的入口流量。     

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...     

LNG全容式储罐内珍珠岩侧压力计算

针对珍珠岩颗粒之间以及颗粒与内罐壁之间存在摩擦的情况,采用粉体力学的理论计算了液化天然气（LNG）全容式储罐内珍珠岩侧压力,以目前国内LNG接收站常用的16万m^3LNG混凝土全容式储罐为例,推导出了珍珠岩对内罐壁侧压力的计算公式。     

大型储罐内LNG翻滚机理和预防措施

对于连续生产运营的LNG接收站，LNG储罐一般不会完全倒空储存LNG。由于不同产地、不同批次的LNG密度不同，在充装密度、温度都不同的新LNG一段时间后，LNG在储罐内将产生分层，时间较长时容易产生翻滚，从而对LNG储罐的安全造成极大的威胁，也会增加处理翻滚产生的蒸发气的费用。分析了储罐内LNG液体翻滚的机理及其危害，研究了消除LNG分层、预防翻滚的对策。结论指出：利用储罐设计时提供的顶部卸料管和底部卸料管，在储罐投入运营后，当接卸的LNG密度与储罐内的LNG密度不同时，采用合理的卸料方式，不同密度的LNG将自动混合，不会产生明显的分层，进而极大地降低了翻滚发生的概率。     

LNG储罐底部进料管线操作负压工况的模拟分析

基于液化天然气接收站的LNG储罐系统,应用HYSYS Dynamic流程模拟软件,建立LNG储罐底部进料系统的动态模型,研究LNG储罐底部进料管线的操作压力随不同进料流量和流体温度变化的动态响应过程。分析表明:在工艺设计过程中LNG储罐的底部进料管线应考虑负压设计工况,确保管线设计的安全;动态模拟能够清晰地反映工艺系统随扰动变化的动态响应特性,指导工程设计。     

9%Ni钢埋弧自动焊接头力学性能及微观组织分析

介绍了埋弧自动焊在LNG储罐焊接施工中的应用以及与9%Ni钢相匹配的焊接材料的选择,并对LNG低温储罐用9%Ni钢进行了焊接性能分析,制定了合理的焊接工艺。采用埋弧自动焊横焊位置进行焊接试验,对焊接接头进行力学性能分析以及宏观形貌、断口形貌及金相分析。试验结果表明,埋弧焊焊接材料及焊接工艺完全满足LNG低温储罐的焊接施工要求。     

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。     

地上全容式混凝土顶LNG储罐的冷却动态模拟

LNG储罐冷却是LNG接收站投产过程中风险最高、难度最大的环节,为了合理地控制冷却速度、储罐压力,以及选择适当的环境温度以降低BOG的排放量,对地上全容式混凝土顶LNG储罐的冷却过程进行了动态模拟。基于质量、能量守恒原理建立了LNG储罐冷却计算模型,根据甲烷特性参数及大连LNG接收站实际冷却情况确定了冷却计算模型中的相关参数,进而分析了LNG储罐冷却过程中冷却速度、环境温度、储罐压力与LNG需求量、BOG排放量之间的变化规律。结果表明：①随着冷却速度的增大,LNG需求量、BOG排放量逐渐减小,相同储罐温度下,LNG流量逐渐增加,排放BOG流量逐渐减小;②随着环境温度的增大,LNG需求量和流量逐渐增加,BOG排放量和流量也逐渐加;③储罐压力对LNG需求量和BOG排放量影响较小。据此,提出建议：①在LNG接收站对储罐进行冷却时应尽量选择在环境温度较低的冬季,以降低BOG的排放量;②在确保罐内温差正常的情况下,可尽量提高储罐冷却速度至-5 K/h,以便减少BOG的排放量,达到节能减排的目的。     

小型LNG运输船装船过程BOG产生量的计算

采用流程模拟软件稳态模块建立小型LNG运输船装船工艺BOG产生量的计算模型,研究LNG原料储罐操作压力、运输船储罐操作压力等因素对装船工艺BOG产生量的影响趋势。并利用流程模拟软件动态模块建立装船工艺的动态模型,模拟LNG运输船船舱储罐温度、压力、回气量等参数随装船时间的变化。模拟结果分析得出:LNG运输船船舱操作压力与LNG原料储罐操作压力的相对差值是决定是否产生BOG的关键参数;合理选择船舱储罐的操作压力,可同时实现LNG供应方和购买方双方共赢的效果。     

大型LNG储罐内压力及蒸发率的影响因素分析

LNG在储罐内的蒸发对LNG储罐的安全有着非常大的影响。为此,以3×104m3的LNG储罐为例,在分析研究的基础上,基于质量守恒及能量守恒原理,建立了预测LNG储罐内压力及蒸发率的模拟模型,经试验验证该模型的计算结果较为准确可靠。利用该模型分析了密闭LNG储罐内压力及蒸发率的影响因素。结果发现:密闭LNG储罐存在1个"最优直径"和"最优充满率";LNG储罐保温层导热系数越大,LNG储罐内压力上升得越快,LNG安全储存时间就越短;环境温度越高,密闭LNG储罐的压力上升得越快,LNG安全储存时间越短;LNG含氮量、外界大气压对LNG储罐内的压力影响不大;LNG含氮量越高其的蒸发率越低,向LNG储罐内充注氮气可以有效地降低LNG储罐内液体的蒸发率。该项成果将为LNG储罐的设计及运行提供技术支持。