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。     

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。     

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     

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。     

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。     

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。     

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。     

基于ANSYS的LNG储罐罐体温度场的数值计算

LNG储罐结构复杂,储罐内部与外界环境存在着巨大温差,罐体温度场的数值模拟结果对于LNG储罐的设计具有参考价值。文章以全容式LNG储罐为例,选取1/12储罐的三维模型作为研究对象,建立了基于ANSYS软件的储罐罐体三维稳态温度场数值计算模型,计算得到罐体、罐底与罐壁连接处和罐顶与罐壁连接处的温度场分布图,并进行了分析。     

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。     

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     

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。     

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.     

基于罐底接触模拟的大型立式原油储罐有限元分析

应用ANSYS有限元分析软件建立了5×104m3原油储罐的有限元分析模型,其中采用接触单元模拟罐底与地基间的相互作用.通过对该储罐进行水压试验工况下的强度分析,发现最大沉降梯度发生在混凝土环墙附近区域,并在底板边缘附近引起了较大的径向和环向的应力,而罐壁最大环向应力出现在罐壁中下部,并且沿轴向的应力变化和液柱静压力已不存在线性关系.     

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。     

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.