大型LNG低温储罐的安全性数值分析

论文摘要

在整个LNG生产链中,LNG接收终端占有重要地位,而LNG储罐是接收站的重要储存设施,它的设计和建造都比较复杂,技术也要求非常严格。其安全性不仅直接影响液化天然气接收站的接收和天然气的外输,而且直接影响接收站的投资和运行的经济性；LNG储罐一旦发生事故后果不堪设想,因此对其安全性的研究是很有必要的。本文以16×104m3LNG全容式储罐为研究对象,采用有限元数值模拟技术对储罐进行分析。本文主要研究内容如下：在水压试验工况下,通过对LNG储罐的有限元分析计算得到该储罐应力强度分布规律,发现储罐最大应力强度值出现在罐壁与罐底连接处的大角焊缝处,并且罐壁的最大环向应力出现在第一圈罐壁与第二圈罐壁连接处。由于罐底采用的是刚性约束,因此罐底的应力强度是非常小的。通过对LNG储罐的有限元分析计算得到该储罐在低温工况下最大变形在罐壁的最上方,储罐最大热应力强度值出现在罐底边缘板的最外侧下表面处,罐壁的最大环向热应力出现在第一圈罐壁的最下方；对危险部位大角焊缝处的应力取路径进行线性化处理,发现此处的热应力值比材料的许用应力大,这是因为此处应力的局部性和自限性所以产生较大的热应力。LNG储罐漏热会导致储罐内出现翻滚现象,引起超压事故,因此本文对储罐进行了绝热性能的核算,结果表明储罐的整体具有良好的保冷性能。通过对储罐绝热结构的分析,了解到罐底与罐壁连接处(角保冷块)的保冷结构非常复杂,所以用ANSYS软件对角保冷块处进行了温度场的有限元分析,从温度场分布图可以看出罐壁及罐底保冷性能是非常可靠的,而角保冷块处的温度梯度比较大,所以此处的保冷设计在满足罐体结构的要求后,必须考虑避免形成热桥而造成较大的漏热量。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 LNG概况
• 1.2 大型LNG储罐概况
• 1.2.1 LNG储罐简介
• 1.2.2 LNG储罐分类
• 1.2.3 LNG储罐建造状况
• 1.3 国内外大型低温储罐研究现状
• 1.4 LNG储罐安全因素分析
• 1.5 本文研究内容
• 1.6 课题来源
• 第二章 大型LNG全容式储罐的结构
• 2.1 LNG全容式储罐的特点
• 2.2 LNG全容式储罐总体构造
• 2.2.1 LNG储罐内罐结构
• 2.2.2 LNG储罐罐底结构
• 2.3 LNG储罐内罐罐壁厚度及罐底厚度的设计
• 2.3.1 罐壁厚度的计算
• 2.3.2 罐底厚度的计算
• 2.4 本章小结
• 第三章 储罐应力分析有限元理论
• 3.1 有限元法
• 3.2 有限元软件ANSYS简介
• 3.3 轴对称问题的有限元分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 大型LNG储罐水压试验工况下的应力分析
• 4.1 大型LNG储罐有限元模型
• 4.1.1 储罐的结构参数
• 4.1.2 有限元模型
• 4.1.3 网格划分
• 4.1.4 边界条件与载荷
• 4.2 有限元分析结果
• 4.2.1 罐壁应力分布
• 4.2.2 罐底应力分布
• 4.3 应力强度判据
• 4.4 储罐安全性评价
• 4.5 本章小结
• 第五章 大型LNG低温储罐低温工况应力分析
• 5.1 储罐热应力分析简介
• 5.2 LNG储罐热应力有限元分析
• 5.2.1 有限元模型及材料参数
• 5.2.2 边界条件与载荷
• 5.3 有限元分析结果
• 5.3.1 罐壁热应力分布
• 5.3.2 罐底边缘板热应力分布
• 5.4 安全性评价
• 5.5 本章小结
• 第六章 大型LNG低温储罐的绝热分析
• 6.1 低温储罐的绝热设计
• 6.2 热分析概述
• 6.3 LNG储罐漏热计算
• 6.3.1 罐壁漏热计算
• 6.3.2 罐底漏热计算
• 6.3.3 罐顶漏热计算
• 6.4 LNG储罐角保冷块温度场的有限元分析
• 6.4.1 储罐角部保冷结构及材料参数
• 6.4.2 角保冷块有限元模型
• 6.4.3 结果分析
• 6.5 本章小结
• 第七章 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A路径应力线性化结果'>附1 水压试验工况下A_A路径应力线性化结果
• 附2 低温工况下应力线性化结果
• A路径'>附2.1 A_A路径
• B路径'>附2.2 B_B路径
• 攻读学位期间发表的论文
• 详细摘要