大型LNG贮罐优化设计与研究

论文摘要

大型LNG贮罐体积大、质量大、结构复杂、安全性要求高并且投资大,目前国内尚无国家标准和规范。本文主要对大型LNG贮罐内罐选材、设计标准和罐体结构进行设计优化与探讨研究。根据LNG介质低温特性,选用Ni9钢作为内罐材料,对国内外Ni9钢的化学成分、力学性能以及生产能力进行介绍,并分析了Ni9钢的焊接性。根据EN14620、APl620/650以及JIS B8501有关大型贮罐方面的设计规范,对内罐壁厚计算方法、罐底边缘板中幅板以及罐顶设计方法进行探讨计算出1.0×104、5.0×104、1.0×105和1.5×105m3大型LNG贮罐罐壁厚度,并利用Orign软件绘制成曲线,通过对比分析,得到EN14620标准设计出来的壁厚最经济,我国可参照此标准制定适合我国要求的规范。利用VC++将三种计算壁厚方法编制成程序,将其模拟结果与计算结果对比,看出误差很小,验证了编程的正确性。由于预应力混凝土结构是大型LNG贮罐发展趋势之一,对外罐混凝土结构进行了研究。对大型LNG贮罐内罐高度和直径进行了优化,确定当D/H=8/3时比较合理。以1.6×105m3大型LNG贮罐为例,利用ANSYS软件对内罐进行结构应力分析和热应力分析,根据分析结果可知罐底大角焊缝处和不同圈壁板连接部位存在应力集中现象,对各圈壁板连接处这一关键部位,进行了结构与参数优化,得出当锥形段长度L=50mm和锥角a=78.667°时结构应力集中系数最小,这对其它大型低温贮罐也适用。本文对大型LNG贮罐国产化设计与研究具有一定的参考价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 LNG产业发展情况
• 1.2.1 国外发展状况
• 1.2.2 国内发展状况
• 1.2.3 国内大型LNG项目
• 1.3 LNG贮罐研究动态
• 1.3.1 贮罐大型化
• 1.3.2 涡旋翻滚研究
• 1.3.3 绝热研究
• 1.3.4 保冷结构研究
• 1.3.5 我国LNG贮罐研制存在问题
• 1.4 结构优化研究状况
• 1.5 课题研究目的及主要研究内容
• 1.5.1 研究目的
• 1.5.2 研究内容
• 2 内罐优化
• 2.1 罐型确定
• 2.2 内罐尺寸优化
• 2.2.1 最省材料经济尺寸
• 2.2.2 最省费用经济尺寸
• 2.2.3 综合分析确定最优尺寸
• 2.3 本章小结
• 3 大型LNG贮罐结构研究
• 3.1 内罐材料
• 3.1.1 选材及其特性
• 3.1.2 焊接性分析
• 3.2 内罐罐壁设计
• 3.2.1 相关参数确定
• 3.2.2 不同容积贮罐壁板圈数及宽度确定
• 3.2.3 罐壁厚度确定
• 3.2.4 壁厚计算程序设计
• 3.3 内罐罐底设计
• 3.3.1 罐底中幅板设计
• 3.3.2 罐底边缘板设计
• 3.3.3 大角焊缝设计
• 3.3.4 罐底结构形式
• 3.4 内罐罐顶设计
• 3.4.1 罐顶选型
• 3.4.2 罐顶设计方法
• 3.4.3 罐顶接管
• 3.5 混凝土外罐结构设计
• 3.5.1 混凝土材料力学性能
• 3.5.2 外罐承受荷载
• 3.5.3 外罐设计方法
• 3.5.4 外罐抗震减震研究
• 3.6 本章小结
• 4 大型贮罐应力分析和结构优化实例
• 4.1 ANSYS软件简介
• 4.1.1 简介
• 4.1.2 ANSYS高级功能
• 4.1.3 ANSYS软件优越性
• 4.1.4 ANSYS在压力容器中应用
• 4.2 罐体结构
• 4.3 内罐罐体应力分析
• 4.3.1 模型分析
• 4.3.2 单元类型选取
• 4.3.3 材料特性
• 4.3.4 载荷及边界条件
• 4.3.5 结果分析
• 4.4 内罐结构设计优化
• 4.4.1 ANSYS优化设计原理
• 4.4.2 ANSYS优化设计步骤
• 4.4.3 内罐壁各圈间变厚度段参数优化
• 4.5 热应力分析
• 4.5.1 热应力计算方法
• 4.5.2 罐体温度场分布
• 4.5.3 结果分析
• 4.6 本章小结
• 结论及展望
• 总结
• 展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文