大型立式低温LNG储罐的结构设计和强度分析

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液化天然气在我国的运用较广泛,大型LNG低温储罐是运输液化天然气的,其拥有用料少、占地小、投资小及便于操作管理等优点。当前我国应用大型立式低温LNG储罐最多的地方是东三省,那里拥有较丰富的天然气资源。由于东三省冬季平均气温接近零下30℃,严寒的气候对储罐运输有非常大的影响。针对这一运输现况进行储罐的设计分析,有利于提高LNG的运输效率。本文参考了诸多国内外有关大型低温LNG储罐的文献,从储罐的结构、设计要求、强度分析、保冷计算与数值模拟分析等方面对设计的储罐进行设计和验证。热应力分析方法分为直接和间接两种,文中采用直接计算对拉带应力角度进行计算,模拟热变形计算简图,结合公式得出最终角度为4.2°的结果。通过有限元ANSYS软件对设计的储罐进行结构应力验证分析,分别在8.6°、4.2°和0°倾斜角的情况下进行拉带位置对强度的影响讨论。得出拉带倾斜角度为4.2°时,产生的拉带薄膜热应力强度为最小,这一结论和理论计算结果相吻合。可验证直接计算可以代替复杂的软件模型分析。采用美国ASME《压力容器规范》进行载荷工况设定,将设计载荷参数应用到工况条件内,进行有限元分析。本文设计的低温储罐在不同工况下进行结构强度分析,并根据行业标准进行校核。结果显示设计储罐在任何工况下,结构承受强度都在安全范围内。大型立式LNG低温储罐需要在极寒的地区进行工作,所以其保冷结构有较高要求。文中从灌顶、罐壁以及罐底三个部分进行分析,得出不同的保冷结构。在对储罐进行温度场模拟时,分析具有不同结构以及保冷材料的储罐结构,建立储罐的模型。根据有限元模拟的效果显示,温度场中结构和常规设计差距较小,所以可以通过常规漏热量对储罐进行保冷参数选择。支腿式和外裙式是常见的两种结构,文中通过边界条件分析两者的优势,结果显示,支腿式结构在运输方面更加稳定,储罐的强度分析上都有较大的优势,在同一容积要求的前提下,各项条件均优于外裙式结构。通过对大型立式低温储罐进行常规结构设计和分析,研究拉带热应力的影响,得出倾斜角度和热应力之间的关系,得到热应力值域最小的角度,提高了储罐的经济型;对储罐的强度分析结果表明,不同的工况下结构强度都应满足安全性条件,设计载荷数应该根据结果进行修订;通过储罐温度场模拟显示,常规漏热量计算就可以对储罐进行保冷参数选择。两种支撑结构分析得出,不同的工况有针对选择支腿结构。综上所述,利用软件分析和常规计算的方式,可以帮助确定储罐的设计参数,降低设计难度,为日后储罐设计提供相应的帮助。
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