LNG全容型储罐温度—应力场分析
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摘要
鉴于当今世界人口急剧增长,煤和石油等自然资源的过度开采,环保、高效的液化天然气(Liquefied Natural Gas,LNG)日渐成为各国改善环境和维持经济可持续发展的最佳选择。
LNG工业是新兴产业,在我国刚刚起步。目前国内外学者对低温LNG储罐研究还比较少,对储罐混凝土外罐壁的温度场和应力场研究就更少。为了适应LNG工业发展的形势,为我国自主设计LNG全容型储罐提供参考依据,本文主要做了如下工作:
首先,借助于大型通用计算软件ANSYS的APDL语言,建立三维LNG全容型储罐的有限元模型。
其次,计算分析了LNG全容型储罐在正常工作、不同冲注液位、不同环境温度、不同泄露液位下、保温层厚度变化、保温材料破损状态下LNG储罐混凝土外罐的温度场分布规律。
最后,在上述温度场计算的基础上,研究分析了储罐外壁在不同工况下的应力场分布规律。
With the rapid increase of the world population and the over-exploitation of coal, oil and other natural resources, the green and efficient utilization of LNG (Liquefied Natural Gas, LNG) gradually becomes the ideal choice to improve the environment and keep the sustainable development of economic.
The LNG industry is emerging in the world, and it has just started in china. At present there are only a few researches on the LNG tank, not to mention the ones on the analysis of temperature-stress field of the external tank. In order to meet the fast-developing situation of the LNG industry, this paper made the following work to provide a reference for our country own design of full containment LNG tanks:
First of all, the three-dimensional FEM model of the full containment LNG tank by ANSYS, a sort of large-scale finite element analysis software, is established.
Secondly, the temperature’s distributions of the external concrete wall of the LNG tank on normal conditions, under different buffer solution levels, at different temperatures and under different leak levels are analyzed.
Finally, on the base of calculations of the temperature, the external concrete wall’s stress distributions on different conditions are studied.
LNG工业是新兴产业,在我国刚刚起步。目前国内外学者对低温LNG储罐研究还比较少,对储罐混凝土外罐壁的温度场和应力场研究就更少。为了适应LNG工业发展的形势,为我国自主设计LNG全容型储罐提供参考依据,本文主要做了如下工作:
首先,借助于大型通用计算软件ANSYS的APDL语言,建立三维LNG全容型储罐的有限元模型。
其次,计算分析了LNG全容型储罐在正常工作、不同冲注液位、不同环境温度、不同泄露液位下、保温层厚度变化、保温材料破损状态下LNG储罐混凝土外罐的温度场分布规律。
最后,在上述温度场计算的基础上,研究分析了储罐外壁在不同工况下的应力场分布规律。
With the rapid increase of the world population and the over-exploitation of coal, oil and other natural resources, the green and efficient utilization of LNG (Liquefied Natural Gas, LNG) gradually becomes the ideal choice to improve the environment and keep the sustainable development of economic.
The LNG industry is emerging in the world, and it has just started in china. At present there are only a few researches on the LNG tank, not to mention the ones on the analysis of temperature-stress field of the external tank. In order to meet the fast-developing situation of the LNG industry, this paper made the following work to provide a reference for our country own design of full containment LNG tanks:
First of all, the three-dimensional FEM model of the full containment LNG tank by ANSYS, a sort of large-scale finite element analysis software, is established.
Secondly, the temperature’s distributions of the external concrete wall of the LNG tank on normal conditions, under different buffer solution levels, at different temperatures and under different leak levels are analyzed.
Finally, on the base of calculations of the temperature, the external concrete wall’s stress distributions on different conditions are studied.
引文
[1]郭揆常,液化天然气(LNG)应用与安全,北京:中国石化出版社,2007
[2]李志军,液化天然气接受站的工艺系统。中国海上油气(工程),2002,12,14(6):8～9,13
[3]顾安忠,液化天然气技术,机械工业出版社,2004
[4]温德超,郑兆昌等,无锚固储液罐(提离)抗震研究的发展及展望,北京和中国(结构动力学会)、黑龙江省震动工程学会等联合举办的结构强度振动测试理论与用用学术会议的论文集(1993年8月)
[5]液化天然气罐与容器系统,ZL 971999716,0
[6]刘江,液化天然气储罐温度场的数值模拟:[硕士学位论文],华东石油大学,2004
[7] Temperature field analysis of large scale low temperature liquefied natural gas tanks, Scholl of Infornation Science and Technology, Southwest Jiaotong University
[8]张云峰,张彬,岳文彤,内罐泄露条件下LNG混凝土储罐预应力外墙模态分析,大庆石油学院学报,2008,12,32-6
[9]曾攀,有限元分析及应用,清华大学出版社,2004
[10]吕龙水,吕凌云,非金属圆柱形储罐设计与计算,北京:中国石化出版社,2008,12
[11] Hoskins L M and Jacobscn L S.Water pressure in a tank caused by a simulated earthquake. Bulletion of the Seismological Society of American 24(January 1934):1-32
[12] Housner G W. Dynamic pressure on accelerated fluid Containers. Bullet ion of the Scienological Society of America,1(1957):15-35
[13] Edwards H W. A Procedure for the Dynamic Analysis of Thin Walled Cylindrical Liquid Storage Tanks Subjected to Lateral Ground Motion. Ph. D. Disscrtation,University of Michigan, Ann Arbor, Michigan(1969)
[14] Nash W A, etc. Response of liquid storage tanks to seismic motion. W. T. Knitter and G. K. Mikhailov.Eds, Theory of Shells, North-Holland Publishing Company(1980):393-403
[15] Veletsos A S. Seismic effects in flexible liquid storage tanks, Proceedings of5th World Conference on Earthquake Engineering. Rome, Italy,(1974)
[16] Veletsos A S and Yang J Y. Dynamics of Fixed-Rase Liquid Storage Tanks,U. S. Japan Seminar for Earthq. Eng. Rocs, with Emphasis on Lifeline Systems, Tokyo, Japan(November 1976)
[17]郭骅,美国储液罐地震反应的研究概况,地震工程与工程震动,1-3(1982)
[18]中国石化总公司抗震办公室,圆柱形储液罐抗震文集,地震出版社(1986)
[19]中国石化总公司抗震办公室,设备抗震(设备抗震学术会议报告汇编),地震出版社(1987年12月)
[20]中国石油化工总公司抗震办公室编,石油化工设备抗震资料译文集,(一)—(六),地震出版社(1986年5月)
[21]项忠全,李清林,立式储罐抗震,地震出版社(1990年7月)
[22]温德超等,在竖向激励下储液罐模型的提离实验研究,第六届全国实验力学会论文集,北京大学出版社(1989年11月)
[23]温德超等,在激励下储罐提离的非线性耦联震动的实验研究,实验力学,5-4(1990年12月)
[24]温德超,郑兆昌等,空储液罐的特征值问题三维分析,工程力学(1992增刊),北京科学技术出版社(1992年8月)
[25]温德超,储液罐提离的实验研究和多重非线性耦合的三维静、动力分析,大连理工大学博士学位论文(1992年元月)
[26]温德超,郑兆昌,孙焕纯,储液罐抗震研究的发展,力学发展,1995,25-1
[27]项忠全,李清林,立式储罐抗震,地震出版社(1990年7月)
[28]温德超,郑兆昌等,空储液罐的特征值问题三维分析,工程力学(1992增刊),北京科学技术出版社(1992年8月)
[29]周敏,储液容器非线性动力分析,清华大学博士学位论文,(1989年9月)
[30]王永学,任意容器液体晃动问题的数学模拟,大连理工大学学位论文(1989年9月)
[31]项忠全,李清林,立式储罐抗震,地震出版社(1990年7月)
[32]席家福,液化天然气球罐的传热和疲劳研究:[硕士学位论文],兰州,兰州理工大学,2008
[33] Chen Quan, Xing Qi, Zhu Changqian, Temperature Field Analysis of large scale low temperature liquefied natural gas tanks, School of InformationScience and Technology, Southwest Jiaotong University,2008
[34]邸国清,16万m 3 LNG混凝土外罐施工控制要点,石油工程建设(2008年8月)
[35]黄淑女,王作乾,我国第一座16万m 3全容LNG储罐,石油工程建设,4-35,2009
[36]袁中立,闫伦江,LNG低温储罐的设计及建造技术,石油工程建设,5-33,2007
[37] D.W.Hissong,Keys to modeling LNG spills on water, ExxonMobil Upstream Research Company , P.O.Box2189,Houston, TX , USA Available online 20 October 2006
[38]朱昌伟,马国光等,中小型LNG储罐的高真空多层绝热结构及影响因素,石油规划设计,1-19,2008
[39]张朝晖,ANSYS热分析教程与实例解析,中国铁道出版社,2007.2
[40]王国强,实用工程数值模拟技术及其在ANSYS上的实践,西北工业大学出版社,2000.4
[41]祝效华、余志祥,ANSYS高级工程有限元分析范例精选,北京:电子工业出版社,2004
[42]杨世铭,陶文铨,传热学,北京:高等教育出版社,2001.12
[43] C.Conrado,V.Vesovik, The influence of chemical composition on vaporis- tion of LNG and LPG on unconfined water surfaces,Chen. Eng. Sci.55 (2000) 4549-4562
[44] R.Boe,Poll boiling of hydrocarbon mixture on water , Int. J.Heat Mass Transfer 41(1998)1003-1011
[45]高露,梁光川等,液化天然气的泄露与防护,天然气与石油,1-26,2008
[46]龚曙光,谢桂兰,ANSYS操作命令与参数化编程[M],北京:机械工业出版社,2004
[2]李志军,液化天然气接受站的工艺系统。中国海上油气(工程),2002,12,14(6):8～9,13
[3]顾安忠,液化天然气技术,机械工业出版社,2004
[4]温德超,郑兆昌等,无锚固储液罐(提离)抗震研究的发展及展望,北京和中国(结构动力学会)、黑龙江省震动工程学会等联合举办的结构强度振动测试理论与用用学术会议的论文集(1993年8月)
[5]液化天然气罐与容器系统,ZL 971999716,0
[6]刘江,液化天然气储罐温度场的数值模拟:[硕士学位论文],华东石油大学,2004
[7] Temperature field analysis of large scale low temperature liquefied natural gas tanks, Scholl of Infornation Science and Technology, Southwest Jiaotong University
[8]张云峰,张彬,岳文彤,内罐泄露条件下LNG混凝土储罐预应力外墙模态分析,大庆石油学院学报,2008,12,32-6
[9]曾攀,有限元分析及应用,清华大学出版社,2004
[10]吕龙水,吕凌云,非金属圆柱形储罐设计与计算,北京:中国石化出版社,2008,12
[11] Hoskins L M and Jacobscn L S.Water pressure in a tank caused by a simulated earthquake. Bulletion of the Seismological Society of American 24(January 1934):1-32
[12] Housner G W. Dynamic pressure on accelerated fluid Containers. Bullet ion of the Scienological Society of America,1(1957):15-35
[13] Edwards H W. A Procedure for the Dynamic Analysis of Thin Walled Cylindrical Liquid Storage Tanks Subjected to Lateral Ground Motion. Ph. D. Disscrtation,University of Michigan, Ann Arbor, Michigan(1969)
[14] Nash W A, etc. Response of liquid storage tanks to seismic motion. W. T. Knitter and G. K. Mikhailov.Eds, Theory of Shells, North-Holland Publishing Company(1980):393-403
[15] Veletsos A S. Seismic effects in flexible liquid storage tanks, Proceedings of5th World Conference on Earthquake Engineering. Rome, Italy,(1974)
[16] Veletsos A S and Yang J Y. Dynamics of Fixed-Rase Liquid Storage Tanks,U. S. Japan Seminar for Earthq. Eng. Rocs, with Emphasis on Lifeline Systems, Tokyo, Japan(November 1976)
[17]郭骅,美国储液罐地震反应的研究概况,地震工程与工程震动,1-3(1982)
[18]中国石化总公司抗震办公室,圆柱形储液罐抗震文集,地震出版社(1986)
[19]中国石化总公司抗震办公室,设备抗震(设备抗震学术会议报告汇编),地震出版社(1987年12月)
[20]中国石油化工总公司抗震办公室编,石油化工设备抗震资料译文集,(一)—(六),地震出版社(1986年5月)
[21]项忠全,李清林,立式储罐抗震,地震出版社(1990年7月)
[22]温德超等,在竖向激励下储液罐模型的提离实验研究,第六届全国实验力学会论文集,北京大学出版社(1989年11月)
[23]温德超等,在激励下储罐提离的非线性耦联震动的实验研究,实验力学,5-4(1990年12月)
[24]温德超,郑兆昌等,空储液罐的特征值问题三维分析,工程力学(1992增刊),北京科学技术出版社(1992年8月)
[25]温德超,储液罐提离的实验研究和多重非线性耦合的三维静、动力分析,大连理工大学博士学位论文(1992年元月)
[26]温德超,郑兆昌,孙焕纯,储液罐抗震研究的发展,力学发展,1995,25-1
[27]项忠全,李清林,立式储罐抗震,地震出版社(1990年7月)
[28]温德超,郑兆昌等,空储液罐的特征值问题三维分析,工程力学(1992增刊),北京科学技术出版社(1992年8月)
[29]周敏,储液容器非线性动力分析,清华大学博士学位论文,(1989年9月)
[30]王永学,任意容器液体晃动问题的数学模拟,大连理工大学学位论文(1989年9月)
[31]项忠全,李清林,立式储罐抗震,地震出版社(1990年7月)
[32]席家福,液化天然气球罐的传热和疲劳研究:[硕士学位论文],兰州,兰州理工大学,2008
[33] Chen Quan, Xing Qi, Zhu Changqian, Temperature Field Analysis of large scale low temperature liquefied natural gas tanks, School of InformationScience and Technology, Southwest Jiaotong University,2008
[34]邸国清,16万m 3 LNG混凝土外罐施工控制要点,石油工程建设(2008年8月)
[35]黄淑女,王作乾,我国第一座16万m 3全容LNG储罐,石油工程建设,4-35,2009
[36]袁中立,闫伦江,LNG低温储罐的设计及建造技术,石油工程建设,5-33,2007
[37] D.W.Hissong,Keys to modeling LNG spills on water, ExxonMobil Upstream Research Company , P.O.Box2189,Houston, TX , USA Available online 20 October 2006
[38]朱昌伟,马国光等,中小型LNG储罐的高真空多层绝热结构及影响因素,石油规划设计,1-19,2008
[39]张朝晖,ANSYS热分析教程与实例解析,中国铁道出版社,2007.2
[40]王国强,实用工程数值模拟技术及其在ANSYS上的实践,西北工业大学出版社,2000.4
[41]祝效华、余志祥,ANSYS高级工程有限元分析范例精选,北京:电子工业出版社,2004
[42]杨世铭,陶文铨,传热学,北京:高等教育出版社,2001.12
[43] C.Conrado,V.Vesovik, The influence of chemical composition on vaporis- tion of LNG and LPG on unconfined water surfaces,Chen. Eng. Sci.55 (2000) 4549-4562
[44] R.Boe,Poll boiling of hydrocarbon mixture on water , Int. J.Heat Mass Transfer 41(1998)1003-1011
[45]高露,梁光川等,液化天然气的泄露与防护,天然气与石油,1-26,2008
[46]龚曙光,谢桂兰,ANSYS操作命令与参数化编程[M],北京:机械工业出版社,2004