大型LNG储罐绝热系统失效模式与沉降变形分析

摘要

LNG储罐绝热系统膨胀珍珠岩随着时间的推移会产生沉降，顶部形成连通的空间，致使导热率骤增，大幅降低保冷效果，会直接影响储罐的安全运行。本文基于理论分析与数值模拟手段，对大型全容式LNG储罐绝热系统保温层的绝热性能和膨胀珍珠岩沉降变形进行计算分析。主要研究内容如下:
　　(1)考虑导热率以及日蒸发率的影响，对储罐侧壁的膨胀珍珠岩层在不同导热率下的漏热情况进行了理论与数值分析。结果表明:数值模拟结果与理论分析结果基本吻合;膨胀珍珠岩正常导热率和2倍导热率时储罐保冷系统满足保冷标准，3倍导热率时不满足保冷标准。
　　(2)基于在役LNG储罐绝热系统膨胀珍珠岩的沉降变形，同时考虑珍珠岩导热率以及日蒸发率的影响，对储罐侧壁膨胀珍珠岩层局部实际沉降的漏热情况进行了理论与数值分析。结果表明:沉降变形对LNG储罐漏热的影响非常大，可导致保冷效果大幅下降。
　　(3)基于理论分析和ANSYS数值模拟手段，对储罐膨胀珍珠岩沉降变形进行了计算分析，结果表明:膨胀珍珠岩的沉降属于塑性变形行为，受其本身密度、泊松比影响较大，弹性模量和摩擦系数也在一定程度上影响其沉降，受黏聚力的影响较小;侧向压应力并不会随着珍珠岩深度的增加而不断增加，在达到一定的深度后，侧向压应力将趋于稳定;底部膨胀珍珠岩可能因塑性变形而破坏，而顶部由于沉降作用会使密度降低。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 概述

1．2 储罐侧壁的结构组成、材料选用及施工工艺

1．2．1 储罐侧壁的结构组成

1．2．2 LNG储罐常用的保冷材料及其性能

1．2．3 珍珠岩施工工艺

1．3 珍珠岩材料性质

1．4 国内外研究现状

1．5 本文主要的工作内容

第2章 LNG储罐绝热系统及珍珠岩沉降基本原理

2．1 传热学基本理论

2．1．1 热量传递的基本方式

2．1．2 导热微分方程

2．1．3 定解条件

2．2 热应力基本理论

2．3 本构模型

2．4 散料压力计算的经典理论

2．4．1 Janssen理论

2．4．2 Airy理论

2．4．3 Reimbert方法

2．5 本章小结

第3章 LNG储罐绝热系统失效模式分析

3．1 工程概况

3．2 LNG储罐传热分析

3．2．1 罐顶漏热量的计算

3．2．2 罐壁漏热量的计算

3．2．3 罐底漏热量的计算

3．2．4 储罐总漏热量及日蒸发率的计算

3．3 罐体稳态温度场数值模拟

3．3．1 有限元软件介绍

3．3．2 有限元模型的建立

3．3．2 FLUENT参数设定及求解

3．4 LNG储罐绝热系统失效分析

3．4．1 储罐底部绝热失效

3．4．2 顶部绝热失效

3．4．3 侧面绝热失效

3．5 珍珠岩沉降时绝热系统分析

3．5．1 不同倍数导热率下储罐漏热量计算

3．5．2 珍珠岩沉降过程的传热分析

3．6 本章小结

第4章 珍珠岩局部沉降分析

4．1 工程概况

4．2 有限元模型的建立

4．2．1 珍珠岩的本构属性

4．2．2 膨胀珍珠岩和壁面的接触模拟

4．2．3 单元选择及参数设置

4．2．4 荷载设置及边界条件

4．2．5 模型的简化过程

4．3 数值模拟计算结果

4．4 理论计算结果与模拟结果对比分析

4．5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士期间发表的论文和取得的科研成果

致谢