LNG储罐结构温度场及温度应力分析

摘要

液化天然气（liquefied Natural Gas，即LNG）作为一种新型的清洁能源，相比起传统能源，具有经济性强、运行稳定、污染小等优势，因而受到了世界各国的广泛关注和大力发展。LNG属于超低温、易燃、易爆物质，一旦发生泄漏，将产生严重的次生灾害，于是对LNG储罐的力学性能研究具有重要的意义。
　　本文以存储量为16万立方米大型LNG全容罐为例，采用有限元软件ANSYS，对其混凝土外罐在正常使用情况和低温液体泄漏情况下进行了温度场和应力场分析，具体的研究内容如下：
　　首先，依据热应力理论知识，对传热基本理论和热应力基本问题进行讨论分析，可得LNG储罐在不同工况条件下温度场和应力场的理论值。
　　其次，建立罐壁有限元分析模型，可得出罐壁在不同工况条件下温度场和应力场的ANSYS数值模拟结果，将其与理论解进行对比分析可以确定数值模拟结果与理论值相吻合。同时通过罐壁温度和热应力分布情况，可以知道热保护角（Thermal Corner Protection，即TCP）对储罐热屏蔽的重要性。
　　接着，采用ANSYS瞬态分析方式对罐壁的有限元模型进行时程分析，可以得到罐壁温度随时间的变化特征。在有TCP保护和无TCP保护不同工况下，采用第三类边界条件对罐壁分别建模分析，可以得到无 TCP保护情况下罐壁温度大概需要一周时间达到稳定，有TCP保护情况下罐壁温度大概需要两周时间达到稳定。
　　最后，通过对LNG储罐外罐三维模型进行有限元分析，得到预应力混凝土外罐在正常使用情况下和有低温液体泄漏情况下罐壁的内力和变形情况，同时可以得出 LNG储罐罐壁的力学性能与温度分布之间的关系，以及超低温对混凝土外罐结构的影响。
　　本文得出了超低温情况下 LNG储罐罐壁的温度场分布，并对其结构内力进行力学计算；还得出 TCP在内罐泄漏情况下对低温液体具有超强屏蔽功能。本研究结果对提高 LNG储罐的设计水平具有重要作用，对评估超低温对储罐结构安全性、制定超低温LNG储罐安全规范具有一定指导意义。

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第1章 绪论

1.1 研究背景和意义

1.3 大型LNG储罐的研究

1.4 本文研究内容

第2章 LNG储罐温度-应力场分析基本理论

2.1传热问题的基本理论

2.2 热应力问题的基本理论

2.3 LNG储罐罐壁温度场和热应力的理论计算

2.4 本章小结

第3章 LNG储罐罐壁温度-应力场有限元分析

3.1有限元方法概述和参数选取

3.2 罐壁温度场有限元分析

3.3罐壁应力场有限元分析

3.4 LNG储罐罐壁瞬时传热特性分析

3.5本章小结

第4章 LNG储罐预应力混凝土外罐的静力分析

4.1 预应力混凝土概述及其模型建立

4.2 正常使用状态下LNG储罐外罐的静力分析

4.3 温度应力作用下LNG储罐外罐的静力分析

4.4本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢