16×104m3全容式LNG储罐金属内罐设计及分析研究

摘要

目前LNG低温储罐结构大多采用安全性高的全容式结构。国内在全容式LNG低温储罐方面缺乏相关的设计经验。金属内罐是该类储罐中安全性能要求最高的部分，研究影响其整体及局部区域的结构强度和保冷性能的因素对提高储罐的安全性和经济性有很重要的意义。 采用国内标准GB/T26978和国外标准BS EN-14620对内罐进行设计计算，确定了内罐各层壁板和底板的厚度、罐底边缘板的外伸长度、保冷材料的类型以及尺寸等参数，这些参数是后期分析设计中建立几何模型的基础数据。 通过有限元ANSYS软件数值模拟得到了储罐整体结构的应力分布，储罐结构满足强度要求。大角焊缝区域的应力分布较复杂，造成该区域应力分布复杂的因素主要有边缘板厚度、边缘板外伸长度、内坡口尺寸以及焊脚长度。改变这些因素的尺寸，共建立了23种不同的参数模型，研究了每个模型上三条分析路径的薄膜应力和最大等效应力，绘制了这些因素对大角焊缝区域应力大小的影响曲线，给出了该区域兼顾安全性及经济性的尺寸。 全容式LNG储罐的保冷结构特殊，罐顶、罐壁及罐底的保冷结构都不相同，在储罐温度场的模拟过程中，根据不同的保冷材料及结构建立了储罐模型。有限元温度场的模拟结果与常规设计所得的结果差异很小，因此常规漏热量的计算已经能够满足工程建设需求。 通过对16万方全容式LNG低温储罐进行分析设计和常规设计;对应力复杂的大角焊缝区域进行参数化模型的研究，得到了该区域的最佳尺寸，提高了储罐的经济性和安全性。对储罐进行温度场模拟的结果表明:常规漏热量的计算方法可以代替复杂的温度场模拟。采用这种分析设计和常规设计相结合的方法，对储罐局部区域参数化模型的研究以及温度场的模拟计算可为今后该类储罐的设计提供一定的借鉴。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究目的及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 LNG储罐工程建设发展现状

1．2．2 LNG储罐设计规范发展现状

1．2．3 LNG储罐应力分析研究现状

1．3 研究内容

第二章 全容式LNG储罐结构型式与材料分析

2．1 全容式LNG储罐与原油常温储罐之间的差异

2．2 全容式LNG储罐的结构型式与保冷系统

2．3 全容式LNG储罐金属内罐材料的性能研究

第三章 全容式LNG储罐结构尺寸设计与应力分析

3．1 金属内罐各层壁板厚度的设计计算

3．2 金属内罐底板与边缘板尺寸的设计

3．3 金属内罐焊接形式及尺寸的设计

3．4 金属内罐整体结构的强度应力分析

第四章 全容式LNG内罐保冷计算与数值模拟分析

4．1 LNG储罐金属内罐总体漏热量的设计计算

4．1．1 金属内罐顶部保冷结构及漏热量

4．1．2 金属内罐底部保冷结构及漏热量

4．1．3 金属内罐罐壁保冷结构及漏热量

4．2 金属内罐的总漏热量和日蒸发量

4．3 金属内罐保冷性能数值模拟分析

4．3．1 罐壁保冷性能数值模拟分析

4．3．2 罐底保冷性能数值模拟分析

4．3．3 罐顶保冷性能数值模拟分析

第五章 结构尺寸对大角焊缝区域应力影响的研究

5．1 大角焊缝区域有限元应力分析

5．1．1 设计参数及罐底结构

5．1．2 LNG储罐的有限元模型

5．1．3 LNG储罐的载荷模型

5．1．4 有限元分析结果

5．2 各结构尺寸对大角焊缝应力的影响

5．2．1 分析路径及网格划分

5．2．2 罐底边缘板厚度的影响

5．2．3 边缘板外伸长度的影响

5．2．4 坡口尺寸的影响

5．2．5 焊脚长度的影响

5．3 结论

第六章 金属内罐的抗震计算

6．1 罐内储液有效质量的计算

6．2 水平地震力重心高度的计算

6．3 固有周期的计算

6．4 倾覆力矩的确定

6．5 抗倾覆力矩的设计计算

6．7 地震载荷的校核

第七章 结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文