LNG螺旋骨架复合耐超低温柔性管道拉伸性能分析研究

LNG螺旋骨架复合耐超低温柔性管道采用了以螺旋骨架支撑,多层复合材料缠绕的非粘接结构形式,这类结构的力学性能分析中涉及到几何大变形、超低温环境、复杂层间接触等难题。传统的柔性管道拉伸理论模型不再适用于这类结构形式。本文针对12英寸(1英寸=0.025 4 m)口径的低温柔性管道开展了常、低温拉伸性能实验研究,建立了低温柔性管道的精细数值模型,并通过实验进行了模型修正。基于所建立的数值模型开展了温度、支撑层参数对管道拉伸性能的敏感性分析。结果表明,低温环境下管道的抗拉伸性能提高了12.69%,支撑层螺距增大50%将导致管道的抗拉伸性能降低52.36%。本文的研究为LNG螺旋骨架复合耐超低温柔性管道的设计和优化提供了一定的参考和指导。

LNG低温柔性管道内衬金属波纹管的概念选型设计

金属波纹管结构在现代工程的多个领域中均具有广泛的应用,作为一种重要的补偿元件,可在压力容器和管道系统中对结构的温度变化、机械位移或振动进行热补偿与位移补偿等。近年来,随着高技术船舶FLNG(Floating Liquefied Natural Gas),即新型海上浮式LNG(液化天然气)生产系统的兴起与发展,金属波纹管结构也广泛地应用于LNG低温柔性管道中。作为低温柔性管道的内衬结构层,金属波纹管直接与低温传输介质接触,可起到承受管道内部压力、密封传输介质等功能。然而在实际工程中,波纹管结构的截面形状多种多样,不同管型的金属波纹管对应的力学性能差异较大,其概念选型设计尚缺乏系统性的研究。本文以最常见的U型、C型、Ω型等三种管型波纹管为研究对象,分别对这三种管型的金属波纹管进行多工况分析与关键性能指标对比,得到不同管型的金属波纹管结构在实际应用中所适用的工程背景,并认为U型波纹管是最适合LNG低温柔性管道内衬层的金属波纹管结构。

结构尺寸对LNG低温柔性管道内衬层力学性能的敏感性分析

为完善波纹结构尺寸参数对管道力学性能影响规律的研究,以某浮式液化天然气用低温复合柔性管道为例,建立U型金属波纹管参数化三维有限元模型。在拉伸、弯曲和扭转载荷作用下,分析管道结构的刚度性能,进一步开展U型金属波纹管关键结构参数(如波高、波距和壁厚等)对管道结构刚度性能的敏感性研究。结果表明:U型金属波纹管的结构参数对管道的力学性能影响显著。计算分析发现的敏感性规律,对U型金属波纹管的结构设计提供理论基础。

低温柔性管道关键结构层的多目标优化设计

低温柔性管道是海上浮式液化天然气装置系统(FLNG)的核心输运装备。针对低温柔性管道多材料、多层复合的结构设计难点,将其按照不同功能解耦成内衬层、抗拉铠装层以及辅助层三个关键结构层。基于神经网络模型(RBF)、Kriging模型以及响应面模型(RSM)三种建模方法建立了上述三个结构层响应分析的代理模型,并通过模型准确度的比较,发现RBF的误差均最小。在优化设计中,基于遗传算法分别对低温柔性管道上述关键结构层进行多目标优化设计。在内衬层结构的优化中,以质量及弯曲刚度最小为优化目标;在抗拉铠装层结构的优化中,以质量最小及拉伸刚度最大为优化目标;在辅助层结构的优化中,以质量、弯曲刚度及传热速率最小为优化目标。研究工作为低温柔性管道的结构提供了关键设计参数及理性的设计方法。

LNG耐超低温柔性管道研究进展综述——工业应用与结构设计分析

LNG (液化天然气)耐超低温柔性管道是开采、运输、存储LNG过程中的关键装备之一,被誉为是LNG外输系统的“血管”.近年来,随着LNG的开发逐渐由近海走向深远海,耐超低温柔性管道作为LNG外输系统中的核心输运装备迎来了更加广阔的发展前景,同时也面临着由更加严苛的海洋环境带来的结构失效的挑战.本文针对LNG耐超低温柔性管道的工程应用背景、结构设计、内流分析等方面进行了调研与综述,总结了LNG耐超低温柔性管道上述各项技术的研究进展.分析了LNG耐超低温柔性管道的波纹管状结构、螺旋缠绕结构和高分子材料的柔顺性结构特征的力学机理,总结了实现柔顺性结构的方法,梳理了LNG耐超低温柔性管道管内流体计算分析的规律,并对LNG耐超低温柔性管道相关技术的未来研究热点提出了展望.我国在LNG耐超低温柔性管道相关技术的研究工作中起步相对较晚,突破LNG耐超低温柔性管道的结构设计分析与工业应用中的关键力学问题,实现LNG耐超低温柔性管道的国产化研制,对于实现我国深远海天然气资源开发的“卡脖子”技术的自主可控,助力“碳达峰”国家战略目标的实现具有重要意义.

LNG耐超低温柔性管道实验测试研究进展

耐超低温柔性管道是开采、运输、存储液化天然气(LNG)过程中的核心装备之一。分析了国内外LNG耐超低温柔性管道实验测试的研究现状。总结了现有行业标准规范要求的LNG耐超低温柔性管道实验测试项目,根据不同的实验类型对测试项目进行了梳理与分类;综述了LNG耐超低温柔性管道实验测试方面的研究进展,并盘点了不同实验类型的目的与意义;展望了LNG耐超低温柔性管道未来发展的主要研究方向。

基于NIAH的螺旋骨架复合柔性低温管道等效力学性能分析

FLNG(floating liquefied natural gas)是一种集LNG(液化天然气)的液化、存储、装卸为一体的新型海上浮式生产系统。螺旋骨架复合柔性低温管道是其中关键的核心配套装备,然而其结构形式复杂,各结构层之间存在着大量的接触、摩擦等非线性问题,使理论建模与数值分析求解较困难;针对螺旋骨架复合柔性低温管道的一维周期性特征,基于渐近均匀化理论新方法(novel implementation of asymptotic homogenization,NIAH),建立螺旋骨架复合柔性低温管道的微单胞模型并施加周期性边界条件,求解得到宏观结构的等效刚度参数。通过与精细有限元模型计算结果对比,发现其等效误差小于3.60%,计算成本缩减约32倍,验证了基于NIAH等效刚度计算的准确性与高效性;针对管道螺旋缠绕结构特征,提出双对称边界条件施加方法,其结果比传统的单对称边界条件减少了78.00%的误差;总结了不同周期性边界条件适用的结构特点,为螺旋骨架复合柔性低温管道的结构设计与分析提供可靠、快速的等效计算方法。