基于CFD的LNG储罐瞬时大风环境数值模拟研究

为分析不同大风风速下储罐迎风侧和背风侧压力分布情况和风场特点,采用k-ε湍流模型,建立液化天然气(LNG)储罐区瞬时大风环境模型。利用计算流体动力学(CFD)软件Fluent对LNG储罐风环境进行模拟,利用软件分析模块生成储罐压力云图和风速矢量图。研究结果表明:LNG储罐在迎风侧承受压力高于背风侧,压力呈现对称分布;储罐前端与两侧易产生气体漩涡,但总体速度曲线较为规律,无混乱复杂的速度曲线。研究结果可为LNG场站抗灾韧性增强、极端大风天气应急疏散路径规划等多方面提供理论参考,对LNG储罐区安全建设具有重要指导意义。

基于流固耦合的LNG储罐外罐地震响应分析

为研究流固耦合对LNG储罐外罐的地震响应问题,采用振动台试验和数值仿真相结合方法对不同地震波下不同液体高度的LNG储罐进行震动分析。试验结果表明:地震会改变罐体加速度和位移的分布情况,不同地震波和不同液体高度对位移和加速度的放大效应有着不同的影响,在El Centro波、Taft波和SHM2波作用下,流体振荡产生的减震作用和流体压力产生的附加惯性作用能够减小储罐中部的位移,但对加速度有所放大。利用时程分析法对5000m^(3)LNG储罐的位移和环向应力进行地震模拟分析,结果表明:储罐的环向应力呈现出中间大两头小的走势,在罐高的1/4h、1/2h和3/4h上出现极值;位移沿罐高度方向先增加后减少,峰值出现在1/4h、1/3h、1/2h和3/4h处。因此在LNG储罐抗震设计时,应考虑流固耦合效应对结构的影响,在1/4h、1/3h、1/2h和3/4h处的薄弱位置,宜采用增加壁厚、设置阻尼器和钢筋加密等措施增强结构的可靠性和安全性。

B型LNG燃料舱支座结构的强度分析

B型LNG燃料舱支座结构的受力机理较为复杂,其强度分析在设计中应给予重视。提出一套针对B型燃料舱支座结构强度分析的标准流程,能综合考虑层压木压力和摩擦力对支座结构强度的影响。给出一种B型燃料舱支座系统的设计方案,以典型的垂向支座和止横摇支座为例,应用子模型技术对其结构强度进行分析。支座结构的强度分析方法和应力分布特性可为实际工程中B型燃料舱支座的设计与分析提供参考。

大型LNG储罐预冷模型构建和预冷参数计算

预冷作业是大型液化天然气(Liquified Natural Gas, LNG)储罐投用前最关键的环节。预冷介质用量、预冷时间以及储罐各部分构件降温速率的控制是大型LNG储罐预冷作业得以顺利进行的重要保证。依托某大型LNG接收站项目,旨在较精确地计算预冷介质用量。选取最复杂的大型LNG储罐为研究主体,综合考虑保冷材料比热容变化、储罐日常蒸发、预冷介质输送管道漏热等因素,搭建有限元模型进行数值模拟计算,并利用上述结果计算预冷模型中的参数。预冷模型计算结果表明:大型LNG储罐预冷工作实施过程中,提高预冷降温速率可减少预冷介质用量和预冷时间,同时降低大型LNG储罐漏热所消耗的预冷介质占比,但需要注意储罐内元件的温差;考虑输送管线和机械结构漏热,预冷介质用量增多,与现场实际数据更吻合,相对误差不超过5%。研究结果对指导大型LNG储罐预冷操作具有参考价值。

B型LNG燃料舱的结构强度耦合分析

为进行B型燃料舱结构强度评估,提出一种舱段耦合分析方法,通过考虑垂向支座层压木的摩擦力作用和其他类型支座层压木的初始间隙,模拟出燃料舱与主船体结构之间的传力机制。应用舱段耦合分析方法,对B型燃料舱的结构强度进行分析,探讨舱体结构的屈服强度特性、屈曲强度特性,以及支座支撑力的分布规律,为B型燃料舱的结构设计与分析提供参考。

LNG动力船燃料罐疲劳强度分析

为全面有效地执行国际海事组织发布的《使用气体或其他低闪点燃料船舶国际安全规则》(IGF规则),采用两参数Weibull分布表示应力范围的长期分布,基于IGF规则中液化天然气(LNG)等液化气体对B型燃料舱疲劳设计条件的相关要求,结合国际船级社协会和中国船级社相关规范及指南对疲劳评估规范的要求,推导出累积损伤计算的简化公式。算例表明,简化的计算方法能方便、有效地计算不同设计使用寿命(对应于总的波浪遭遇次数)和对应概率水平载荷下的液化气体B型燃料舱累积损伤度。在IGF规则要求框架下,所提算法可直接满足IGF规则要求的累积损伤计算要求。

不同起爆条件下双钢壁LNG储罐抗爆性能分析

由于双钢壁储罐具有建造周期短、投资小等优点,在LNG储存中应用越来越广泛,但其易在外罐受到外部冲击时引发内罐的破坏。为了分析储罐在不同外爆载荷条件下的破坏行为,以双钢壁LNG储罐为研究对象,考虑内、外罐及保冷材料之间的载荷传递与相互作用,建立了外罐-保冷材料-内罐多介质的多相耦合有限元模型,并对多影响因素下储罐在外爆载荷作用下的破坏进行了分析,探究其抗爆性能。结果表明:在外爆载荷作用下,内、外罐从迎爆面中心向内凹陷直至发生破坏,最大应力均在迎爆面中心,且越靠近中心应力值越大;内、外罐材料均先达到屈服强度后发生塑性变形,随后达到失效应变值并发生破坏;与外罐相比,内罐发生破坏的时间晚42.9%,变形范围和破坏范围分别小12.3%、6.7%;储罐的抗爆性能随着储存液位的升高和罐体容积的增大而增强,随着起爆位置从罐壁中心向上、下两侧移动而提高,在罐壁中心起爆时储罐的破坏程度最大。该研究成果可为双钢壁LNG储罐的设计和储存液位的控制等方面提供理论参考依据。

牺牲阳极保护在LNG储罐海水试压中的应用

以淡水为试压介质相比,以海水为试压介质虽然具有取水方便、成本较低等优点,但海水是一种腐蚀性很强的天然电解质溶液,对LNG储罐内罐具有较强的腐蚀性,因此常采用牺牲阳极阴极保护法对储罐内罐进行防腐蚀保护。文章对牺牲阳极阴极保护法进行了简单阐述,并给出了牺牲阳极阴极保护法在LNG储罐试压中的设计和应用实例。应用实例证明以海水为实际试压介质并采用牺牲阳极进行保护,可以有效地对罐壁和罐底等部位的X7Ni9进行防腐蚀保护。

半地下坐地式LNG储罐电伴热系统的设计

相较于传统架高式液化天然气(Liquefied Natural Gas, LNG)储罐,坐地式或半地下坐地式LNG储罐因采用低承台结构,本体的一部分会与周围土壤直接接触,且无空气流通空间,储罐内部的低温将通过储罐本体传导至罐外,影响储罐周围土壤温度;当土壤温度≤0℃时,土壤冻胀隆起,导致储罐受力不均。针对这一问题,首先分析了LNG储罐保冷结构,研究了不同保冷材料的导热系数,计算出储罐不同位置处的漏热量,并根据计算结果选择电伴热系统设计方案,最后采用软件建模仿真分析,进一步验证电伴热系统设计的合理性。电伴热系统可消除低温对储罐周围土壤造成的影响,且能保证储罐本体温度的一致性和连续性,有效避免罐内LNG沸腾。研究成果可为半地下坐地式LNG储罐在进行电伴热系统设计时提供借鉴。

基于COMSOL的LNG储罐温度场数值模拟研究

LNG储罐内的温度场分布对储罐的结构和性能有很大的影响。以国内某大型LNG储罐为研究对象,结合LNG储罐结构与材料成分,运用COMSOL多物理场软件建立了LNG储罐的罐顶、罐壁、罐底三个部位温度场模型并对三个部位的温度场模型开展了仿真模拟;在该基础上研究了环境温度对LNG储罐各个部位温度的影响。研究结果表明:罐底的保冷性能最差,罐壁对环境温度最敏感。该研究结果为相关工程实践提供了指导,为LNG储存和运输提供了技术支撑。

7 500 m3 C型独立LNG液舱壁厚计算方法研究

海上浮式装置运输是目前LNG的主要运输方式,其中C型独立液舱是浮式装置上重要的LNG储存设备。若液舱壁厚过小,一旦发生强度失效导致储液泄漏,将造成严重的后果。而LNG独立液舱通常采用价格较贵的9%镍钢材质,壁厚过大将会造成成本增加。因此,C型独立LNG液舱的结构强度和壁厚计算的准确性对于实际工程具有重要的影响。结合7 500 m3C型独立LNG液舱研究,对筒体和封头壁厚计算方法进行简要介绍和分析。

LNG接收站内罐设计与安装技术研究

LNG(液化天然气)作为清洁能源的重要代表,在能源领域的应用逐渐扩大。而LNG接收站内罐作为LNG储存和装卸的关键设施,其设计与安装技术对LNG接收站的安全运营和效益有着重要影响。本文系统研究了LNG接收站内罐的设计原理、要求和关键技术,同时探讨了LNG接收站内罐的安装方法与流程;并通过对现有技术的总结与分析,提出了改进与展望,为LNG接收站内罐的设计与安装提供了参考。

大型LNG储罐焊接质量管理

随着中国清洁能源的全面化发展,国内LNG储罐也是在大规模的建设中,截止目前中国已经有26座大型LNG接收站,储罐的设计施工也由最先的国外承包商全部国产化,标志着中国已经完全掌握了LNG储罐及接收站的设计、施工能力。其中储罐建造过程中的一大难点就是内罐的焊接管理,因储罐投产后一直在超低温状态下运行,且无法进行返修处理,因此焊接的质量极其重要。文中就LNG储罐的焊接管理从多方面、多维度进场总结,供行业参考。

LNG双燃料油船燃料舱结构强度评估方法研究

随着国际社会对绿色低碳要求逐步提高,采用液化天然气(liquefied natural gas,LNG)燃料的海船正成为运输船主流趋势。国际海事组织发布《使用气体或其他低闪点燃料船舶的国际安全规则》(简称“IGF规则”),虽然对使用低闪点燃料的燃料舱围护系统设计给出了载荷和设计条件的原则性要求,但对如何开展LNG燃料舱结构强度评估并同油船、散货船、集装箱船等运输船型的装载工况和评估衡准进行协调,则缺乏明确的指导,故操作性不高。该文结合IGF规则的燃料舱设计载荷要求及共同结构规范相关要求开展研究,提出了一种使用LNG燃料的油船燃料舱区域的船体结构强度直接计算方法,包括模型范围、载荷工况和强度评估衡准等,并以某油船为例,进行了燃料舱区域有限元直接计算的实船验证。结果表明该方法合理可行,并可为同类船舶的LNG燃料舱结构强度评估提供指导。

Smoothed-Particle Hydrodynamics Simulation of Ship Motion and Tank Sloshing under the Effect of Regular Waves

Predicting the response of liquefied natural gas(LNG)contained in vessels subjected to external waves is extremely important to ensure the safety of the transportation process.In this study,the coupled behavior due to ship motion and liquid tank sloshing has been simulated by the Smoothed-Particle Hydrodynamics(SPH)method.Firstly,the sloshing flow in a rectangular tank was simulated and the related loads were analyzed to verify and validate the accuracy of the present SPH solver.Then,a three-dimensional simplified LNG carrier model,including two prismatic liquid tanks and a wave tank,was introduced.Different conditions were examined corresponding to different wave lengths,wave heights,wave heading angles,and tank loading rates.Finally,the effects of liquid tank loading rate on LNG ship motions and sloshing loading were analyzed,thereby showing that the SPH method can effectively provide useful indications for the design of liquid cargo ships.

LNG动力船燃料罐冷却过程模拟及工程应用

为预测燃料罐内壁面和气体温度变化,基于某3600车液化天然气(Liquefied Natural Gas,LNG)动力汽车运输船(Pure Car Truck Carrier,PCTC)首制船燃料罐,采用ASPENHYSYS软件建立压力式燃料罐冷却动态模型,对LNG冷却和液氮冷却两种方案的工艺流程进行对比分析,得到两种工艺下燃料罐温度和舱内LNG气体含量变化规律以及冷却降温时间/介质的耗量情况。结果表明:两种方案总费用接近,但LNG冷却方案的操作时间较短,综合成本更低。研究成果可为LNG动力船燃料加注过程模拟提供一定参考。

大型LNG全容罐不同焊接方法的经济性分析

在“碳中和”背景下,LNG储罐作为低温LNG清洁能源的重要储存装备,近年来逐步向大型化和高效化发展,同时低温储罐建造周期进一步压缩给工程建设质量和成本带来了更多的挑战。焊接作为低温储罐施工中的重要作业环节,直接关系到LNG储罐建造过程的经济性。焊接方法的不同,将直接影响焊接人工成本、焊接材料采购费用和焊接设备费用,进而影响项目建造成本。以27万立方米9%Ni钢LNG全容罐为例,选取钢穹顶、承压环、内罐的三个典型部位,对比分析不同焊接方法的经济性,结果表明熔化极药芯焊丝气体保护焊、氩弧机动焊和埋弧焊的应用,降低了建造成本,提高了经济性。

基于交叉码头的LNG罐式集装箱多式联运路径优化

为了更好地指导LNG(liquefied natural gas)罐式集装箱多式联运路径决策与成本优化,以运输成本最小为目标函数,构建了基于交叉码头的LNG罐式集装箱多式联运路径优化数学模型,研究了LNG接收站-交叉码头-客户的三级多式联运网络。运用两阶段法,第一阶段求解基于交叉码头的整体运输路线规划问题;第二阶段以第一阶段为基础,解决了多式联运运输方式优化的问题。通过GAMS编程语言,采用CEPLEX和DICOPT求解器对模型进行算例求解后发现,与传统点对点直达的运输模式相比,采用交叉码头和多式联运相结合的方式,可以大幅度减少运输成本。同时,对交叉码头的容量和折扣系数进行敏感性分析发现,折扣系数和容量的变化会对运输方式、运输路线的选择以及整体的运输成本产生直接的影响。算例验证了本文提出的运输模型的有效性和可行性。采用本文提出的运输模型,将会很大程度上节约运输成本,可以为LNG供应企业提供参考。

双燃料集装箱船B型LNG燃料舱疲劳强度研究

基于DNV-GL规范要求,对某大型双燃料集装箱船B型LNG燃料舱结构进行疲劳强度研究。根据规范给出燃料舱及其支撑结构的疲劳分析流程以及疲劳热点筛选方法,分析不同关键节点的疲劳强度,并提供改善疲劳问题的优化设计方案。为配置B型LNG燃料舱的相关船型的设计开发提供参考。

大型LNG储罐三种高效自动化焊接工艺对比研究

我国建造储存绿色能源LNG用储罐单台已达27万m^(3),针对传统的SMAW焊接效率低、含有锰蒸汽和CO_(2)的烟尘等问题,采用热丝TIG,FCAW及MIG三种自动焊方法,进行了大量的试验研究,从而使LNG储罐的施焊环境大大改善,焊接效率及质量均大幅提升。结果表明,自动焊焊缝表面成形均远好于SMAW;焊接效率为MIG最高;焊接接头低温冲击韧性为热丝TIG最优。目前三种自动焊对现场组装精度要求均高于SMAW,热丝TIG对组装精度要求最高,因此尚需进一步提升自动化水平,以便在工程中大量推广应用。