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。

LNG储罐内燃料泄漏扩散与爆燃事故特性模拟

为了定量评估液化天然气储罐泄漏意外爆燃事故的危害后果,基于ALOHA软件对天然气储罐发生泄漏时天然气的扩散以及意外点火爆燃事故特性进行了模拟,针对不同泄漏压力时,液化天然气储罐泄漏后气化产生的甲烷扩散引起的易燃区域、爆炸产生的超压和热辐射影响区域进行了计算分析。结果表明,甲烷蒸气云的最大扩散距离、爆炸产生的超压和热辐射影响范围会随着泄漏压力的增加而增大。该研究可为新建储罐区储罐间安全距离的确定、在役储罐区的安全防护以及相应应急预案的制定等提供参考。

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。

内河LNG罐箱运输船泄漏扩散与锚泊安全研究

液化天然气(LNG)罐式集装箱运输船在内河水域的通航安全是业界关注的重要问题。以在锚泊状态下船载LNG罐箱为研究对象,基于计算流体动力学(CFD)模拟方法,构建LNG罐箱泄漏物理模型;以内河702 TEU型集装箱船、T75型罐箱和LNG罐箱积载要求等数据,采用Space Claim构建计算域模型,并建立在LNG连续泄漏状态下的极端不利条件,开展LNG泄漏与扩散的极限距离仿真试验,试验结果表明极限扩散的安全距离约187 m。综合考虑LNG极限扩散距离、锚泊事故风险和锚泊安全状态等条件,建立内河LNG罐箱船锚泊安全区计算模型,并提出半径315 m的锚泊安全区域及锚泊安全建议。研究成果能为水运部门制定相关标准规范和安全监管制度提供技术支撑。

12000m^(3) LNG加注船液货舱初步设计分析

针对中国海油计划建造的12000 m^(3)LNG运输加注船,结合LNG加注船技术特点及国际现有和计划建造的LNG燃料动力海船情况,对液货舱的舱容确定、型式选择、材料选择、设计蒸汽压力确定等方面进行分析,形成12000 m^(3)LNG运输加注船的液货舱基础参数方案,同时分析液货舱罐体尺寸初步选择及优化需要考虑的因素,为后续液货舱进一步设计提供技术基础。

LNG储罐预冷温度变化规律算法研究

为了精确控制LNG储罐在预冷过程中的温降速率,确保预冷过程的安全,减少预冷介质的使用,有必要建立储罐内部预冷模型,预测储罐预冷过程中的温度变化规律。考虑外部空气对流和太阳辐射,对储罐预冷过程中罐顶、罐壁和罐底的漏冷量进行分析,基于能量平衡建立了LNG储罐预冷过程的温度变化迭代计算模型,得到储罐预冷过程中平均温度的变化规律,计算结果与LNG接收站现场数据相对误差在20%以内。考虑储罐内部不同位置处的温度变化规律不同,通过分析储罐内不同位置温度变化的影响因素,结合LNG接收站现场储罐内测温点数据,推导并拟合了储罐内不同位置处温度变化的计算经验关联式。对经验关联式计算结果进行验证,与LNG接收站现场数据相对误差降低至12%以内。本研究对于准确控制LNG储罐预冷过程、节省LNG用量具有一定的指导和借鉴意义。

储液-桩基LNG储罐地震离心模型试验设计方法

LNG储罐作为国家重要的战略能源储备工程,正快速向超高容量、超大直径、半地下化趋势发展,并对抗震安全性要求极高。针对离心模型试验规格尺寸限制,提出一种以储罐自振周期、晃动周期和抗弯刚度为主要控制参数的LNG储罐试验设计方法,并以原型为27万m3的大型储罐开展了相应动力离心试验,验证了设计方法的合理性并分析了其地震响应。结果表明:试验得到的自振周期与规范计算值较为接近,误差为5.6%,验证了该试验设计方法的可靠性;储液晃动频率与荷载幅值变化关系不大,主要与储罐形状、液面高度有关,储液晃动波高与荷载幅值呈现明显正相关;桩基础可以提升LNG储罐的安全性,相同荷载激励下,有桩储罐比无桩储罐晃动波高减小约8.2%。

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。

超临界LNG铁路槽车子母罐优化及模拟实验研究

为了解决超临界LNG铁路槽车子母罐结构难以设计,子罐容积、数量及排布方式难以确定等难题,建立了超临界LNG铁路槽车整体模型及不同截面子母罐结构模型;提出了等截面优化设计方法,解决了不同截面传热量与蒸发率计算难题;建立了单元传热物理模型及实验模型,研究了温度分布特性;应用数值模拟及实验方法,获取了最佳的子母罐结构设计参数。研究表明:利用等截面优化设计法可优化子母罐结构设计,减少对内传热量,降低日蒸发率,提高超临界LNG铁路槽车的运输效益。

LNG储罐低温混凝土配合比及抗压强度试验研究

通过收集整理液化天然气(LNG)储罐混凝土实际配合比信息,并按规范要求进行了不同低温环境下的抗压强度测试,考察LNG储罐混凝土在低温环境下抗压强度的变化规律。结果表明:各储罐项目配合比用料基本一致,粉煤灰与矿粉用量略有差异,粉煤灰选用F类I级时,其混凝土抗压强度在常温及低温下都处于较高水平;矿粉选用S105级时,其混凝土抗压强度在低温下提升幅度最大。LNG储罐混凝土低温抗压强度随温度的降低明显增强,且温度越低,混凝土破坏越突然。在3个低温(-40℃、-120℃和-190℃)环境下,实测混凝土抗压强度分别是常温环境抗压强度的1.41、1.84和1.97倍,均满足规范要求。含水率是混凝土抗压强度低温增强的重要指标,但规范要求的低温环境混凝土抗压强度含水率影响系数与实际抗压强度的提升效果之间,规律并不明显。试验结果可为LNG储罐低温混凝土的配合比设计及安全性评估提供参考。

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。

晃荡条件下LNG船液舱蒸发相变分析

天然气以其绿色清洁的优点,市场需求与日俱增。为了保证液化天然气(LNG)运输船安全运行,分析计算不同工况下的舱室日蒸发率尤为重要。通过Fluent软件研究LNG船液货舱在晃荡状态下的相变蒸发状态,并在LNG舱室蒸发计算中引入了晃荡变量因素。计算结果表明:内壁面过热度与液舱装载率均能大幅影响LNG的蒸发状态,LNG能快速转入稳定蒸发阶段,且蒸发质量流率趋于稳定。研究结果可为相关船舶研发提供参考。

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。

碰撞冲击载荷下船用LNG燃料罐的结构强度评价

针对LNG燃料船舶在碰撞事故发生情况下的LNG燃料罐结构安全问题,应用有限元方法建立有限元分析模型,并参照规范形成碰撞载荷计算及加载、结构强度评价等方法,提出碰撞冲击载荷作用下船用LNG燃料罐结构安全评价的解决方案。以18 m~3船用LNG燃料罐作为研究对象进行仿真计算分析,评估碰撞载荷作用下LNG燃料罐筒体、封头、内外容器间的支撑结构及鞍座等部件的应力水平和总体结构安全状况。结果表明,该船用燃料罐各构件应力均小于规范中的许用值,强度满足要求,符合行业规范,验证有限元分析方法在LNG燃料罐结构强度评价的可行性;内容器是工况条件下最容易失效的结构,其最大应力可达123.63 MPa,与许用值相差13.07 MPa。

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。

LNG低温储罐开发技术研究

低温储罐技术作为天然气(LNG)生产链中的重要环节,对于保持LNG的稳定状态和高效储存具有关键作用。这些储罐需要具备卓越的隔热性能和可靠的安全特性,同时还需要适应多种环境条件并能够应对各种应急情况。基于此,文章讨论了液化LNG低温储罐开发技术优势和问题,深入探讨技术要点,以供参考。