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。

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%。

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。

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。

火灾中大型LNG储罐内爆失效特性及其碎片飞散研究

建立大型LNG储罐的三维模型,采用有限元相容拉格朗日-欧拉(CLE)方法和流固耦合相互作用(FSI)原理,讨论储罐暴露在800℃环境中罐内不同位置发生内爆的破裂失效情况,分析其碎片的飞散特性,得到顶部爆炸的初速是罐中爆炸初速的1.57倍,质量均值相差约52%;根据碎片的飞散轨迹可以得到碎片的飞散落地距离在50 m内,研究结果可为大型LNG储罐的安全防护设计与罐区的安全距离提供一定参考依据。

LNG储罐混凝土外罐施工期间温度裂缝预测及裂缝控制措施研究

大体积混凝土浇筑是LNG储罐基建筑的关键环节,其在养护期间会释放出大量的水泥水化热,并在内外环境的共同作用下形成巨大的拉伸拉应力,并伴随着与之相对应的混凝土的拉伸强度,导致结构的整体性、防水性及耐久性等性能降低。结合某公司液化天然气储存与运输工程的贮罐地基工程,对其建造过程进行系统研究,并对所制订的施工方法进行科学、实用的检验,提出相应的防治对策,以期为我国未来的重大仓储、运输、储存等工程建设过程中的质量监控与管理工作奠定理论与实践基础。

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。

焊接工艺对LNG储罐用高锰钢焊接接头组织和性能的影响

为了推动新型国产低温高锰钢及相应焊材在LNG储罐国产化中的应用,利用扫描电子显微镜、光学显微镜并通过常温拉伸、弯曲、低温冲击以及显微硬度等试验,研究了熔化极气体保护焊(GMAW),埋弧焊(SAW)和焊条电弧焊(SMAW)3种不同的焊接工艺对LNG储罐用低温高锰钢焊接接头组织和性能的影响。结果表明,3种焊接工艺的热影响区组织为奥氏体与少量夹杂物颗粒,熔合线附近晶粒粗大且狭长,焊缝组织为柱状晶。硬度最低值均位于焊缝中心,拉伸试验断裂位置均为焊缝部位。3种焊接工艺焊接接头抗拉强度分别为839.2,863.8,675.2 MPa,拉伸和弯曲性能均能满足要求。-196℃时的焊缝冲击吸收能量值分别为123,100,83.7 J,冲击断口均为韧性断裂。在焊接低温高锰钢时应严格控制热输入,从而保证低温高锰钢的焊接质量。

考虑不确定性的LNG低温储罐可靠性建模与分析

LNG低温储罐是液化天然气(LNG)储存和运输的关键设施,鉴于其失效影响因素众多以及失效状态的多样性和因果关系的模糊性,提出了一套基于不确定性理论技术的LNG储罐可靠性建模与分析方法。首先,利用T-S模糊故障树替代传统事故树建造LNG储罐失效事故模型,以保障建模精度及分析的细粒度;其次,采用专家辅助的机械化分配法来应对T-S模糊门描述规则数量激增时概率分配的挑战,同时引入模糊群体决策理论来解决失效数据稀缺条件下基本事件先验概率估计的问题;最后,通过映射机制将LNG储罐T-S事故树转化为贝叶斯网络(BN),利用BN双向推理和多源信息融合优势,高效求解可靠性指标并快速诊断关键致因。针对某LNG低温储罐的可靠性评估,验证了所提出方法的实用性和有效性,可为LNG储罐系统的设计优化和可靠性维护提供理论支持和决策指导。

大型LNG储罐蒸发率计算及测试方法研究

日蒸发率是评价LNG储罐保冷性能的关键指标,对储罐蒸发率计算及调试技术研究有利于LNG储罐安全稳定运行及维护。通过对LNG全容储罐结构的研究分析,文章分别对罐顶漏热、罐壁漏热和罐底漏热进行计算分析,同时考虑太阳辐射温升对储罐蒸发率的影响,给出储罐蒸发率计算方法,并结合储罐蒸发率测试方法测试实际项目储罐蒸发率,对计算方法进行复核和验证。

20立方米船用LNG储罐的强度分析

LNG(液化天然气)是一种新型的清洁能源,对于船舶行业来说,船用LNG储罐的强度分析是至关重要的。首先对LNG储罐进行了结构设计,设定了相关参数,接着讲述了三维建模、网格划分、设置材料、施加载荷和添加约束等有限元操作方法及其流程,然后分析结构强度,接着对船舶的LNG储罐施加载荷,LNG储罐相关主要部件受力强度符合安全要求,全部在受力范围内,都是许用的。研究发现,储罐沿船舶纵向及横向布置时,其强度要求均满足条件,但储罐沿船舶横向布置时,各部件的最大应力值较船舶LNG储罐的结构设计是保证船舶安全的重要环节。本文为船舶LNG储罐的结构设计和安全运输提供参考。

LNG储罐外罐混凝土冬季施工的工艺研究

随着“双碳”目标的提出,新能源行业加速发展,LNG储罐项目应运而生。储罐外罐普遍涉及大体积混凝土施工,如遇冬季,施工难度大大增加,影响储罐耐久性、稳定性。文章以京津冀某大型储罐项目为研究对象,通过原材料温度控制、搅拌过程参数调整和运输过程保温措施等一系列方法实现正温度状态,直至混凝土达到受冻临界强度。

LNG储罐9Ni钢焊接接头射线检测试验研究与工程应用

9Ni钢具有良好的机械性能、可焊性以及低温韧性,已广泛应用于LNG低温储罐。但由于LNG储罐焊缝余高的存在,9Ni钢材料的焊缝和母材对射线的吸收性不同,常规胶片技术的底片质量往往难以满足标准要求,给射线检测带来很大的困难。文章通过对数字射线技术和常规胶片技术进行成像效果比对与分析,得出了数字射线技术的成像质量优于胶片技术的结论,再通过合理的工艺设置,成功解决了9Ni钢焊接接头检测难题。此外,文章还以某容积为20万m 3的LNG低温储罐为例,对数字射线技术在LNG安装工程项目中的应用情况进行了介绍,应用结果显示,数字射线技术在成像质量和检测工时两个方面具有显著优势,有望得到进一步的推广应用。