本文選題：LNG儲罐 + 低溫泄露　； 參考：《哈爾濱工業(yè)大學(xué)》2014年碩士論文

【摘要】：隨著近年來對能源需求的急劇增加，液化天然氣（Liquefied Natural Gas，LNG）以其熱值大、性能高、使用安全及方便運輸和儲存等特點，成為能源發(fā)展結(jié)構(gòu)中的重要組成部分。發(fā)展天然氣工業(yè)也成為了解決能源問題及可持續(xù)發(fā)展問題的極佳途徑，從而受到了各國的大力推廣。大型LNG儲罐作以其儲存量大，占地面積小等優(yōu)點，使得其建造數(shù)量大幅增加。然而，國內(nèi)對LNG儲罐的研究尚處于初級階段，一旦因儲罐內(nèi)低溫液體發(fā)生泄露性破壞，，將造成巨大的經(jīng)濟損失甚至人員傷亡。因此，在我國大力發(fā)展建設(shè)LNG儲罐的同時，對其進行內(nèi)罐泄漏下的靜力分析及風(fēng)荷載作用下的響應(yīng)分析，具有實際工程意義。針對上述問題，本文的主要研究內(nèi)容及結(jié)論如下： 以某實際工程160000m3LNG儲罐混凝土外罐為研究對象，在有限元軟件ANSYS中建立了考慮罐壁、穹頂、環(huán)梁、扶壁柱及罐底樁位約束的混凝土外罐精細化模型，對其進行了不同靜力荷載（自重、罐頂壓力、罐內(nèi)氣壓、罐內(nèi)液壓）工況組合下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)對比，并討論了泄漏后液位對響應(yīng)的影響規(guī)律。分析結(jié)果顯示：罐頂壓力對結(jié)構(gòu)的影響很小；罐內(nèi)氣壓的作用不可忽略；液壓作用對結(jié)構(gòu)內(nèi)力及變形起主導(dǎo)作用。 針對LNG儲罐中低溫液體由鋼制內(nèi)罐泄露至混凝土外罐這種情況，本文建立穩(wěn)態(tài)對流換熱邊界條件，利用有限元模擬混凝土外罐的溫度場分布并獲得其溫度場分布規(guī)律。將節(jié)點溫度轉(zhuǎn)化為溫度應(yīng)力并利用低溫下混凝土的本構(gòu)關(guān)系，進行了熱-固耦合分析，結(jié)果表明：低溫液體泄露產(chǎn)生的溫度應(yīng)力使得儲罐外罐發(fā)生整體收縮趨勢；通過溫度應(yīng)力與其他不同靜力作用結(jié)果組合，獲得了考慮低溫泄露時結(jié)構(gòu)的最不利響應(yīng)包絡(luò)圖，并提出了預(yù)應(yīng)力鋼筋布置方案。 對比國內(nèi)、外風(fēng)壓分布的計算方法，采用偏于保守的中國《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》給出的風(fēng)壓分布，對LNG儲罐外罐進行靜力風(fēng)荷載作用下的響應(yīng)分析及順風(fēng)向擬定常假定下的風(fēng)振響應(yīng)分析。對比結(jié)果表明：風(fēng)向與扶壁柱夾角為15°時為最不利風(fēng)向，靜力風(fēng)和脈動風(fēng)荷載作用下的響應(yīng)與靜力荷載下的響應(yīng)相比很小，僅為靜力最不利荷載作用下的5.47%。 通過FLUENT軟件對LNG儲罐外罐周圍的風(fēng)場進行CFD數(shù)值模擬，得到了平均風(fēng)荷載作用下的風(fēng)壓分布，經(jīng)與中國《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》給出的風(fēng)壓分布進行對比，驗證了采用《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》給出旋轉(zhuǎn)殼頂和圓截面構(gòu)筑物的風(fēng)壓分布模擬LNG儲罐外罐風(fēng)壓分布的合理性。最后，模擬平穩(wěn)強風(fēng)的風(fēng)速時程，經(jīng)由CFD瞬態(tài)分析，獲得了非同步脈動風(fēng)壓時程，同時，對平穩(wěn)強風(fēng)作用下的外罐結(jié)構(gòu)風(fēng)振分析結(jié)果進行統(tǒng)計處理，得到了最不利風(fēng)振系數(shù)與平穩(wěn)強風(fēng)下的結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)，并修正了預(yù)應(yīng)力鋼筋的布置方案。
[Abstract]:With the rapid increase of energy demand in recent years, liquefied natural gas (LNG) has become an important part of energy development structure because of its high calorific value, high performance, safe use and convenient transportation and storage. The development of natural gas industry has become an excellent way to solve the problem of energy and sustainable development. The large LNG storage tank has the advantages of large storage capacity and small area. However, the research on LNG storage tank is still in the primary stage, once the leakage damage of the cryogenic liquid in the storage tank occurs, it will cause huge economic losses and even casualties. Therefore, while developing and constructing LNG tanks in China, it is of practical engineering significance to carry out static analysis under internal tank leakage and to analyze the response under wind load at the same time. In view of the above problems, the main contents and conclusions of this paper are as follows: Taking the concrete outer tank of 160000m3LNG storage tank for a practical project as the research object, a fine model of concrete external tank is established in the finite element software ANSYS, which takes into account the constraints of the tank wall, dome, ring beam, buttress column and bottom pile position. The structural responses under different static loads (deadweight, top pressure, air pressure and hydraulic pressure in the tank) were compared, and the effect of liquid level on the response was discussed. The results show that the roof pressure has little effect on the structure, the pressure in the tank can not be ignored, and the hydraulic pressure plays a leading role in the internal force and deformation of the structure. In view of the leakage of low temperature liquid from steel inner tank to concrete external tank in LNG storage tank, the steady state convection heat transfer boundary condition is established in this paper. The temperature field distribution of concrete outer tank is simulated by finite element method and the temperature field distribution law is obtained. Using the constitutive relation of concrete at low temperature to transform the temperature of the joint into the thermal stress, the thermal-solid coupling analysis is carried out. The results show that the temperature stress caused by the leakage of liquid at low temperature causes the whole shrinkage trend of the external tank. Through the combination of temperature stress and other static action results, the most unfavorable response envelope diagram of structure considering low temperature leakage is obtained, and the layout scheme of prestressed steel bar is put forward. Comparing with the calculation method of the external wind pressure distribution in China, the wind pressure distribution, which is more conservative than that given in the Building structure load Code of China, is adopted. The response analysis of LNG storage tank under static wind load and the wind vibration response under the usual assumption of downwind direction are carried out. The results show that the wind direction is the most unfavorable when the angle between wind direction and supporting column is 15 擄, and the response under static wind and pulsating wind is very small compared with the response under static load, which is only 5.47% of that under the most unfavorable static load. The wind field around the outer tank of LNG storage tank is simulated by FLUENT software, and the wind pressure distribution under the average wind load is obtained, which is compared with the wind pressure distribution given by the Code of Building structure load in China. It is proved that the wind pressure distribution of the structure with rotating shell roof and circular section is reasonable to simulate the wind pressure distribution of the outer LNG tank by using the Building structural load Code. Finally, the wind speed time history of stationary strong wind is simulated, and the non-synchronous pulsating wind pressure time history is obtained by CFD transient analysis. At the same time, the results of wind vibration analysis of external tank structure under the action of stationary strong wind are statistically processed. The most unfavorable wind vibration coefficient and the structural dynamic response under steady and strong wind are obtained, and the layout scheme of prestressed steel bar is modified.
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TU375

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本文編號：1970806