基于ANSYS的LNG储罐罐体温度场的数值计算.pdf

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1、石油工程建设研究探讨l李兆慈，郭保玲，赵多中国石油大学(北京)油气管道输送安全国家工程实验室／城市油气输配技术北京市重点实验室，北京102200LNG储罐结构复杂，储罐内部与外界环境存在着巨大温差，罐体温度场的数值模拟结果对于LNG储罐的设计具有参考价值。文章以全容式LNG储罐为例，选取1门2储罐的三维模型作为研究对象，建立了基于ANSYS软件的储罐罐体三维稳态温度场数值计算模型，计算得到罐体、罐底与罐壁连接处和罐顶与罐壁连接处的温度场分布图，并进行了分析。7LL一_．液化天然气；全容式储罐；温度场；三维有限元计算模型

2、、!G。rCLiZhaoci，GuoBaoling，ZhaoDuoNationalEngineeringLaboratoryforPipelineSafety／BeijingKeyLaboratoryofUrbanOilandGasDistributionTechnology，ChinaUniversityofPetroleum(Beijing)，Beijing102200，ChinaThestructureofLNGtankiscomplex，andthetemperaturedifferencebetweenins

3、ideLNGtankandenvironmentishuge．Inthispaper，thefullcontainmentLNGtankisselectedasanexample，andthesteadytemperaturedistributioncalculationmodelof1／12tankisbuiltbasedonANSYS．Thethree—dimensionaltemperaturefieldiscalculated．Thetemperaturedistributionfiguresoftankbot

4、tom，connectionpositionofbottomandwallaswellasconnectionpositionoftopandwallarepresentedandanalyzed．j＼，、／0s：LNG；fullcontainmenttank；temperaturefield；3DFEAmodel拟和实验手段对LNG等低温储罐的内部压力变化、温度场和泄漏原因进行了研究，国内学者对LNG储罐的LNG作为清洁型能源，已成为全球增长最迅猛的能传热过程进行了简单的分析和研究”I，但缺乏对大型源产业之一⋯。中国

5、石油、中国海洋石油和中国石化相LNG储罐温度场和应力场的深入研究，特别是对LNG继在我国沿海规划建设了10余座LNG接收站。全容式储罐及其结构复杂部位的三维建模及数值模拟。本文对LNG储罐是国内LNG接收站普遍使用的储罐类型。大型LNG储罐的温度场分布和热应力情况进行了研究，LNG储罐是接收站的核心设备，其设计建造是整个LNG可为LNG储罐的结构设计和优化提供技术支持。接收站工程建设的关键环节，技术要求高，建造时间一全容式LNG储罐结般在30个月以上。LNG储罐在正常情况下是常压储存，储存温度为以我国某LNG接收站16

6、万m。储罐为研究对象，一162DC，与外界最大温差可达200oC，储罐热围护系统全容式LNG低温储罐呈内、外两层罐体结构，其结构如及罐体结构的温度分布非常复杂。国外学者采用数值模图1所示。第4O卷第5期O9●l_研究探讨石油工程建设／顶—＼羹内罐壁膨胀珍珠岩吊顶囊枣*曩弹忤毡膨胀珍珠岩擗壁*萋混凝土外壁囊*角保}户区麓内罐底泡沫玻璃砖混凝土找平层。：．：．：；*计算时空气的对流换热系数取20．0W／(m·K)，环∞**髓境温度为293K，罐顶内壁与吊顶空间的BOG(boiloffgas，蒸发气)温度为273K，储罐处于

7、热稳态时，不同深度下的LNG温度等于该处静压力下LNG的饱和温度，整个储罐固定在直径86．6m、厚0．9m的钢筋混凝得到储罐三维温度场分布云，如图4～图6所示。土基础承台上，承台由360根直径1．2m、深度不等的钢筋混凝土灌注桩支撑。外罐外径83．6m，混凝土罐壁壁厚800mm，内径82m，高38．55m；外罐壁内侧为膨胀珍珠岩，厚度为700mm，紧贴内罐壁的是弹性毡，厚度为300mm；外罐壁上有金属拱顶，其厚度为300mm，金属拱顶上部分层浇注混凝土，浇注厚度为400mm。内罐罐壁材质为9％Ni钢，内径80m，罐壁由

8、10圈钢板构成，底圈壁厚24．9mm，从下至上逐圈减薄，顶圈壁厚为12mm。通过对全容式LNG储罐各部位传热过程的分析”，基于ANSYS软件建立了简化的三维有限元模型。由于储罐为轴对称结构且尺寸非常大，为方便计算，三维模型取全罐的1门2。利用前处理软件Preprocessor对三维模型加载材料属性(见图2)，罐底与罐壁连接处网格划