全容式LNG储罐内罐泄漏源模型

基于实际工程设计工作的需要,研究了全容式LNG储罐内罐泄漏动态过程的特点,建立了描述内罐泄漏动态过程的泄漏源模型,推导了基于泄漏孔位置的泄漏液体液位高度与泄漏持续时间关系的方程。以某16×104m3的LNG储罐为例,进行了不同泄漏工况的计算与分析,结果表明:全容式LNG储罐内罐泄漏最不利的情况是内罐底部出现破裂,此时,液体泄漏到环形空间的时间最短。     

大型LNG储罐静态日蒸发率的计算方法

大型LNG储罐通常在微正压低温条件运行,无论静态还是动态工况运行,环境热量漏入均会导致LNG闪蒸气化,造成气损,增加生产成本,并有可能造成LNG分层而发生翻滚,使罐内压力上升带来安全威胁。根据大型LNG储罐的结构特征,给出了较为简便的日蒸发率计算方法;提出了光照对储罐漏热量的影响,并给出不同条件下储罐表面温度的简便计算公式。将该计算方法应用于某16×104 m3的LNG储罐日蒸发率计算,其计算结果达到大型LNG储罐蒸发率的通用要求;运用液位差间接法对储罐实际蒸发量进行了计算,其结果与上述简便公式计算值较为一致。该简便计算方法可为LNG储罐保冷设计、施工及生产过程中的绝热性能衡量提供较为准确的分析方法和依据。     

大型LNG储罐罐壁隔热层保冷性能及其优化

为了提高大型LNG储罐罐壁隔热层的保冷性能,对其隔热层厚度进行优化。采用理论分析与数值计算相结合的方法,在不同隔热层厚度下,从储罐的保冷损失、蒸发率、外罐壁受力及变形情况3个方面来评价隔热层保冷性能,并对隔热层的厚度进行优选。结果表明:太阳辐射对储罐温度场影响较大,在进行LNG储罐保冷分析及相关设计时不可忽略;LNG储罐罐壁隔热层(主要指膨胀珍珠岩)厚度与保冷损失率呈反比,当膨胀珍珠岩达到一定厚度后,随厚度增加,保冷损失减小缓慢;随着隔热层厚度的变化,外罐壁的受力和变形较大,因此应该关注不同隔热层厚度对罐壁结构的影响。     

大型LNG储罐角部绝热结构的温度场

角部绝热结构的设计是大型LNG储罐绝热结构设计的关键。将大型LNG储罐角部绝热结构视为二维平面问题,利用ANSYS软件分析其温度场和热流密度的分布规律。结果表明:热量主要通过混凝土环梁以及罐底与罐壁的交汇处传入罐内,因此,保证角部保冷绝热结构的连续性非常重要。同时,设计角保冷块(TCP￡用以减少沿二次罐底的漏热量,为了增加热阻,通常使其长度在5 m左右。根据预冷中储罐角部降温过程的瞬时热分析结果,储罐的降温过程十分缓慢,在预冷初期,罐壁降温较慢且温度梯度小,罐底降温较快且温度梯度大,因此采用低温气体使罐底充分预冷有利于对储罐整体冷却的控制。     

爆炸荷载作用下LNG全容罐安全性优化设计

为了确保LNG储罐运行期间的安全性,对爆炸荷载作用下LNG全容罐结构安全性优化进行研究。建立了考虑储罐内液体晃动的储罐爆炸分析有限元模型,采用冲击和对流弹簧-质点模型模拟LNG的晃动形态;对储罐进行时程分析,确定储罐结构的动态响应;采用M-N曲线对储罐安全性进行分析,并对不满足安全性要求的情况提出解决方案,对LNG全容罐抗爆能力进行优化设计。研究结果表明:在爆炸荷载作用下,LNG全容罐结构响应呈周期性衰减趋势,爆炸主要影响区域位于储罐穹顶与外墙连接处,且对环向安全性的影响大于径向;降低爆炸荷载峰值压力和增加构件配筋,均能有效提高LNG全容罐的安全性。(图12,表2,参20)     

LNG储罐优化数学模型及其应用

在LNG系统中,LNG储罐设施所占的投资比例较大,为节省投资,基于压力和蒸发率的关系对LNG储罐进行优化。相对于LNG单容罐,全容罐在经济和安全方面的优势更明显。介绍了LNG全容罐保温系统的组成和优化原理,提出通过调整保温层厚度代替储罐的增压系统进行罐内压力调节并达到高压储存的目的,在储罐安全的条件下,利用BOG压缩机对蒸发气进行再冷凝,实现LNG的循环利用。基于此,建立了LNG储罐优化数学模型,并利用VC＋＋语言编写计算程序对其求解,算例分析结果表明：该模型可行且适用于LNG系统的优化。     

非卸船工况下LNG接收站BOG产生量的计算

在LNG接收站运行过程中,准确计算BOG产生量是保证安全生产的重要工作之一。基于BOG产生量常用的计算方法,总结了非卸船工况下BOG产生量的关键因素,主要包括储罐吸热、保冷管道吸热、泵运行产热,同时增加了再冷凝器冷凝BOG随保冷循环LNG重新回流到储罐这一不可忽略的因素,并分析了罐压变化对BOG产生量的影响。通过对罐压不变、罐压逐渐上升、罐压逐渐下降3种工况下的BOG产生量与处理量进行计算,结果表明:在3种不同工况下,利用储罐吸热量、保冷管道吸热量、泵热量回流量、再冷凝器冷凝BOG回流储罐流量计算BOG产生量具有较高的准确性和可行性;BOG产生量与处理量计算结果的偏差均小于5%,但若忽略冷凝BOG回流储罐、罐压变化的影响,则二者偏差可分别达到50%、23%。在LNG接收站生产运行中,建议重视罐压变化对BOG产生量的影响,并对再冷凝器冷凝BOG回流储罐的流量加以控制。(图1,表15,参32)     

10×10~4 m~3浮顶罐罐壁附近原油温度分布数值模拟

我国石油储备多采用10×104 m3浮顶罐,为了保证浮顶自由升降,必须掌握罐壁附近原油温度分布。为此,建立了双盘式浮顶罐在加热过程中的二维模型,应用计算流体力学软件Fluent,模拟18种工况下罐内原油流场及罐壁附近原油温度分布,分析储油高度和加热蒸汽量的影响,结果表明:原油在罐内的运动由尺度不同的涡旋组成,罐壁附近存在0.2 m厚度的热边界层。该研究深化了业内对储罐加热过程中传热传质的研究,对大型储罐安全经济运行具有重要的指导意义。     

钢制焊接油罐设计规范中罐壁厚度的计算

介绍了储罐标准规范GB 50341、JIS B 8501、BSEN14015及API 650的罐壁厚度计算公式;比较分析了4个标准规范在罐壁厚度计算公式、罐壁钢板许用应力、罐壁焊接接头系数方面的差异.通过比较分析发现,除了许用应力、焊接接头系数不同外,罐壁计算厚度的设计液位高度也不一样,对设计液位高度的不同理解是引起罐壁厚度差异的主要原因.分析结果表明：采用GB 50341与采用其他储罐标准规范中罐壁厚度计算公式确定的罐壁厚度是一致的.为使罐壁计算厚度与国际标准规范相同,给出了许用应力的确定原则,同时重新定义了设计液位高度.通过实例证明,许用应力的确定原则是合理可靠的.     

储罐温度分布对计量精度的影响北大核心

针对储罐温度分布影响计量精度而导致计量误差的问题,基于对罐内油品与外界环境传热过程的分析,建立了考虑环境温度、油品物性、罐内油品自然对流及太阳辐射等因素影响的储罐温降模型。以某储备库1#浮顶罐为例,采用Fluent软件对储罐温降模型进行模拟,并将计算温度与实测温度进行对比。进而总结得出油孔纵向平均油温与罐内总体平均油温温差变化的规律:在相同外界条件下,液位越低,温降速率越大;液位越高,存储时间越长,量油孔处的平均油温偏离总体平均油温越大。通过不同工况下的实例计算,量化分析了上述误差的大概范围和变化趋势,对油库的计量盘点具有一定的参考价值。     

防护堤对LNG扩散的抑制作用

除有效容积外,设置高度也是LNG储罐区防护堤设计的关键参数。采用数值模拟技术,对半地下LNG罐池,在不同防护堤高度作用下的LNG液池扩展和LNG低温蒸气扩散行为进行数值模拟,对比分析防护堤高度和罐池底面积对LNG低温蒸气扩散速度、可燃气云隔离距离和云团尺寸的影响。结果表明:增加防护堤高度可以有效减小LNG泄漏后产生的可燃气云体积、尺寸及最大扩散距离,但同时延长了可燃气云的滞留时间,增加燃爆和窒息发生的危险。对于同一种罐池,在液池充分扩展前,可燃气云最大扩散距离与罐池底面积成正比。对于LNG储罐区,可通过提升罐池的防护堤高度减小LNG扩散的安全距离。     

储罐温度分布对计量精度的影响

针对储罐温度分布影响计量精度而导致计量误差的问题,基于对罐内油品与外界环境传热过程的分析,建立了考虑环境温度、油品物性、罐内油品自然对流及太阳辐射等因素影响的储罐温降模型。以某储备库1#浮顶罐为例,采用Fluent软件对储罐温降模型进行模拟,并将计算温度与实测温度进行对比。进而总结得出油孔纵向平均油温与罐内总体平均油温温差变化的规律:在相同外界条件下,液位越低,温降速率越大;液位越高,存储时间越长,量油孔处的平均油温偏离总体平均油温越大。通过不同工况下的实例计算,量化分析了上述误差的大概范围和变化趋势,对油库的计量盘点具有一定的参考价值。     

谐波沉降作用下大型原油储罐变形响应分析

地基沉降往往导致储罐罐壁产生较大变形,严重影响储罐的安全运行。为探究原油储罐在地基谐波沉降作用下的变形响应状态,采用有限元分析软件ABAQUS建立了谐波沉降作用下大型原油储罐的数值仿真模型。模型综合考虑了地基的影响,能够较准确模拟储罐的真实服役状态。基于所建数值仿真模型,定量研究了储罐罐壁径厚比、高径比、谐波数、谐波幅值及液位对储罐罐壁径向变形量的影响规律。结果表明:罐壁径厚比及液位对储罐罐壁顶端的径向变形量的影响较小,从工程应用角度可忽略其影响;储罐罐壁顶端径向变形量随着罐壁高径比及谐波幅值的增加近似呈线性增大;罐壁径向变形量随着谐波数的增加先增大后减小。(图14,表4,参22)     

原油储罐的节能措施

针对原油储罐实际运行过程中耗能严重和成本较高的问题,将原油储罐温度场模型简化后进行数值模拟,求出了二维非稳态导热情况下的温度场分布,进而对罐壁保温层、罐顶保温层及油品装船过程进行了能耗分析。以实现节能降耗为目标,论证了储罐双浮顶加保温层的可行性,得到了罐壁最优保温层厚度、最优浮顶保温层位置以及最优装船温度等结果。     

设计压力对储罐结构设计的影响

GB 50341-2014《立式圆筒形钢制焊接油罐设计规范》对储罐的设计压力范围进行扩展,并提出相关的技术要求。对压力引起的储罐强度破坏进行理论分析,从正压和负压两方面分别阐述设计压力的取值对罐顶与罐壁连接处有效截面积、罐壁板计算厚度、罐壁加强圈及罐顶结构类型的影响。结果表明:该规范中罐顶与罐壁弱连接有效截面积计算公式仅适合Q235钢板材质;在微内压工况下,抗压环截面积取值要求与弱顶结构的取值要求相冲突,两者无法同时满足;在负压工况下,加强圈的数量根据许用临界压力和最大允许不加强罐壁当量高度确定,研究结果可为储罐结构设计提供借鉴和参考。     

大型原油储罐的静力数值分析

建立了大型储罐的有限元模型,其静力问题采用空间有限元分析,地基用弹簧单元模拟,罐壁用壳单元模拟,液体用三维流体单元模拟.分析了储罐液位高度和地基模量对储罐应力的影响.分析结果表明,储罐液位越高,其根部和底板边缘区域内的环向应力、径向应力及轴向应力越大;地基模量对储罐外壁轴向应力和环向应力的影响主要集中在第一圈板的下部.对于15×104m3原油储罐,正锥和倒锥底板储罐的应力和变形相似.     

大型LNG储罐翻滚的影响因素

研究LNG的翻滚机理,根据LNG的储存状态对LNG在储罐中的翻滚做出准确判断对LNG翻滚的预防有着重要意义。建立了LNG储罐的翻滚模型,并利用FluentTM软件,通过模拟储罐的翻滚过程研究了储罐的初始密度差、分层高度、储罐罐容对LNG翻滚的影响。结果表明:储罐中LNG分层间的初始密度差越大,罐容越大,储罐发生翻滚的时间越早,储罐翻滚越剧烈;相反,储罐中的分层高度越大,由于分层高度使储罐相邻两分层之间的黏滞力增大,储罐翻滚越不易发生,翻滚持续时间越长。通过分析储罐翻滚的影响因素,可以更全面地对LNG翻滚做出预防,保证储罐运行安全。     

LNG储罐内管道与维修梯一体化结构设计

常规的LNG储罐内管道与维修梯分体式设计安装方法施工复杂、造价较高,且因焊接扰动而增加了储罐主容器(内罐)发生泄漏的风险。通过对LNG内罐结构形式进行综合分析,提出一套LNG储罐内管道与维修梯一体化结构的设计方案:将管道作为承载构件,横向连接件及维修梯作为固定构件,相互辅助形成独立于内罐壁外的自支撑结构系统。根据LNG储罐设计中的典型极端工况,通过数值模拟分析方法对一体化结构系统进行了计算分析,基于容许应力法校核验证了一体化结构系统的安全性、可靠性。该系统可以实现罐内管道和维修梯的功能需求,且脱离了内罐壁板的侧向支撑,自成稳定结构体系,有效提高了储罐建造的经济性、安全可靠性,可为LNG储罐内一体化结构系统设计和安全可靠度分析提供理论指导。     

加气站LNG低温储罐液位计比选及优化方案

加气站LNG低温储罐液位多采用差压式液位计进行计量,无法准确测量储罐液位,从而无法对LNG的真实库存和损耗情况做出科学和准确判断,更不能真正实现LNG的库存和损耗管理。为了解决LNG低温储罐使用环境下出现的压力波动、液体饱和状态变化等因素而导致计量偏差较大的问题,介绍了多种适应LNG低温介质的液位计的测量原理及组成,探讨了常见的探头类型、仪表安装方式和注意事项,比较其性能优缺点。最后,提出采用LNG储罐安装改进后的伺服液位计的工艺方案,可以实现LNG储罐的精准计量、安全操作,解决了天然气加气站行业中低温储罐计量难题。     

LNG储罐罐体结构与载荷的关联性

随着LNG产业的发展,LNG储罐日趋大型化,储罐的拱顶稳定性问题备受重视。为了研究罐体和罐体载荷对拱顶稳定性的影响,以容积为10 000 m3的LNG单容罐为例,采用有限元法对储罐拱顶稳定性进行罐体结构及载荷关联性分析。在进行结构关联性分析时,比较了不同约束下单独拱顶模型与含罐体的完整结构有限元模型的拱顶临界载荷,发现约束形式对拱顶刚度的影响较大,含罐体完整结构有限元模型能够给出对拱顶的实际位移约束,计算结果更为合理。在进行载荷关联性分析时,提出了一种分析计算方法,分析了罐体各种载荷工况对拱顶稳定性的影响,结果表明:罐体载荷降低了拱顶的稳定性,校核拱顶稳定性时应予以充分考虑。研究成果可为LNG储罐罐体稳定性研究提供理论基础。