大型LNG储罐泄漏扩散研究进展

大型LNG 储罐一旦发生泄漏,将会对周边人员和财产构成重大威胁。基于充分调研,分别从理论、试验及数值模拟3 个方面论述了国内外关于LNG 泄漏扩散的研究进展,尤其是近年来国内外在数值模拟方面的突破性研究成果。大型LNG 储罐泄漏后的气体扩散理论模型主要有高斯模型、唯象模型、箱及相似模型、浅层模型;通过LNG 泄漏试验获取了大量基础数据,主要包括气象条件参数、气云、液池燃烧的相关数据;在数值模拟方面,对LNG 泄漏气云扩散开展了大量研究,尤其是针对不同影响因素耦合作用下LNG 的泄漏扩散演变过程、气云变化形态、影响区域、爆炸范围等进行了模拟分析。通过对比分析发现,数值模拟方法具有成本低、精度高、可操性强等优点,既能有效拓展理论和试验研究成果,又能开展复杂工况下LNG 泄漏扩散的研究。对3 种方法的研究趋势进行了预测,提出大型LNG 储罐泄漏扩散的研究还需与接收站实际情况相结合,指出在今后的研究中应以数值模拟研究为主、试验与理论研究为辅。     

大型全容LNG储罐BOR测试方法与计算

以16×104 m3大型全容液化天然气储罐为例,描述其结构,介绍其静态蒸发率(BOR)的测试原理,详细论述了测试过程中的热量计算方法,并根据实测经验,对测试过程中储罐的静置、静置前相关阀位的隔离设置、现场数据测量、测后数据处理及完成测试后流程恢复进行分析梳理,提出针对此类测试的相关工艺操作建议,最后对测试结果的影响因素进行探讨,可为以后该类LNG储罐BOR的测试提供参考.     

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)     

大型LNG储罐内罐稳定性设计方案比选

内罐在地震工况下的稳定性设计是大型液化天然气（LNG）储罐设计的核心技术之一。以国内某LNG项目储罐的地震参数和内罐的特征尺寸为例,基于国际相关标准给出的地震工况下基础剪切力计算、水平滑动校核、倾覆力矩计算、内罐稳定性判断等相关公式,在假设不安装锚固带的情况下,对地震工况下内罐的稳定性进行分析,结果表明：若不采取有效措施,内罐将产生竖向抬升现象。对国际上常用的两种保护措施进行比较,指出相对于安装锚固带的方法,采用加大内罐底边缘环形板尺寸的方法在施工便利和节约材料等方面更有优势。     

LNG接收站储罐罐容的计算方法

随着我国进口LNG量的快速增长,LNG储罐已成为接收站的重要储存设施,其容量大小不仅直接影响接收站LNG的接收和天然气的外输,而且直接影响接收站的投资和运行的经济性。由于LNG接收站的存储特点,其存储能力会受到许多因素的影响,包括LNG运输船的运输方案、天然气外输方案、接收站的作业特点等。通过分析,确定了影响LNG储罐罐容的因素和罐容的计算方法,并对不同计算方法进行了讨论。     

LNG储罐内BOG动态模拟研究

LNG储罐漏热引起的BOG蒸发速率、BOG压力(罐内压力)的运行控制是LNG接收终端正常运行的关键。通过对LNG储罐内流体热响应过程的分析,建立了储罐内流体的计算模型,开展了储罐热负荷、BOG排出速率对BOG蒸发速率和压力的影响的动态模拟分析,提出了BOG蒸发和排出速率控制的建议。     

LNG接收站储罐罐容及数量的设计计算

LNG储罐是LNG接收站投资费用最高的关键核心设施,前期设计阶段通过静态经验公式合理估算罐容及数量至关重要。LNG储罐数量及罐容的计算方法需要因地制宜,不同的设计公司采用的计算方法不尽相同。选取3种国内外LNG接收站设计公司常用的静态计算方法,对具体设计案例分别进行计算,结果表明:对于不承担调峰,外输相对均匀的LNG接收站或大型LNG接收站后期增罐的情况,采用法国某设计公司的计算方法较为合理;对于市场用气波动较大又兼顾调峰的LNG接收站,采用日本某设计公司和库存量法的计算方法更为合理。最后,针对3种公式的不足,给出了优化的计算公式,并针对不同类型接收站推荐适用的计算方法。     

LNG储罐温度场计算及影响因素分析

为了准确计算LNG储罐在不同工况下的温度场,基于ANSYS软件建立了全容式LNG储罐温度场数值计算模型,计算了稳态工况下储罐罐体的温度场分布,进而根据计算结果,对不同环境温度、液位高度、对流换热系数对储罐温度场分布的影响规律进行分析。模拟结果表明:环境温度对罐壁漏热量影响较大,环境风速对罐顶漏热量影响较大,液位高度对罐壁和罐底的漏热量有一定影响,环境风速对储罐整体漏热量影响不大,该模拟结果对全容式LNG储罐的结构设计与优化具有参考意义。     

双层罐底板结构立式储罐泄漏试验

为了克服现有立式储罐检测方法的不足,提出一种可实现泄漏在线监控的新型双层罐底板结构方案,并搭建了一套基于PLC和相应传感器的试验系统.以93#汽油、柴油、水为泄漏介质,开展泄漏试验研究,验证了系统的可靠性和灵敏性.以93#汽油为例,研究了泄漏位置及泄漏量对泄漏扩散的影响规律.结果表明:对于相同的泄漏量,罐底中心处的泄漏扩散最快,可被检测到的时间最短,而边缘处可被检测到的时间相对更长;发生在同一位置的泄漏,其被测管路中泄漏介质体积分数值随泄漏量的增大而增大.试验结果表明:该系统具有足够的可靠性及灵敏性,可直接应用于双层罐底板结构立式储罐的现场监测.     

LNG储罐预应力混凝土外罐应力分布与裂缝形态

LNG储罐的外罐主要是由预应力混凝土建造而成,混凝土作为一种复杂的非线性材料,其受力特点为抗压不抗拉。应用ADINA有限元软件,建立钢筋混凝土分离式模型,通过应力云图及裂缝开展图,研究LNG储罐在正常使用状态及内罐完全泄漏状态下预应力混凝土的应力分布、裂缝开展情况及破坏形态。结果表明:在正常使用状态下,外罐上下两固定端第一主应力最大;在内罐泄漏状态下,底部约1/4高度第一主应力最大,此三处为外罐最易产生裂缝的部位,破坏形态均为混凝土受拉破坏。研究结果为国内LNG储罐的自主设计与建造提供了理论依据。     

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。     

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。     

FDS软件对LNG储罐泄漏火灾后果的模拟

采用FDS火灾模型软件分析了在设定的LNG火灾场景下火焰的发展规律,以广州某燃气公司3个LNG储罐中的中间储罐为研究对象,设定火灾场景,建立LNG储罐区细化模型,对火势总体情况、温度场测量点、云图动画、等值面动画、热辐射以及烟气危险区域进行模拟分析.结果表明:火灾发生时,罐区总控室附近的温度远高于危险判断值,火灾发生30 s、110 s时的危险区域范围变化较大,烟气层温度高于180℃及烟气危险等区域均出现在储罐与总控室之间的有限范围内,在人员疏散过程中应远离面向火源侧的建筑墙面.     

大型LNG储罐预应力筋张拉数值模拟与优化

大型液化天然气(LNG)储罐外罐负责抵抗内罐可能受到的外部冲击,并收集由于偶然原因从内罐渗漏的LNG,为了确保预应力混凝土外罐具有良好的气密性、液密性和强度,得到合理的预应力筋张拉方案,降低预应力筋张拉失败的风险,以某16×104 m3 LNG储罐为例,利用ANSYS软件建立外罐混凝土和预应力筋模型,分析4种不同预应力筋张拉方案混凝土外罐的应力及变形规律.数值模拟结果表明:当预应力筋张拉结束时,混凝土外罐在4种张拉方案下的最大变形量基本相同,最大变形出现在水平预应力筋张拉结束时,且以径向变形为主,方案三变形发展相对缓慢,在现场张拉施工作业中,为了避免引起外罐产生附加内力,建议先张拉竖向预应力筋再张拉水平预应力筋.     

LNG接收站试运投产中储罐冷却的相关问题

大型常压LNG储罐是LNG接收站中非常重要的单元设备,其冷却过程是LNG接收站试运投产过程中风险最大、最难控制的一个环节.详细介绍了LNG接收站试运投产过程中LNG储罐的冷却过程,冷却前提条件及注意事项.分析讨论了LNG储罐冷却过程中储罐温度变化趋势、冷却喷淋流量、冷却速率及温度监测点最大温差等技术参数之间的相互联系.指出冷却过程容易出现管道变形受阻,管道法兰连接处泄漏,冷却流量控制不均造成储罐温降不均,以及火炬系统易产生积液等问题,给出相应的解决方法.研究成果可为其他LNG接收站试运投产过程中LNG储罐的冷却提供参考.     

大型LNG储罐预应力混凝土外墙应力分析与结构优化

大型LNG储罐的外墙一般由预应力混凝土建造,其应力分布和变形比较复杂,目前国内对这方面的研究较少。提出了储罐外墙纵向预应力筋向外最大偏移量的控制方程,以及环形压力容器最大环向应力位置的计算方法,推导出纵向预应力筋偏移后距罐内侧最大距离的控制方程和最大环向应力位置的计算方程,并根据边界条件,给出计算方程参数的方程组,在此基础上提出纵向预应力筋向外偏移、局部增设环向预应力筋的结构优化方法,并应用ADINA有限元软件,进行数值模拟。通过理论计算与数值模拟结果的对比分析,验证了理论公式推导的正确性以及结构优化方法的合理性,可为以后国内LNG储罐的自主设计与建造提供理论依据。     

LNG储罐气相管结构的改进

利用有限元法分析计算了某LNG储罐气相管装料及卸料时的热应力,发现最大应力在气相管与内容器连接部位,其与气相管实际断裂位置吻合。分析结果表明：虽然装料与卸料会导致一定的压力与温度循环,但造成的交变应力强度幅很小,可以忽略其引起的疲劳损伤。造成结构破坏的原因为过大热应力导致的结构安定性失效。当内容器轴向收缩受限时,气相管应具有足够大的柔性,才能有效降低热应力,满足结构的安定性要求。从约束及热变形补偿入手,对消除及缓解LNG储罐气相管热应力的措施进行了探讨。（图5,参6）     

立式储罐静力分析的简化有限元模型

有效的有限元模型以及合理的网格划分是大型储罐局部缺陷应力分析的基础.为了在保持计算精度的同时降低大型储罐有限元计算的计算量,通过初步分析弹性地基接触模型计算的储罐沉降和变形,结合底板的应力分布和变形特点,将储罐底板翘离位置截面上的位移作为边界条件代替未翘离的底板和整个地基,进而得到简化的二维储罐模型,通过研究各方向网格...     

LNG储存中的安全问题

LNG的超低温、易燃易爆等特点,使其储存特性不同于一般的流体介质,在储存过程中必然遇到一些特殊的安全问题需要处理。阐述了LNG分层翻滚和间歇泉的形成机理和预防措施;介绍了LNG的安全充注流程及压力控制方法;分析了LNG低温特性可能引发的一系列安全问题,提出了必要的防护措施;讨论了LNG储罐区的安全问题,给出了较全面的安全与防火建议。（图1,参7）