16万m3液化天然气全容罐内罐动力学性能分析.pdf

第 4 3卷第 2期 2 0 1 4年 3月 石油化工设备 PETR _ CHEM1 CAL EQUI P MENT Vo 1 ． 4 3 No ． 2 M a r ． 20 1 4 文章编号 1 0 0 0 7 4 6 6 2 0 1 4 0 2 0 0 2 2 0 4 1 6万 m3 液化天然气全容罐内罐动力学性能分析 付 丽 ，邓 鑫 ，杜亮坡 ，赵树炳 ，李 敏 ，徐保蕊 1 ． 中国石油天然气管道工程有限公司 ， 河北 廊坊0 6 5 0 0 0 ； 2 ． 东北石油大学 机械科学与工程学院 ，黑龙江 大庆 1 6 3 3 1 8 摘要 以 1 6万 m。 液化天然气全容罐 内罐为研 究对象， 应用 ANS YS软件建立模型 ， 并运 用其模 态 分析模 块和 瞬 态动力 学分析模 块进 行模 态分析 和 地震 响应 分 析 ， 分析 时考虑 了液 体 与罐 壁 的 液 固 耦合现象。结果表明 ， 液化天然气全容罐 内罐的 自振频率较低并且分布密集 ， 罐壁的固有振型呈环 向多波现象； 典型部位的 3个代表节点的位移和应力时程响应显示水平地震 波对液化天然气全容 罐 内罐 的位 移和 应 力变化起 主 导作 用。 关键词 储罐；液化天然气；内罐 ； 模态分析；地震响应分析 中图分类 号 TE 9 7 2 ；T Qo 5 3 ． 2 文献标 志码 B d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 0 7 4 6 6 ． 2 0 1 4 ． 0 2 ． 0 0 6 Dy na m i c An a l y s i s f o r 1 6 X 1 0 m3 Li q u e f i e d Na t u r e Ga s Ta n k I n n e r Ta n k FU Li ，DENG Xi n ，DU Li a n g - p o ，ZHAO S hu b i ng ，LI M i n ，XU Ba o - r u i 1． Ch i n a Pe t r o l e u m Pi pe l i ne En gi n e e r i ng Co r p or a t i o n，La ng f a ng 0 6 5 0 00，Ch i na； 2 ． M e c h a ni c a l Sc i e nc e a n d Eng i ne e r i ng I ns t i t ut e，No r t he a s t Pe t r o l e u m U n i v e r s i t y，Da q i ng 1 6 3 31 8， Chi na Ab s t r a c t As t h e r e s e a r c h i n g o b j e c t t o 1 6 0 0 0 0 m。f u l l c a p a c i t y l i q u e f i e d n a t u r e g a s LNGt a n k i nn e r t a n k， a pp l i c a t i o n o f ANSYS s e t u p e l e me nt s m o d e l ，a n d u s i n g t h e m o d a l a na l y s i s mo dul e a nd t r a ns i e nt d y na mi c s a na l ys i s mo du l e c a r r y o ut t he mod e l a na l y s i s a nd s e i s m i c r e s p on s e a n a l y s i s ，c o n s i d e r i n g f l u i d s o l i d c o u p l i n g p h e n o me n o n ．Th e r e s u l t s s h o w t h a t t h e n a t u r e f r e q u e n c y o f l i q u e f i e d n a t u r e g a s i n n e r t a n k i s l o we r a n d d i s t r i b u t e i n t e n s i v e l y，t h e n a t u r a l mo d e s o f t h e t a n k wa l l i s r i n g t o mul t i wa v e p he n o m e no n； s e i s mi c r e s p ons e a n a l y s i s of l i q ue f i e d na t ur e g a s i n ne r t a nk g e t i t s d i s pl a c e me n t a nd s t r e s s d i s t r i but i o n a nd v a r i a t i on r e g ul a r p a t t e r n． The di s pl a c e me n t a nd s t r e s s t i me h i s t or y r e s po ns e o f t hr e e r e pr e s e n t a t i ve no de a t t yp i c a l pa r t s s ho w ho r i z on t a l s e i s mi c wa v e s pl a y a d o m i na t e r o l e t o t he di s p l a c e m e nt a nd s t r e s s o f l i q ue f i e d na t ur e g a s i nn e r t a n k． Ke y wo r d s t a n k；l i q u e f i e d n a t u r e g a s ；i n n e r t a n k；mo d e l a n a l y s i s ；s e i s mi c r e s p o n s e a n a l y s i s 液化 天然 气 L i q u e f i e d Na t u r e Ga s ， L NG 全容 罐是 因其安全性能高 、 综合性能好 而得到广泛应用 的 L NG储罐形式口 ] 。L NG全容罐的通常容量为 1 6 万 m。 ， 结构 形式分为内、 外罐两层 ， 内罐 为开放 式 ， 与 L N G直接接触 ， 材料为 9 ％Ni 钢_ 3 ] ， 其上部 悬挂有开放式的绝热 吊顶 ， 吊顶 的材料也为 9 Ni 钢 ， 吊顶由悬挂在外罐顶的吊杆支撑 ， 外罐与内罐之 间距离 为 1 ～2 m， 其 中填充膨胀珍珠 岩等保温材 料。外罐的材料通常为预应力钢筋混凝土 ， 整个储 罐在 桩基 础 的混 凝 土承 台上 ] 。笔者 以 1 6 万 m。 液 化天然气全容罐 内罐为研究对象 ， 应用 ANS YS软 件建立模型 ， 通过模态分析和瞬态动力学分析探讨 其动力学性能， 以期为 1 6万 m。 液化天然气全容罐 内罐的设计和运行提供参考 。 收稿 日期 2 0 1 3 - 1 0 1 4 作者 简介 付丽 1 9 7 9 一 ， 女 ， 辽宁锦州人 ， 工程师 ， 从事管道非标设备及压力 容器设计 工作 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2 期 付丽 ， 等 l 6 万 m 。液化天然气全容罐 内罐动力学性 能分 析 2 5 x 由图 5可知 ， 罐壁节点的水平位移与竖直位移 都与地震波的水平加速度变化规律一致 ， L NG内罐 壁 的水平位移受地震波水平加速度影响较大。 由图 6可 以看 出 ， 节点 的应 力 变化 规 律 与 地震 波水平加速度变化规律相 同， 所 以 L NG全容罐 内 罐在地震过程中的应力变化主要受地震波的水平加 速度影 响 。 5 结论 1 考 虑液 固耦 合 情 况 下 ， 1 6万 i n 。 L NG 全 容 罐 内罐 的振动主要呈环 向多波现象， 并未出现 明显 的梁式 振 动 ， L NG 内罐 的前 1 O阶 固有频 率显 示 ， 固 有频率较低且分布较密集。 2 施加地震响应时 ， 1 6万 1 T I 。L NG全容罐 内 罐罐壁底部、 中部和上部典型部位 的 3个代 表节点 的位 移和 应 力 时 程 响应 显 示 ， 水 平 地 震 波 对 L NG 内罐的位移和应力变化起主导作用。 参 考文献 [ 1 ] 袁 中立． L N G低温储罐 的设 计及建造 技术 E J ] ． 石油 工 程建设 ， 2 O 1 O ， 3 3 5 1 9 - 2 2 ． YUAN Z h o n g l i ． LNG S t o r a g e De s i g n a n d Co n s t r u c t i o n Te c h n i q u e s [ J ] ． P e t r o l e u m E n g i n e e r i n g C o n s t r u c t i o n，2 0 1 0， 3 3 5 1 9 - 2 2 ． [ 2 ] 王冰， 陈学东， 王国平． 大型低温 L NG储罐设计与建造 技术的新 进 展 [ J ] ．天 然 气 工业 ，2 0 1 0 ，3 0 5 1 0 8 11 2 ． W ANG B i n g，CH EN Xu d o n g ， W ANG Gu o p i n g ． De s i g n o f La r g e Lo w Te mp e r a t u r e LNG S t o r a g e Ta n k s a n d Ne w P r o g r e s s i n I t s C o n s t r u c t i o n T e c h n o l o g y[ J ] ． Na t u r e Ga s I n d u s t r y ，2 0 1 0，3 0 5 1 0 8 1 l 2 ． [ 3 ] 黄淑女． 用于大型 L NG储罐的低温含镍合金钢国产化 I- J ] ． 能源技术， 2 0 0 8 ， 2 9 3 1 4 9 1 5 0 ． HUANG Shu niJ ． The Do me s t i c f o r Lo w Te mpe r a t u r e Ty p e o f Ni k e l S t e e l Us e d i n La r g e L NG S t o r a g e T a n k[ J ] ． E n e r g y T e c h n o l o g y ，2 0 0 8 ，2 9 3 1 4 9 一 ] 5 0． [ 4 - 1 严春 妍 ， 李 午 申 ， 薛 振奎 ， 等． L N G储 罐用 9 Ni 钢及 其焊接性 [ J ] ． 焊接学报 ， 2 0 0 8 ， 2 9 3 4 9 5 2 ． YAN Ch u n - y a n ，LI W u - s h e n，XUE Z h e n - k u i ， e t a 1 ． LNG S t o r a g e Ta n k 9 Ni S t e e l a n d I t s W e l d a b i l i t y f J ] ．We l d i n g Te c h n o l o g y ， 2 0 0 8 ，2 9 3 4 9 5 2 ． [ 5 ] 柳 山． 液 化天 然 气 L NG 全 容 储罐 结 构和 性 能研 究 [ D] ． 广州 华南理工大学 ， 2 0 0 9 ． LI U S h a n ． S t u d y o n S t r u c t u r e ＆P e r f o r ma n c e o f L NG F u l l C o n t a i n me n t Ta n k[ D ] ．Gu a n g z h o u S o u t h Ch i n a Un i v e r s i t y o f Te c h n o l o g y ， 2 0 0 9 ． [ 6 ] 小飒工作室． 最经典 AN S Y S及 Wo r k b e n c h教程[ M] ． 北京 电子工业出版社 ， 2 0 0 4 ． XI AO Sa St ud i os ． Th e M os t Cl a s s i c ANSYS a nd Wo r k b e n c h C o u r s e[ M] ． B e ij i n g E l e c t r o n i c I n d u s t r y Pr e s s ， 2 00 4． [ 7 ] 沈建 民． 大 型油 罐 的静 强度及 动 力 响应 分析 [ D ] ． 杭 州 浙江大学 ， 2 0 0 6 ． S HE N J i a n - mi n ． S t u d y o n S t a t i c S t r e n g t h a n d Dy n a mi c Re s p o n s e o f t h e La r g e Oi l S t o r a g e Ta n k V D- I ． Ha n g z h o uZ h e j i a n g Un i v e r s i t y ， 2 0 0 6 ． [ 8 ] 徐刚 ， 任文敏 ， 张维 ， 等． 储液容器 的三维流 固耦 合动力 特性分析 [ J ] ． 力学学报 ， 2 0 0 4 ， 3 6 3 3 2 8 3 3 5 ． XU Ga n g，REN W e m mi n，Z H ANG W e i ， e t a 1 ． Dy n a mi c Ch a r a c t e r i s t i c An a l y s i s o f Li q u i d f i l l e d Ta n k s a s A 3 一 D F l u i d - s t r u c t u r e C o u p l i n g S y s t e m [ J ] ．Me e h a n i c s Te c h n o l o g y ，2 0 0 4 ， 3 6 3 3 2 8 3 3 5 ． [ 9 ] 余伟炜 ， 高炳军 ， 陈 洪军 ， 等． ANS Y S在机 械与化 工装 备 中的应用[ M] ． 北京 中国水利水 电出版社 ， 2 0 0 7 ． YU W e i we i ，GAO B i n g j u n， CHE N Ho n g j u n， e t a 1 ． ANSYS Ap pl i c a t i o n i n t he Me c ha ni c a l an d Che m i c a l E q u i p me n t[ M ] ． B e i j i n g C h i n a Wa t e r P o we r P r e s s ， 2 0 0 7 ． [ 1 o ]张洪信， 赵清海． ANS Y S有限元分析完全 自学手册 [ M] ． 北京 机械工业 出版社 ， 2 0 0 8 ． ZHANG Ho n g x i n ，ZHAO Qi n g h a i ．Th e C o mp l e t e l y S e l f - s t u d y M a n u a l o f ANS YS Fi n i t e El e me n t An a l y s i s[ M] ．B e i j i n g C h i n a Ma c h i n e P r e s s ，2 0 0 8 ． 杜编 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m