20m~3液化天然气储罐结构优化与自增压过程研究

【摘要】： 随着低温技术的发展,低温液体的应用日趋广泛,各行各业对储存和输送低温液体的低温容器的需求也不断增长,尤其在工业、农业、国防、科研和医疗方面更为明显。LNG储罐作为液化天然气的主要储存装置之一,是液化天然气产业链中重要的一环。本文以20m3LNG储罐为研究对象,主要开展了以下工作: 首先,LNG储罐结构设计与漏热计算。在确定了储罐基本设计工艺流程的基础上,分别对空载和静止满液两种工况支撑结构受力进行计算,用以确定内外筒体的结构和尺寸。另外还对储罐绝热结构进行了设计计算,设计要求尽量减小高温部件与低温部件的辐射漏热、支撑及管路的导热漏热以及残余气体的对流和导热漏热,达到提高液化天然气无损储存时间的目的。 其次,储罐结构的ANSYS模拟。模拟了LNG储罐在空载运输和静止满液时支撑结构不同布置方式及不同截面尺寸时的应力和应变,模拟的结果用来指导支撑结构的优化设计。同时还对储罐温度场、支撑结构的导热漏热以及管路热应力进行了模拟,用来验证设计的合理性。 最后,LNG储罐自增压过程的研究。基于能量方程和质量方程建立了自增压过程的数学模型,运用有限差分法对方程进行离散,采用查表法对LNG非线性热力学性质和迁移性质进行计算,使用C语言编写了LNG储罐自增压过程的程序。计算结果得出自增压过程中各区的温度变化规律,然后对其进行分析。同时针对不同初始充装率、不同增压气体温度、不同初始压力下的自增压过程进行研究,分别分析了他们对自增压过程的影响。 【关键词】：液化天然气储罐 有限元法 支撑 自增压
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TB658
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-19
• 1.1 课题背景9-10
• 1.2 国内外研究现状10-18
• 1.2.1 支撑结构研究现状12-14
• 1.2.2 绝热结构研究现状14-16
• 1.2.3 自增压系统研究现状16-18
• 1.3 本文主要研究内容18-19
• 第2章 基本结构设计与冷质量漏热计算19-32
• 2.1 主要设计思想19-20
• 2.2 基本设计程序20-21
• 2.3 技术特性与要求21-22
• 2.4 工艺流程与基本结构的设计22-26
• 2.4.1 工艺流程22-23
• 2.4.2 基本结构设计23-26
• 2.5 冷质量漏热计算26-31
• 2.5.1 许用漏热计算26-27
• 2.5.2 多层绝热层漏热计算27-28
• 2.5.3 导热漏热计算28-31
• 2.6 本章小结31-32
• 第3章 支撑结构优化与温度场的数值模拟32-50
• 3.1 有限元数值方法32-34
• 3.1.1 有限元法的基本步骤32-33
• 3.1.2 ANSYS有限元分析的基本流程33-34
• 3.2 支撑结构应力场数值模拟与优化34-42
• 3.2.1 物理模型的简化35-36
• 3.2.2 网格划分与计算求解36-37
• 3.2.3 结果分析37-42
• 3.3 支撑结构温度场与漏热的数值模拟42-45
• 3.3.1 模型与边界条件的简化42-43
• 3.3.2 结果分析43-45
• 3.4 管路热应力的数值模拟45-49
• 3.4.1 热弹性应力问题的有限元方程46-47
• 3.4.2 模型建立与求解47-48
• 3.4.3 结果分析48-49
• 3.5 本章小结49-50
• 第4章 自增压过程研究50-66
• 4.1 引言50
• 4.2 自增压模型提出50-52
• 4.2.1 整体模型51
• 4.2.2 三区模型51-52
• 4.3 数学模型的建立与求解52-64
• 4.3.1 数学模型的建立52-56
• 4.3.2 方程离散化56-57
• 4.3.3 天然气物性57-59
• 4.3.4 几何参数确定59-61
• 4.3.5 程序流程图61-62
• 4.3.6 结果分析62-64
• 4.4 本章小结64-66
• 结论66-68
• 参考文献68-72
• 致谢72

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