液化天然气球罐的传热和疲劳研究

【摘要】： 随着国家能源结构的调整和对环境保护要求的提高,天然气的应用将越来越广泛,液化后的体积约为标准状况下其气体体积1/625,它有利于天然气的远距离运输、回收、储存成本的降低以及应用中的调峰。 液化天然气的储存设备有很多,其中球形储罐具备诸多优点。随着设备制造水平的不断提高,限制球形储罐的技术的解决,球罐的大型化已有了长足的发展。无论在液化天然气船上还是储存的罐区开始更多的选择使用球形储罐。 液化天然气的储存必不可少要考虑其储罐的保冷。本文讨论了各种保冷形式及其优缺点,针对大型液化天然气储罐在隔热层一般填充N_2(氮气)成本高、工艺复杂的问题。现改为用BOG(蒸发气体)代替N_2填充隔热层。通过分析传热过程、建立传热模型,计算总漏热量和蒸发率,结果表明BOG代替N_2在理论上是可行的。用BOG相对于N_2具备工艺简单,储存成本低,可回收利用,能产生可观的经济效益。 球形储罐支柱与球壳的连接方式中,国内外普遍采用的是赤道正切柱式支撑。由于这种支承方式会产生较大的局部应力,在连接处的最低点a处应力有最大值,经简化后的a点应力为剪切和纬向二向应力状态,可分别用公式算出,并以其组合应力建立强度校核条件。这种方法固然比较简便,但由于对该连接处的受力分析并不十分严密,应力最大点的选择也带有主观性。计算公式中足够的考虑这些载荷对局部应力的影响。本文用有限元建模,对a处的应力作了准确的应力分析。对球型储罐的分析设计提供依据。 疲劳分析是分析设计的一个重要方面。本文通过有限元分析得到的数据做了疲劳分析,并与通过用球罐标准要求下计算得到的应力做的疲劳分析做对比。结果表明球罐的很多方面得到了改进,使得人们能够对球形压力容器的受力和变形的分析更符合实际。 【关键词】：液化天然气 球罐 支柱 疲劳
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TE972
【目录】：

• 摘要7-8
• Abstract8-9
• 第1章 绪论9-21
• 1.1 工程背景9-10
• 1.2 研究与发展现状10-19
• 1.2.1 低温储罐的研究现状10-11
• 1.2.2 球罐研究现状11-13
• 1.2.3 LNG球罐研究现状13-14
• 1.2.4 球罐支柱研究现状14-15
• 1.2.5 球罐支柱的疲劳15-19
• 1.3 本文主要研究内容和技术路线19-21
• 第2章 保温结构与类型21-31
• 2.1 普通包装低温绝热21-23
• 2.2 高真空绝热23-24
• 2.3 真空多孔绝热24-26
• 2.3.1 绝热层中气体的种类与压强24
• 2.3.2 材料的密度24-25
• 2.3.3 颗粒的直径对热导热系数的影响25
• 2.3.4 金属粉末添加剂的种类与数量25-26
• 2.4 多层绝热26-29
• 2.4.1 多层材料的种类与组合方式对多层绝热性能的影响28
• 2.4.2 真空度对多层绝热性能的影响28
• 2.4.3 层密度对绝热性能的影响28
• 2.4.4 层数对多层绝热的性能的影响28
• 2.4.5 温度对多层热性能的影响28-29
• 2.4.6 压缩负荷及其他的因素对多层绝热的影响29
• 2.5 多屏绝热29
• 2.6 小结29-31
• 第3章 BOG代替N_2的可行性31-39
• 3.1 LNG储罐隔热层对充填气体的要求及存在的问题32-33
• 3.2 BOG与N_2的比较33-35
• 3.2.1 BOG的含水率33
• 3.2.2 BOG的组分及其导热性33-34
• 3.2.3 BOG的冷凝温度34
• 3.2.4 BOG替换N_2的优点34-35
• 3.3 理论验证35-37
• 3.3.1 结构简介35
• 3.3.2 传热分析35-37
• 3.3.2.1 传热过程35-36
• 3.3.2.2 漏热量计算36-37
• 1)BOG的漏热36
• 2)筒体珠光砂绝热层的热导率36-37
• 3)机械构件的漏热37
• 3.4 蒸发率热设计计算结果37-38
• 3.5 结论38-39
• 第4章 球罐的受力分析39-50
• 4.1 支柱与球壳连接部位的应力39
• 4.2 球罐按标准的设计计算39-43
• 4.2.1 设计条件39-40
• 4.2.2 球壳的计算40-43
• 4.3 支柱的受力分析43-46
• 4.3.1 球罐与支柱的连接结构43-44
• 4.3.2 载荷分析44-46
• 4.4 分析软件介绍46-48
• 4.4.1 支柱的分析结果46-48
• 4.5 结果分析48-49
• 4.6 小结49-50
• 第5章 疲劳分析50-55
• 5.1 压力容器中的疲劳问题50-51
• 5.2 疲劳裂纹的扩展规律与寿命估算51-52
• 5.2.1 疲劳裂纹的扩展过程51-52
• 5.3 球罐的疲劳裂纹分析52-54
• 5.3.1 相关参数52-53
• 5.3.2 疲劳寿命的计算53-54
• 5.4 小结54-55
• 结论55
• 结论55-60
• 致谢60-61
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录61

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