液化天然氣球罐的傳熱和疲勞研究

【摘要】： 隨著國家能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整和對環(huán)境保護要求的提高,天然氣的應(yīng)用將越來越廣泛,液化后的體積約為標準狀況下其氣體體積1/625,它有利于天然氣的遠距離運輸、回收、儲存成本的降低以及應(yīng)用中的調(diào)峰。 液化天然氣的儲存設(shè)備有很多,其中球形儲罐具備諸多優(yōu)點。隨著設(shè)備制造水平的不斷提高,限制球形儲罐的技術(shù)的解決,球罐的大型化已有了長足的發(fā)展。無論在液化天然氣船上還是儲存的罐區(qū)開始更多的選擇使用球形儲罐。 液化天然氣的儲存必不可少要考慮其儲罐的保冷。本文討論了各種保冷形式及其優(yōu)缺點,針對大型液化天然氣儲罐在隔熱層一般填充N_2(氮氣)成本高、工藝復(fù)雜的問題?，F(xiàn)改為用BOG(蒸發(fā)氣體)代替N_2填充隔熱層。通過分析傳熱過程、建立傳熱模型,計算總漏熱量和蒸發(fā)率,結(jié)果表明BOG代替N_2在理論上是可行的。用BOG相對于N_2具備工藝簡單,儲存成本低,可回收利用,能產(chǎn)生可觀的經(jīng)濟效益。 球形儲罐支柱與球殼的連接方式中,國內(nèi)外普遍采用的是赤道正切柱式支撐。由于這種支承方式會產(chǎn)生較大的局部應(yīng)力,在連接處的最低點a處應(yīng)力有最大值,經(jīng)簡化后的a點應(yīng)力為剪切和緯向二向應(yīng)力狀態(tài),可分別用公式算出,并以其組合應(yīng)力建立強度校核條件。這種方法固然比較簡便,但由于對該連接處的受力分析并不十分嚴密,應(yīng)力最大點的選擇也帶有主觀性。計算公式中足夠的考慮這些載荷對局部應(yīng)力的影響。本文用有限元建模,對a處的應(yīng)力作了準確的應(yīng)力分析。對球型儲罐的分析設(shè)計提供依據(jù)。 疲勞分析是分析設(shè)計的一個重要方面。本文通過有限元分析得到的數(shù)據(jù)做了疲勞分析,并與通過用球罐標準要求下計算得到的應(yīng)力做的疲勞分析做對比。結(jié)果表明球罐的很多方面得到了改進,使得人們能夠?qū)η蛐螇毫θ萜鞯氖芰妥冃蔚姆治龈蠈嶋H。 【關(guān)鍵詞】：液化天然氣 球罐 支柱 疲勞
【學(xué)位授予單位】：蘭州理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2008
【分類號】：TE972
【目錄】：

• 摘要7-8
• Abstract8-9
• 第1章 緒論9-21
• 1.1 工程背景9-10
• 1.2 研究與發(fā)展現(xiàn)狀10-19
• 1.2.1 低溫儲罐的研究現(xiàn)狀10-11
• 1.2.2 球罐研究現(xiàn)狀11-13
• 1.2.3 LNG球罐研究現(xiàn)狀13-14
• 1.2.4 球罐支柱研究現(xiàn)狀14-15
• 1.2.5 球罐支柱的疲勞15-19
• 1.3 本文主要研究內(nèi)容和技術(shù)路線19-21
• 第2章 保溫結(jié)構(gòu)與類型21-31
• 2.1 普通包裝低溫絕熱21-23
• 2.2 高真空絕熱23-24
• 2.3 真空多孔絕熱24-26
• 2.3.1 絕熱層中氣體的種類與壓強24
• 2.3.2 材料的密度24-25
• 2.3.3 顆粒的直徑對熱導(dǎo)熱系數(shù)的影響25
• 2.3.4 金屬粉末添加劑的種類與數(shù)量25-26
• 2.4 多層絕熱26-29
• 2.4.1 多層材料的種類與組合方式對多層絕熱性能的影響28
• 2.4.2 真空度對多層絕熱性能的影響28
• 2.4.3 層密度對絕熱性能的影響28
• 2.4.4 層數(shù)對多層絕熱的性能的影響28
• 2.4.5 溫度對多層熱性能的影響28-29
• 2.4.6 壓縮負荷及其他的因素對多層絕熱的影響29
• 2.5 多屏絕熱29
• 2.6 小結(jié)29-31
• 第3章 BOG代替N_2的可行性31-39
• 3.1 LNG儲罐隔熱層對充填氣體的要求及存在的問題32-33
• 3.2 BOG與N_2的比較33-35
• 3.2.1 BOG的含水率33
• 3.2.2 BOG的組分及其導(dǎo)熱性33-34
• 3.2.3 BOG的冷凝溫度34
• 3.2.4 BOG替換N_2的優(yōu)點34-35
• 3.3 理論驗證35-37
• 3.3.1 結(jié)構(gòu)簡介35
• 3.3.2 傳熱分析35-37
• 3.3.2.1 傳熱過程35-36
• 3.3.2.2 漏熱量計算36-37
• 1)BOG的漏熱36
• 2)筒體珠光砂絕熱層的熱導(dǎo)率36-37
• 3)機械構(gòu)件的漏熱37
• 3.4 蒸發(fā)率熱設(shè)計計算結(jié)果37-38
• 3.5 結(jié)論38-39
• 第4章 球罐的受力分析39-50
• 4.1 支柱與球殼連接部位的應(yīng)力39
• 4.2 球罐按標準的設(shè)計計算39-43
• 4.2.1 設(shè)計條件39-40
• 4.2.2 球殼的計算40-43
• 4.3 支柱的受力分析43-46
• 4.3.1 球罐與支柱的連接結(jié)構(gòu)43-44
• 4.3.2 載荷分析44-46
• 4.4 分析軟件介紹46-48
• 4.4.1 支柱的分析結(jié)果46-48
• 4.5 結(jié)果分析48-49
• 4.6 小結(jié)49-50
• 第5章 疲勞分析50-55
• 5.1 壓力容器中的疲勞問題50-51
• 5.2 疲勞裂紋的擴展規(guī)律與壽命估算51-52
• 5.2.1 疲勞裂紋的擴展過程51-52
• 5.3 球罐的疲勞裂紋分析52-54
• 5.3.1 相關(guān)參數(shù)52-53
• 5.3.2 疲勞壽命的計算53-54
• 5.4 小結(jié)54-55
• 結(jié)論55
• 結(jié)論55-60
• 致謝60-61
• 附錄A 攻讀學(xué)位期間所發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄61

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