大型LNG儲罐環(huán)形擋板防晃分析.pdf

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1、48低溫建筑技術(shù)2016年第2期(總第212期)DOI：10．13905／j．cnki．a(chǎn)wjz．2016．02．017大型LNG儲罐環(huán)形擋板防晃分析郭海濤，孫建剛，王振清，崔利富(1．河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院，鄭州450001；2．大連民族大學(xué)土木工程學(xué)院。iZ-?大連116263)【摘要】為了控制地震作用下LNG儲罐流體的晃動幅度，選取16萬mLNG儲罐為研究對象，應(yīng)用ADI—NA有限元軟件，采用CFD方法分別建立無環(huán)板和有環(huán)板儲罐的三維結(jié)構(gòu)模型及相應(yīng)的流體模型，進(jìn)行在水平地震激勵下的地震響應(yīng)計算。通過改變環(huán)板在內(nèi)罐壁上的高度和寬度等參數(shù)

2、，分析環(huán)板的防晃效果以得到最優(yōu)設(shè)計。結(jié)果表明：環(huán)板位置越靠近自然波高峰值，波高降低越明顯；隨著環(huán)板寬度變大，波高先降低后升高；液面下0．8m處2—3m寬的環(huán)板，防晃效果較好。建議采用環(huán)形擋板進(jìn)行防晃設(shè)計時，對其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。【關(guān)鍵詞】LNG儲罐；晃動控制；環(huán)形擋板；E1Centro波；CFD方法【中圖分類號】TU311．3【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】B【文章編號】1001—6864(2016)02—0048—03在水平地震激勵下，LNG儲罐中已經(jīng)分層的液化”天然氣，可能發(fā)生翻滾，使儲罐出現(xiàn)超壓現(xiàn)象；同時，流體對罐壁產(chǎn)生的晃動力和晃動力矩，破壞了系統(tǒng)的穩(wěn)定性

3、和結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。，最終發(fā)生屈曲等破壞。為控制液體晃動，國內(nèi)外學(xué)者對防晃裝置的研究，包括各種防晃隔板，如水平擋板、豎直擋板、半圓形擋板、多孔擋板、浮板?、環(huán)形擋板等(a)全罐模型(b)內(nèi)罐模型等。本文選用橫向環(huán)形防晃板作為流體晃動阻尼器，以16萬mLNG儲罐為研究對象，用ADINA軟件建立圖1LNG儲罐有限元模型防晃和不防晃的儲罐模型，采用CFD方法分析水平地方法和模型是可行的。震激勵下環(huán)形防晃板的防晃效果，為我國LNG儲罐防晃控制研究提供參考。表1理論解與有限元解對比1有限元模型(1)儲罐模型建立。該儲罐容積為16萬m，內(nèi)罐直徑為80m，壁高為

4、35．43m，內(nèi)罐液面高度為34．26m；外罐壁高38．55m，壁厚0．8m。計算方法為CFD方法，流體采用FCBI單元：有粘、無漩、無熱傳2環(huán)板參數(shù)影響分析遞、幾乎不可壓縮。在LNG儲罐上施加重力加速度(1)環(huán)板高度。設(shè)定這組模型的環(huán)板為3m寬9．8m／s；同時，沿軸正向在外罐底板施加0．34g水度，輸入E1centro地震位移波?；准袅?、基底彎矩、平地震位移波，按場地類別依次為金門波、蘭州波、El外罐壁有效應(yīng)力和加速度等指標(biāo)基本不受影響，故centro波、TRI—TREASUREISLAND波。而，這里只提到波高、動液壓力、內(nèi)罐壁有效應(yīng)

5、力和加環(huán)板固結(jié)于內(nèi)罐壁上，內(nèi)置于儲液中，厚10mm，速度等指標(biāo)，如圖2所示。根據(jù)需要調(diào)整其寬度和在液面下的深度；材料采用9％Ni鋼，采用雙線性強(qiáng)化模型、殼單元，模型見圖1。表2液面下不同位置的環(huán)板對波高的降低率(2)模型驗證。為驗證有限元解的可行性，計算E1centro地震位移波作用下不防晃模型的有限元解，與非隔震理論解引進(jìn)行對比，如表1所示。由表1可知，基底剪力和基底彎矩上，有限元解和理論解的數(shù)量級一致，比較接近；晃動波高上，有限元由圖2可知，動液壓力、內(nèi)罐壁有效應(yīng)力和加速度解大于理論解，這是因為理論解晃動分量經(jīng)過簡化后等指標(biāo)受到環(huán)板的一定

6、影響，但峰值基本不變，影響只考慮一階振型長周期分量。這表明，本文中的計算不大；內(nèi)罐壁有效應(yīng)力最大值為416MPa，小于屈服強(qiáng)[基金項目]國家自然科學(xué)基金項目(51278089，51478090)郭海濤等：大型LNG儲罐環(huán)形擋板防晃分析49度490MPa，表明內(nèi)罐壁很安全。由圖2和表2可知，液面的距離達(dá)到3．0m時，晃動波高受影響不大；在豎波高變化趨勢不受環(huán)板影響；隨著環(huán)板位置遠(yuǎn)離液向位置上，液面下0．8m處環(huán)板的防晃效果最好。Ⅲ，怔翻錯程面，環(huán)板對晃動波高的減弱作用逐步變?。划?dāng)環(huán)板與n＼J＼0．4隊JII目^^越6疥J』～，．^6誼0．0’l

7、lI，’，1¨￡、J韞餐燃tI■，l1叼il7＼-0．4Ij．j-0．8051Ol520253O3540455055動液壓力P且時間／s(a)波高對比(b)動液壓力對比檀內(nèi)罐壁有效應(yīng)力，MPB內(nèi)罐壁加速度／ms(c)內(nèi)罐壁有效應(yīng)力對比(d)內(nèi)罐壁加速度對比一不防晃?一0．8m?一l_2m?一一1．6ra圖2環(huán)板高度對模型相關(guān)指標(biāo)的影響基于Haroun—Housner模型的立式儲罐的波高方O．8程為：O．6A^J^、0．4二二‘k』、0．2h．：0．837R(1)^‘tl目J』t

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10、0m板由此可知，環(huán)板的存在，使得液面的晃動半徑變"I_=『1．j?一2．Om板小，同時影響到對流晃動加速度(公式中第一個加速-0．6Y?一3．0m板-0．8度；第二