大型LNG储罐环形挡板防晃分析.pdf

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1、48低温建筑技术2016年第2期(总第212期)DOI：10．13905／j．cnki．awjz．2016．02．017大型LNG储罐环形挡板防晃分析郭海涛，孙建刚，王振清，崔利富(1．河南工业大学土木建筑学院，郑州450001；2．大连民族大学土木工程学院。iZ-?大连116263)【摘要】为了控制地震作用下LNG储罐流体的晃动幅度，选取16万mLNG储罐为研究对象，应用ADI—NA有限元软件，采用CFD方法分别建立无环板和有环板储罐的三维结构模型及相应的流体模型，进行在水平地震激励下的地震响应计算。通过改变环板在内罐壁上的高度和宽度等参数

2、，分析环板的防晃效果以得到最优设计。结果表明：环板位置越靠近自然波高峰值，波高降低越明显；随着环板宽度变大，波高先降低后升高；液面下0．8m处2—3m宽的环板，防晃效果较好。建议采用环形挡板进行防晃设计时，对其进行优化设计。【关键词】LNG储罐；晃动控制；环形挡板；E1Centro波；CFD方法【中图分类号】TU311．3【文献标识码】B【文章编号】1001—6864(2016)02—0048—03在水平地震激励下，LNG储罐中已经分层的液化”天然气，可能发生翻滚，使储罐出现超压现象；同时，流体对罐壁产生的晃动力和晃动力矩，破坏了系统的稳定性

3、和结构的强度。，最终发生屈曲等破坏。为控制液体晃动，国内外学者对防晃装置的研究，包括各种防晃隔板，如水平挡板、竖直挡板、半圆形挡板、多孔挡板、浮板⋯、环形挡板等(a)全罐模型(b)内罐模型等。本文选用横向环形防晃板作为流体晃动阻尼器，以16万mLNG储罐为研究对象，用ADINA软件建立图1LNG储罐有限元模型防晃和不防晃的储罐模型，采用CFD方法分析水平地方法和模型是可行的。震激励下环形防晃板的防晃效果，为我国LNG储罐防晃控制研究提供参考。表1理论解与有限元解对比1有限元模型(1)储罐模型建立。该储罐容积为16万m，内罐直径为80m，壁高为

4、35．43m，内罐液面高度为34．26m；外罐壁高38．55m，壁厚0．8m。计算方法为CFD方法，流体采用FCBI单元：有粘、无漩、无热传2环板参数影响分析递、几乎不可压缩。在LNG储罐上施加重力加速度(1)环板高度。设定这组模型的环板为3m宽9．8m／s；同时，沿轴正向在外罐底板施加0．34g水度，输入E1centro地震位移波。基底剪力、基底弯矩、平地震位移波，按场地类别依次为金门波、兰州波、El外罐壁有效应力和加速度等指标基本不受影响，故centro波、TRI—TREASUREISLAND波。而，这里只提到波高、动液压力、内罐壁有效应

5、力和加环板固结于内罐壁上，内置于储液中，厚10mm，速度等指标，如图2所示。根据需要调整其宽度和在液面下的深度；材料采用9％Ni钢，采用双线性强化模型、壳单元，模型见图1。表2液面下不同位置的环板对波高的降低率(2)模型验证。为验证有限元解的可行性，计算E1centro地震位移波作用下不防晃模型的有限元解，与非隔震理论解引进行对比，如表1所示。由表1可知，基底剪力和基底弯矩上，有限元解和理论解的数量级一致，比较接近；晃动波高上，有限元由图2可知，动液压力、内罐壁有效应力和加速度解大于理论解，这是因为理论解晃动分量经过简化后等指标受到环板的一定

6、影响，但峰值基本不变，影响只考虑一阶振型长周期分量。这表明，本文中的计算不大；内罐壁有效应力最大值为416MPa，小于屈服强[基金项目]国家自然科学基金项目(51278089，51478090)郭海涛等：大型LNG储罐环形挡板防晃分析49度490MPa，表明内罐壁很安全。由图2和表2可知，液面的距离达到3．0m时，晃动波高受影响不大；在竖波高变化趋势不受环板影响；随着环板位置远离液向位置上，液面下0．8m处环板的防晃效果最好。Ⅲ，怔翻错程面，环板对晃动波高的减弱作用逐步变小；当环板与n＼J＼0．4队JII目^^越6疥J』～，．^6谊0．0’l

7、lI，’，1¨￡、J韫餐燃tI■，l1叼il7＼-0．4Ij．j-0．8051Ol520253O3540455055动液压力P且时间／s(a)波高对比(b)动液压力对比檀内罐壁有效应力，MPB内罐壁加速度／ms(c)内罐壁有效应力对比(d)内罐壁加速度对比一不防晃⋯一0．8m⋯一l_2m⋯一一1．6ra图2环板高度对模型相关指标的影响基于Haroun—Housner模型的立式储罐的波高方O．8程为：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，环板的存在，使得液面的晃动半径变"I_=『1．j⋯一2．Om板小，同时影响到对流晃动加速度(公式中第一个加速-0．6Y⋯一3．0m板-0．8度；第二