某低溫液體（LNG）燃料罐應力分析

摘 要： 本文對某低溫液體（LNG）燃料罐在運輸過程中所受載荷作用下，其結構的應力水平進行了計算。并對其結構合理性給出意見，供工程參照。

關鍵詞： 燃料罐;應力分析;有限元;強度

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.21.055

1 前言

隨著能源消費結構的改變及日益增加的環境壓力，LNG 這一優質清潔能源的生產和貿易日趨活躍，液化天然氣（ LNG）， 隨之而來的LNG 運輸及儲存設備也呈現了較好的發展勢頭.隨著LNG罐子的參數向大型化的發展，其在結構、載荷等方面的要求提高，因此，如何合理有效進行罐子的設計已成為設計的重中之重。而在實際分析的過程中常存在一些問題，主要表現在以下幾方面：（1）模型構建不合理;（2）邊界條件及載荷施加考慮不準確;（3）工況組合不符合標準要求;（4）應力分類不合理。

以上原因也導致評定結果存在較大問題。本文針對上述問題，綜合性地對某球形儲罐進行了應力分析，得出結構處理意見，為實際工程提供參考。

2 結構模型

該低溫液體（LNG）船用儲罐為八點支撐內、外罐結構，為阻隔熱量的傳遞，內外罐間抽真空并通過玻璃鋼支撐件連接。

3 計算工況

本文計算四種工況載荷施加情況 ：

工況1-運動方向：最大額定質量乘以2倍的重力加速度，1.14內容器壓力+0.1MPa外殼壓力+船運罐自重+封頭投影面0.035MPa壓力;

工況2-同運動方向成直角的水平方向：最大額定質量乘以重力加速度，1.14MPa內容器壓力+0.1MPa外殼壓力+船運罐自重+罐體投影面0.0027MPa壓力;

工況3-垂直向上：最大額定質量乘以重力加速度，1.14MPa內容器壓力+0.1MPa外殼壓力+罐體投影面0.0027MPa壓力;

工況4-垂直向下：最大額定質量乘以2倍的重力加速度，1.14MPa內容器壓力+0.1MPa外殼壓力+罐體投影面0.0054MPa壓力。

4 有限元模型

根據相關圖紙中2m3/1MPa低溫液體（LNG）船用儲罐的結構特點，利用有限元軟件Ansys/workbench對低溫液體（LNG）船用儲罐的整體結構建立了三維有限元模型各個結構的有限元模型。

5 約束

工況1-4的邊界條件為：一側鞍座底板施加六個自由度約束（ZX=0，DY=0，DZ=0，RX=0，RY=0，RZ=0），另一側鞍座底板施加五個自由度約束（DY=0，DZ=0，RX=0，RY=0，RZ=0）。

6 計算結果與分析

通過上述計算分析，得到以下結論：

（1）內外容器的最大表面應力、最大中間應力均小于許用值，強度滿足要求;

（2）鞍座、冷箱的最大表面應力小于許用值，強度滿足要求;

（3）支撐管和墊板米塞斯應力小于許用值，強度滿足要求;

（4）玻璃鋼支撐件的最大剪切應力小于許用值，強度滿足要求;

通過以上完整的應力分析評定，該LNG罐子結構合理，強度滿足要求。

參考文獻：

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[2]趙彩云.國內小型LNG 儲罐建造能力淺析[J].城市建設理論研究，2012（24）：77.

[3]GB 18442.16—2011.固定式真空絕熱深冷壓力容器[S].2011.

作者簡介：周萍（1985-），女，黑龍江人，碩士，研究方向：船舶力學。endprint