一种正常运行工况下的LNG全容罐温度场分析方法

本发明涉一种lng全容罐，尤其是涉及一种正常运行工况下的lng全容罐温度场分析方法。

背景技术：

1、液化天然气(liquefied natural gas，简称lng)主要成分为甲烷，是全球最为清洁的化石能源，lng全容罐作为lng的核心容器，正处于广泛的计划和建设之中。

2、lng全容罐在设计时应考虑低温液体引起罐壁的巨大温度梯度，同时环境温度的变化会对储罐温度场产生影响，也会对储罐保温层温度场造成影响。因此，lng全容罐保温层设计需要参考正常运行工况下的温度场的仿真结果，能有效的得出储罐各部分结构的性能状况以及其中保温材料是否失效。目前，现有的分析方法主要针对于lng全容罐本身的材料，对lng全容罐有保温材料的布置并没有明确的科学方法，而本发明能够为提供为lng全容罐的温度场提供明确的科学方法，并能通过结果有效的合理安排保温层材料的排布和用量。并且由于lng全容罐通常处于高危环境下，现场监测困难，本发明能够通过提前的温度场仿真分析降低因检测困难而产生危险情况发生的可能性。除此之外,lng本身具有易燃,易爆的特性,一旦发生火灾或爆炸将会带来不可估量的损失,甚至引发严重的次生灾害。因此本发明所描述的温度场分析方法是不可或缺的。

技术实现思路

1、发明目的：针对上述问题，本发明的目的是提供一种正常运行工况下的lng全容罐温度场分析方法，对lng全容罐的设计起到更全面有效的辅助作用，从而提高lng全容罐的安全性和经济性。

2、技术方案：一种正常运行工况下的lng全容罐温度场分析方法，包括以下步骤：

3、s1：通过ansys adpl的thermal模块建立lng全容罐的二维实体模型，模型包括次容器底板、主容器底板、热角保护件、主容器罐壁、次容器罐壁、吊顶、穹顶；

4、s2：确定求解单元的单元类型为plane55并确定材料参数，材料参数包括密度、比热容、弹性模量、泊松比和导热系数；

5、s3：定义二维实体模型中各部分的材料；

6、s4：划分网格；

7、s5：添加储罐的温度边界条件；

8、s6：设置液位高度；

9、s7：采用稳态分析求解并进行求解计算；

10、s8、得出结果，完成正常运行工况下的lng全容罐的温度场分析。得出二维模型中各个部分的温度情况，并写入txt文件。

11、进一步的，在步骤s3中，次容器底板与主容器底板的内层均为es1200泡沫玻璃砖，外层均为c45混凝土找平垫层，主容器底板外圈为珠光砂混凝土圈梁，热角保护件的材料为zes800泡沫玻璃砖，在主容器罐壁至次容器罐壁之间的环形空间内依次为弹性棉和珠光砂，吊顶为铝制层，穹顶为钢制层。

12、进一步的，在步骤s4中，以二维模型外侧为边界，设置网格线大小为5mm并分别对模型在步骤3中定义的各部分几何面上进行网格划分。

13、最佳的，在步骤s5中，设计主容器内lng液体的温度为-163℃，次容器外部环境温度夏季为[30℃，42℃]，冬季为[-10℃,-20℃]。

14、最佳的，在步骤s6中，正常运行工况下的液位为储罐主容器的设计高度的70％-80％之间。

15、最佳的，在步骤s7中，此温度场分析采用的稳态分析求解，因此所有执行操作均在thermal模块中执行。

16、本发明能够为lng储罐保温层的设计提供参考和数据支持。

17、有益效果：与现有技术相比，本发明的优点是：能够在提供在夏季或冬季时正常运行工况下的储罐保温层各个部分的温度场情况，通过对比温度场分析数据，若温度示意图某时刻发生突变则能说明发生突变位置存在泄露状况，因此此种方法能有效减小由温度应力和形变对储罐结构得整体安全带来的威胁，同时也为储罐保温层的设计方案提供理论依据，能有效的提升储罐安全性，对lng全容罐的优化设计和提升其经济性具有重要意义。

技术特征：

1.一种正常运行工况下的lng全容罐温度场分析方法，其特征在于包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种正常运行工况下的lng全容罐温度场分析方法，其特征在于：在步骤s3中，次容器底板(1)与主容器底板(2)的内层均为es1200泡沫玻璃砖(9)，外层均为c45混凝土找平垫层(8)，主容器底板(2)外圈为珠光砂混凝土圈梁(10)，热角保护件(3)的材料为zes800泡沫玻璃砖(12)，在主容器罐壁(4)至次容器罐壁(5)之间的环形空间内依次为弹性棉(11)和珠光砂(13)，吊顶(6)为铝制层(14)，穹顶(7)为钢制层(15)。

3.根据权利要求1所述的一种正常运行工况下的lng全容罐温度场分析方法，其特征在于：在步骤s4中，以二维模型外侧为边界，设置网格线大小为5mm并分别对模型在步骤3中定义的各部分几何面上进行网格划分。

4.根据权利要求1所述的一种正常运行工况下的lng全容罐温度场分析方法，其特征在于：在步骤s5中，设计主容器内lng液体的温度为-163℃，次容器外部环境温度夏季为[30℃，42℃]，冬季为[-10℃,-20℃]。

5.根据权利要求1所述的一种正常运行工况下的lng全容罐温度场分析方法，其特征在于：在步骤s6中，正常运行工况下的液位为储罐主容器的设计高度的70％-80％之间。

6.根据权利要求1所述的一种正常运行工况下的lng全容罐温度场分析方法，其特征在于：在步骤s7中，此温度场分析采用的稳态分析求解，因此所有执行操作均在thermal模块中执行。

技术总结
本发明公开了一种正常运行工况下的LNG全容罐温度场分析方法，包括以下步骤：S1、通过ANSYS ADPL的Thermal模块建立LNG全容罐的二维实体模型；S2、确定各单元类型和材料参数；S3、选择对应几何面并定义材料；S4、划分模型结构网格；S5、加载储罐的温度边界条件；S6、设置LNG液位高度；S7、采用稳态分析法求解并进行求解计算；S8、得出结果，完成正常运行工况下的LNG全容罐的温度场分析。本发明能够为LNG储罐的设计提供参考和数据支持，不仅能够提高储罐的安全性能，还可以为LNG储罐保温层的设计提供理论依据。

技术研发人员：王琪,狄骏皓,杜佳轩,郭旭,吴小芳,罗晓钟
受保护的技术使用者：江苏科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17