LNG储罐地震动响应分析

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天然气作为一种高效,清洁的能源,受到了世界各国的青睐,近年来随着世界经济快速发展和人口数量剧增,世界能源需求量也在日益增长。其中,液化天然气(Liquefied Natural Gas,简称LNG)为超低温液体,LNG储罐,作为LNG接收站的重要设备,在运转过程中起到核心作用,而且储罐的安全运行是保证天然气正常运输的关键。面对高速的发展的LNG产业,大型LNG储罐的建造成本却居高不下,其原因在于缺少自主设计建造的技术。另一方面,LNG属于超低温、易燃、易爆物质,一旦发生泄漏,将产生严重的次生灾害。因此,对于LNG储罐抗震性能的研究就显得尤为重要,尤其是抗震,抗风性能等。我国在LNG储罐系统分析与设计方面还是空白,对大型LNG储罐外罐结构的分析和计算,可以为储罐的设计提供可靠的理论依据,对我国LNG储罐设计的国产化具有重要意义。基于这样的背景,本文以容积量为16万立方米大型LNG储罐工程实例为例,采用相关储液罐地震响应分析理论对其内罐进行液动压力,底部剪力以及倾覆弯矩等分析,,并与有限元软件ABAQUS分析结果进行对比,综合评价LNG储罐的抗震性能。首先,根据LNG储罐较为流行的规范即《欧洲钢制常压立式圆筒形储罐抗震鉴定标准》(BSEN 1998-4: 2006),对储罐的基本结构进行分析,并对其液动压力的每一部分进行求解计算。得到其脉冲压力分布,脉冲剪力及基底剪力弯矩,对流压力的分布,对流剪力和基底弯矩等。计算其对流波浪高度以及储罐罐壁的惯性影响等。然后,根据具体的LNG储罐内罐的工程实例,具体的计算其液动压力,剪力,基底弯矩等各项的分布。并且分成刚性壁和弹性壁两种情况进行计算分析。最后,采用有限元分析软件ABAQUS对LNG储罐进行地震时程分析,考虑到传统的数值模拟流固耦合作用计算效率很低,本文结合前述理论分析根据集中质量法,即将地震作用下储液简化成质量点,均匀分布在储罐内罐的中心线上,并以弹簧来连接每一个质量点和储罐的罐壁。对LNG储罐的内罐模型进行分析,计算储罐在8度多遇地震作用下的动响应结果,利用时程分析的方法计算内罐的地震反应。且与规范计算的结果进行比较。
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