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液化天然气(LNG)由于其独特的优越性,目前已成为本世纪发展速度最快的能源产业。我国LNG接收终端的建设也正处于蓬勃发展的阶段,LNG储罐作为整个接收终端最为重要的设备,对其保冷结构、传热过程、温度场以及温度应力进行全面、深入的研究,可为今后LNG储罐的建设提供一定的理论依据及技术支持。 本文首先对低温容器的绝热形式进行归类总结,根据不同LNG的储罐结构,讨论了与之对应的保冷结构;其次,基于传热学理论和LNG储罐漏热量的计算方法,以唐山16万m3大型低温预应力混凝土LNG全容储罐为背景,分析了LNG储罐的传热过程,计算了储罐的漏热量和日蒸发率,找出了储罐漏热的主要途径,进而在储罐设计及建造过程中,可以对罐体的主要漏热部分采取有效绝热措施,控制其漏热量。 最后,利用ANSYS有限元分析软件对唐山16万m3LNG全容罐进行数值模拟,并对以下内容进行分析研究:计算了该储罐在保冷结构下的温度场,并对罐底、罐壁及罐顶的温度场变化规律分别进行描述,从而更加直观的表明保冷结构对温度场分布的影响情况;分析了储罐在正常操作液位、不同充注液位和不同泄露液位高度这三种工况下的混凝土外罐内壁的温度场及温度应力分布规律,并对各项结果进行了对比探讨,找出了不同工况对混凝土外罐内壁的影响情况;研究了理想状态储罐在静压加载作用下的混凝土外罐内壁的温度应力分布,并与正常操作液位下进行比较,分析了静压加载对温度应力的影响情况。 结果表明,唐山16万m3LNG全容罐的绝热结构具有良好的保冷性能,日蒸发率符合储罐的设计要求;不同充注液位对储罐的温度及应力影响并不明显,当考虑静压加载时,相比由储罐内外温差引起的温度应力,影响情况也不明显;而当储罐发生泄漏时,引起的温度应力很大,对储罐的稳定性及安全性会有极大影响。