LNG罐区低温管道应力分析

LNG罐区低温管道应力分析

汤平传

深圳市燃气工程设计有限公司 广东 .深圳 518000

摘要: 选用应力分析系统对LNG储罐区超低温管道进行应力分析，综合考虑力载荷、温度载荷、工作压力载荷（气体压力）、风载荷、地震灾害载荷和水锤载荷等因素，并根据相关因素。该规范定义和定义了应力载荷的类型（一次应力和二次应力），并对在上述载荷条件下形成的应力进行分类和校对分析。分析结果表明，通过管道方向的有效调整，配合弹簧支吊架、冷紧装置等辅助功能，可以消除管道的应力集中，从而达到改善的目的。管道的物理模型和有效管道。在进行应力分析时，明确指出当管道支座承受载荷时，一次应力标定的结果将无效，需要重新对管道进行建模，重新标定一次应力.同时，明确提出了随机加载方法。条件下许用应力的选择方法。关键词：超低温LNG管道；应力分析；物理模型升级

关键词: 低温 LNG 管道；应力分析；模型优化

储罐是天然气最重要的机械设备。为了更好的避免储罐跌落造成的管道系统软件安全对于安全隐患，与储罐连接的管道系统软件应足够灵活，并应达到储罐支管的允许承受力调节一般通过在储罐底部支管处安装金属波纹管或补偿器来完成。当储罐基本含有不均匀地基沉降时，会在储罐和进出口贸易管道中产生二次应力。管道会产生弯曲变形，因此在建筑工程设计中应采取一定的有效措施，使管道与支管灵活连接，防止刚性连接。

一、应力分析的类型

(一) 初级应力

初级应力是机械设备在外载荷作用下产生的法向应力和剪应力。它需要实现外力和内力和扭矩之间的平衡。其基本特点是：主应力为非弛豫热，且自始至终随着外加载荷的增加而增大。当管道内的塑性变形区扩展到极限时，即使外力不增加载荷，管道仍会产生不受限制的塑性变形流动性，直至被破坏。因此，在管道应力分析中，应首先达到允许应力值，主应力为先。管道承受的气体压力、自重、材料的净重等连续外载荷引起的应力都是初级应力。

（二）二次应力

二次应力是由于管束变形引起的法向应力或剪应力，与外力不立即平衡。特点是：

1）管道中的二次应力一般是由偏置载荷（如热变形、附加偏置、安装偏差和振动载荷等）引起的；

2）二次应力为松弛热。当产生局部折衷和少量塑性变形时，可根据变形的和谐程度降低应力；

3）二次应力规律（不包括安装引起的二次应力）；

4）二次应力许用极限的关键是基于规律性和疲劳破坏模式的交变应力类别和交变循环频率。

二、管道系统模型建立

（一）单元离散

(1) 管道系统软件实体模型的创建

1) 单位离散变量

软件根据报表录入管道系统软件的各项基础数据信息。每个电子表格报表匹配一个单元，每个单元由2个连接点组成。此类单元在连接点处相互连接，如图 1 所示，进口管道模型见图2所示。

图1电子数据表格

图2 进口管道模型

这种基本数据信息可以分为三类：单元数据信息、单元结构数据信息和初始条件。基本上，当数据信息沿管道发生变化时，就会创建一个新的单元并生成一个新的连接点。根据基本数据信息的输入，将所有管道系统软件划分为多个单元，对单元进行离散变量分析，生成完整的梁单元实体模型。

（二）单元数据输入

(1) 输入单元数据信息

基本特征包括：单位制、平面坐标、环境监测系统等。平面坐标采用笛卡尔平面坐标（右手系），环境监测系统如表1所示。

表 1 环境参数

与温度相关的主要参数，综合考虑管道特性中的技术标准。针对地震灾害荷载的日风荷载，一般采用等效电路基桩法。这种方法将地震灾害荷载日风荷载的作用转化为等效电路基桩荷载，然后由等效电路基桩荷载和连续荷载引起的竖向应力不应超过管道许用应力的1.33倍。估计的温度。

地震灾害荷载计算只考虑水平主轴轴承位置的地震灾害效应，不考虑垂直位置。图3为手机软件中设置的地震灾害负荷。仅考虑X轴和Z轴的地震灾害影响，地震灾区2B级匹配等级的瞬时速度为0.2g。

图3 地震灾害负荷等级瞬时速度设置页面

根据表1，环境监测系统获得了较高的风和风频率，结合风荷载测量，风荷载载体类型系数为0.7。图4为软件对风荷载的设置。

图4 风荷载设置界面

三、数值分析

（一）管道物理模型在罐前主线连接点处变形变量较大，受力截面较为复杂。耐力后，主要表现出比较温和的情况，导致变形量较大。具体表现为罐前主线向上拱起，造成330、6030、6040、6050、6150连接点发生脱空现象（见表2）。

表2 罐前管子节点的 Y 方向位移 DY mm

（二）造成本段管架的支撑点失载，相邻安装的管架超重，使载荷过分集中。为了缓解这个缺点，实物模型会依靠弹簧支吊架的辅助作用，即在连接点6050和连接点6150处选择扭簧管架。因为扭簧管架既能承受载荷，又允许垂直偏移，解决了管道垂直偏移时的支撑点问题，分散了管道的载荷，提高了管道的柔软度；

（三）罐前主管线在实际工况下受超低温影响发生塌陷变形，造成管道沿径向（X方向）有较大偏差。为了缓解这个缺点，物理模型将依靠冷紧单元的辅助作用，即在过程中取罐前主线膨胀和收缩的50%作为冷紧单元。安装条件，以降低管道的实际超低温。操作标准下的伸缩量。实体模型使用扭簧管支架和冷紧装置后，罐前主管路管的实体模型变大。

四、负载条件下的资产重组和压力校对

由于扭簧管座和冷紧装置的引入，负载条件发生了变化，因此需要对工作条件L1～L6（H表示扭簧支座的功能）进行根本性的改变。点，CS 表示冷密单元的功能），并再次检查一次应力和二次应力。

引入扭簧管支架和冷紧装置后，所有管道连接点的综合应力连续函数满足安装条件和超低温条件下的许用应力要求。这里需要说明的是：对于不慎工况的校对，即使综合应力超过了许用应力，也不能因为ASMEB31而认为实体模型的建立是不科学的。 3中要求在随机工况下，综合应力应满足下列标准之一： ①当无意负荷一次不超过10小时，且年限不超过100小时时，综合应力应满足不超过许用应力33%； ②当无意荷载一次不超过50h，年限不超过500h时，综合应力不得超过许用应力的20%。因此，在为无意条件选择值时，不能简单地将100%的值作为校对标准。

五、总结

一般在综合考虑力载荷、温度载荷、工作压力载荷（气体压力）、风载荷、地震灾害载荷和水锤载荷条件后，按规范对应力载荷进行分类校核。数值明确提出了如何依靠弹簧支吊架、冷紧装置等辅助功能改进管道物理模型，进而得到取值方法。

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