文档介绍：第三届中国 LNG 论坛论文编号: 1240305
大型 LNG 储罐内罐设计寿命校核分析
扬帆 1, 邓青 2
(,北京,100027 ; 2. 中海浙江宁波液化天然气有限公司,宁波,315800)
摘要: 大型 LNG 接收站储罐内罐相关技术是储罐几个核心技术之一,内罐寿命体现在材料的疲劳使用
寿命上。内罐在 LNG 低操作液位与高操作液位循环操作期间(卸船周期内)、大修空液阶段、水压试验与试
验水排空等循环使用中,由于低温收缩、液位变化等给内罐壁-底连接 T 型大角焊缝、壁板、锚固带等危险
部位带来材料使用疲劳。按 50 年储罐设计寿命考虑,需要对内罐易疲劳关键部位进行材料疲劳校核分析。
文中以在建浙江 LNG 储罐为例,对 LNG 储罐在预冷、水压试验、低-高液位循环使用时工况对内罐底部 T-
型焊缝、罐壁板、锚固带等部位材料进行了材料疲劳失效风险分析,对内罐 50 年设计寿命进行了校核分析。
关键词: 内罐设计寿命 50 年材料疲劳
1 研究背景
从常温 15℃到低温-165℃过程中,内罐直径低温收缩(直径收缩量约为 16 cm),罐壁所受液压
大小随 LNG 液位高度变化而变化。内罐在 LNG 高液位与低液位循环过程中对内罐及相连部位带来
疲劳失效危险,需要对相关部位进行疲劳寿命校核,以满足储罐设计寿命要求。
典型易疲劳部位在内罐加强圈、内罐壁-底部连接处 T-型大角焊缝、锚固带与内罐壁焊接点处、
热角保护系统 TCP(由于与内罐相连,内罐在低温收缩时候带动 TCP 横向移动)等部位。
内罐加强圈、TCP 系统在设计时已单独考虑疲劳因素,本文不再分析。
2 罐底大角焊缝疲劳寿命分析
疲劳分析
浙江 LNG 储罐内罐壁板与底板连接处大角焊缝如下图 1、图 2 所示。水压试验与排水工况、LNG
高液位与低液位之间循环使用时,T-型焊缝(图 1 中趾点 a、b、c、d 点)因反复循环使用导致应力
1
变化较大,带来材料本身使用疲劳。若要保证 50 年设计寿命,需要对此 T-型焊缝进行寿命校核。
图 1 浙江 LNG 储罐 T-型大角焊缝简图
壁板
内侧
环形底板
图 2 T-型大角焊缝安装尺寸图(浙江 LNG)
应力循环变化分析
内罐高度 ,最下圈壁板厚 26mm,环形底板厚 18mm,主要参数如下:
最高正常操作液位(LAH):
最低正常操作液位(LAL):
充装循环周期(卸船周期):6 天
50 年的高-低液位循环次数:3043 次
水压试验次数:1 次
采用有限元 Ansys 软件建立轴对称壳单元模型模拟计算低-高液位运行工况和水压试验工况力学
分析,得到 T-型焊缝危险趾部各点受力情况,结果如下表 1、2、3 所示。
表 1 各工况焊缝趾部 a、b、c、d 点第一主应力分布
第一主应力(MPa)
abcd
最高操作液位 340 317 8 2
2
最低操作液位 21210
应力循环幅度 338 305 7 2
水压试验 430 403 10 2
表 2 各工况焊缝趾部 a、b、c、d 点第二主应力分布