石油学报 ›› 2014, Vol. 35 ›› Issue (5): 993-1000.DOI: 10.7623/syxb201405022

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热应力作用下液化天然气储罐球形罐顶应力分布及裂缝形态

朱兴吉1, 程旭东2, 彭文山2, Goangseup Zi1   

  1. 1. 韩国高丽大学土木、环境与建筑工程系 韩国首尔 136-701;
    2. 中国石油大学储运与建筑工程学院 山东青岛 266580
  • 收稿日期:2014-02-08 修回日期:2014-05-29 出版日期:2014-09-25 发布日期:2014-08-05
  • 通讯作者: 程旭东,男,1971年8月生,1994年获华东石油学院学士学位,2010年获中国石油大学(华东)博士学位,现为中国石油大学(华东)储运与建筑工程学院教授,主要从事土木工程、油田地面工程结构及LNG储罐方面的教学及科研工作。Email:chengxd@upc.edu.cn
  • 作者简介:朱兴吉,男,1986年5月生,2009年获中国石油大学(华东)学士学位,现为韩国高丽大学土木、环境与建筑工程系博士研究生,主要从事LNG储罐、钢筋混凝土结构腐蚀及扩展有限元等方面的研究。Email:zhuxingji521521@126.com
  • 基金资助:

    山东省自然科学基金(ZR2012EEL23)、国家建设高水平大学公派研究生项目(留金发[2013]3009)和中央高校基本科研业务费专项资金(13CX06074A)资助。

Stress distribution and fracture pattern analysis of spherical LNG storage tank dome caused by thermal load

Zhu Xingji1, Cheng Xudong2, Peng Wenshan2, Goangseup Zi1   

  1. 1. Department of Civil, Environmental & Architectural Engineering, Korea University, Seoul 136-701, Korea;
    2. College of Pipeline and Civil Engineering, China University of Petroleum, Shandong Qingdao 266580, China
  • Received:2014-02-08 Revised:2014-05-29 Online:2014-09-25 Published:2014-08-05

摘要:

对于大型液化天然气(LNG)储罐,罐顶因内、外表面温差产生的巨大热应力对罐顶裂缝开展及应力分布有非常重要的影响。传统的计算球壳结构热应力的方法非常复杂,为获得较简单的公式以便指导实际工程的设计及分析,提出了一种应力叠加方法近似计算罐顶热应力分布。通过与数值模拟结果的对比,发现此近似计算方法与数值计算的结果非常接近,可以应用于实际工程。分析结果表明:罐顶与挥发的低温天然气接触,温差热应力过大时,将使罐顶产生沿环向均匀分布的经络向裂缝;裂缝首先在罐顶边缘部位的内表面产生,并迅速向罐顶中心及外表面开展,最终贯穿罐顶。

关键词: LNG储罐, 球形罐顶, 热应力, 应力叠加, 应力分布, 裂缝形态

Abstract:

In large-scale LNG storage tanks, the temperature difference between the inner and outer surfaces of tank dome causes substantial thermal stress, which significantly affects crack development and stress distribution in the dome. Conventional calculation method for thermal stress distribution in spherical shell structure is complex. In this study, a stress superposition method is proposed for approximate calculation of stress distribution in tank dome, in order to obtain a simple formula for guiding the design and analysis of practical projects. A comparison analysis shows that the approximate calculation method yields close results as numerical simulation, thereby can be used for practical projects. Further analysis shows that when being in contact with low-temperature volatile natural gas, the tank dome generates excessive thermal stress, leading to uniform distribution of meridian cracks along the circumferential direction. The meridian cracks first occur on the inner surface of the dome edge and then rapidly spread towards the center and outer surface, ultimately penetrating the entire tank dome.

Key words: LNG storage tank, spherical tank dome, thermal stress, stress superposition, stress distribution, fracture pattern

中图分类号: