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LNG加气站泵池结构设计及其温度场、应力场模拟分析
| 论文题名： | LNG加气站泵池结构设计及其温度场、应力场模拟分析 |
| 关键词： | 橇装式LNG加气站;泵池系统;温度场;应力场;管道系统;有限元分析 |
| 摘要： | 节能减排和低碳经济正越来越受到人们的关注，天然气以及天然气汽车的普及可以有效的控制生产生活中的碳排放量。橇装式液化天然气(Liquid Natural Gas，LNG)加气站应运而生，它主要是将设备集成在一个一体化的底座上，具有成本低、占地面积小、方便移动等多方面的优点，因此在实际应用中越来越受到市场的青睐。低温泵池是整个LNG加气站中的一个关键部件，其结构较为复杂，功能特殊，加工工艺要求严格，而且工作环境较恶劣，运行过程中需要经受-162℃的超低温和液态天然气因吸热气化产生的内压以及长期运行所导致的气蚀，因此，泵池及其附近管道的设计对于LNG加液撬尤为重要。本文选取橇装式LNG加气站的泵池及其管道系统为研究对象，进行其工艺流程和三维结构的设计，并运用ANSYS有限元分析软件对泵池及其管道系统的温度场、应力强度进行模拟分析，获得以下主要结论和创新性成果: (1)根据实际使用要求和工艺条件，泵池选择高真空多层绝热，绝热材料为玻纤铝箔，缠绕层数为40;泵池部件的内、外简体设计中，主要考虑其低温环境和承压情况，兼顾泵的体积大小，流量流速，合理设计其壁厚，内筒体采用椭圆形封头，外简体采用圆形平盖封头;上、下法兰设计中，采用任意式榫槽面法兰，有效厚度皆为50mm，下法兰留有不同凹槽焊接内、外简体，上法兰根据要求开5个孔;针对接管处的强度较弱，专门设计了进液管和回气管的筒套。 (2)泵池在室温下运行时温度场分布均匀，法兰处不会产生结冰结霜现象;出液口、回气口和出液口管道温度较低，热流密度较高，是内、外热量传递的主要位置，需要包裹柔性保温材料;环境温度对泵池整体温度影响很大，环境温度越高，吸热量就越大，最终泵池的温度就越高，但是24小时后内简体底部温度要远低于相应的外界温度，说明泵静置时绝热性能良好。 (3)通过应力强度计算与ANSYS有限元分析得出泵池的热-结构耦合最大应力出现在进液管处;在底座的四个螺栓孔固定下，从泵池整体的位移形变图可以发现最大形变出现在出液管口，且形变范围合理，说明该方法可以有效固定泵池，保证其在正常运行过程中不发生较大变形;泵池的上下法兰的位移量也较为合理;此外，越往泵池上部，形变位移量越大，可以在出液管口处安装固定管托，增强泵池运行的平稳性。 (4)工作状态下泵池管道应力符合许用应力要求;不同法兰处的约束导致管道系统刚度的变化，从而改变管道固有频率;管道固有频率随内压增大而小幅增加。 |
| 作者： | 殷劲松 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 张永康 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 江苏大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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