LNG储罐泄漏工况下的可靠度分析

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LNG作为一种重要的清洁能源,在我国能源结构中的比重逐年增加,中国的沿海地区也投建了许多LNG项目。LNG储罐的的工作温度为-162°C,一旦储罐内的液体发生泄漏,LNG吸收外罐热量,可能出现闪蒸、翻腾等情况。液体极低的温度使得混凝土外罐壁产生较大的温度应力并且使得混凝土开裂,裂缝使更多的热量泄漏到罐内,更加大罐壁的温度应力。研究LNG储罐在超低温液体泄漏后罐壁的可靠性可以为储罐偶然荷载下的安全性评估提供一定参考。本文首先对ANSYS软件中可靠度分析的基本流程、变量分布和分析方法进行介绍;而后对结构体系可靠度、结构分析中的极限状态、极限状态方程、可靠概率和失效概率的基本知识进行简要介绍,并对结构体系可靠度失效路径的搜索方法和结构体系可靠度的计算方法进行叙述。本文借助于通用有限元计算软件ANSYS,建立储罐的四分之一模型进行应力分析。分析得知,泄漏完成时罐壁温度场并没有达到稳定;罐壁内侧受拉,外侧受压。可靠度分析时采用响应面方法进行仿真循环计算。对于储罐在超低温液体泄漏到环形空间中的破坏,认为储罐体系是由罐壁液位处的强度破坏和罐壁底部的强度破坏组成的串联系统;对于每种失效模式,则考虑是由沿罐壁方向内侧受拉和外侧受压的多个单元组成的并联系统失效。对于得到的拟合方程,采用JC法计算其可靠指标。得出可靠指标后,计算其线性化功能函数。根据内力重分布原理求解后续单元的响应面方程,进而计算其可靠指标、线性化功能函数。采用并联体系逐步等效线性求交法得到每种失效模式下可靠指标,利用界限估计方法得到体系可靠指标和失效概率的范围,其可靠指标范围为2.5063<β<2.5840,相应的失效概率范围为0.0049<Pf<0.0061,可靠指标小于规范数值,可通过提高外罐壁的混凝土强度来提高储罐在泄漏工况下的的安全性。
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