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中国土木工程学会燃气分会会刊
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LNG管道非满液预冷过程应力和变形模拟

论文作者许俊1，陈灵2，汪冬冬2杂志期数2024年1月刊
关键词液位相对高度；温度分布；热应力；变形
作者单位（1.合肥合燃华润燃气有限公司，安徽合肥 230075；2.安徽工业大学能源与环境学院，安徽马鞍山243002）
为探究LNG管道液位相对高度对管道应力和变形的影响，针对某段水平液化天然气管道液体预冷过程，建立了LNG管道温度场和结构场耦合数值计算模型，利用ANSYS软件分析非满液状态下不同液位相对高度对管道温度、应力和变形分布的影响。模拟结果表明，液位相对高度直接影响管道整体温度场分布，液位相对高度越高，管道下表面面积越大，上表面面积越小。管道上下表面平均温度最大温差随液位相对高度升高呈现先增大后减小的趋势，液位相对高度40%时管道上下表面平均温度最大温差为45.79 ℃，最大局部温差达66.06 ℃，局部温差变化趋势与平均温度最大温差相同。不同液位相对高度下最大应力峰值出现在液位相对高度60%时，为305.19 MPa，应力峰值均出现在管道两端内壁底部。随液位相对高度升高，应力峰值先迅速增大而后缓慢减小。随液位相对高度增加，管道不同位置处径向变形量均先增加后减小。最大径向变形量出现在液位相对高度40%时，最大径向变形量为68.753 mm。最大总变形量随液位相对高度变化曲线与管道上下表面平均温度最大温差随液位相对高度曲线趋势相似。液位相对高度10%与90%工况的管道上下表面平均温度最大温差十分接近，液位相对高度20%与70%工况、液位相对高度30%与60%工况亦然。不同液位相对高度下LNG对管道所施加的温度载荷具有相似性，温度载荷是影响管道变形的主要原因。建议LNG管道预冷时进一步减小管道液位相对高度，适当延长预冷时间，以减小应力荷载带来的管道变形。
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