lng船低溫管路應力分析(ship_engineering)

1、SHIPENGINEERING船舶工程Vol.32Supplement22010總第32卷，2010年增刊2—1—LNG船低溫管路的應力分析船低溫管路的應力分析王長振1，徐岸南2，王德禹1（1上海交通大學海洋工程國家重點實驗室，上海200240；2滬東中華造船（集團）有限公司，上海200129）摘要：要：LNG船低溫液貨管路因輸送介質(zhì)LNG的特性，在船舶裝載、卸載和航行中需經(jīng)歷巨大溫差，此外，大量頻繁的船體變形和船舶搖擺也對管路造成不利

2、影響.針對以上特點，從分析理論、參考標準、分析工具、模型簡化及選擇一次應力及二次應力的校核工況組合等方面展開研究，計算主要管路不同工況下的一次應力及二次應力，得出較大應力經(jīng)常出現(xiàn)在三通、彎頭或固定支座處，分析造成最大應力的原因，探索出LNG船低溫管路應力分析的可行方法.關鍵詞：關鍵詞：LNG船；低溫管路；應力分析中圖分類號：中圖分類號：U664.84文章標志碼：文章標志碼：A文章編號：文章編號：10006982(2010)S200010

3、4StressAnalysisofCryogenicPipelineofLNGCarrierWANGChangzhen1XUAnnan2WANGDeyu1(1.NationalKeyLabatyofOceanEngineeringShanghaiJiaotongUniversityShanghai200030China2.HudongZhonghuaShipbuilding(Group)Co.Ltd.Shanghai200129Chin

4、a)Abstract:BecauseoftheacteristicsoftheLNGthecryogenicpipelineofLNGcarrierwillwithstahugetemperaturedifferenceduringtheloadingunloadingsailing.Inadditionamassofhulldefmationtheshiprollingwillalsohaveanadverseeffectonthep

5、ipeline.Accdingtotheaboveacteristicsseveralmainpointswhichincludeanalysistheyreferencestardanalysistoolsimulationionofcheckingconditionsetcareelabatedinthethesis.Thefirststressesthesecondstressesofthepipelineindifferentc

6、heckingconditionsarecalculated.Theconclusionthattheteesbendsanchsoftenhaveahighstressisconfirmed.Thereasonofthemaximumstressisanalyzed.AfeasibleanalysismethodfthecryogenicpipelineofLNGcarrierisobtained.Keywds:LNGcarrierc

7、ryogenicpipelinestressanalysis0引言引言作為LNG船設計建造的難點之一，用于裝卸貨的低溫液貨管路系統(tǒng)結構復雜，需要經(jīng)受163℃~80℃的溫度變化以及10Bar的內(nèi)壓，且有嚴格的保冷要求.由于在船舶裝載、卸載和船舶航行時，低溫管路的溫差特別大，管路及支架因溫度變化產(chǎn)生溫度應力.船舶航行狀態(tài)下大量頻繁的船體變形及船舶搖擺和速度變化造成的慣性載荷也使低溫管路產(chǎn)生應力，因此有必要對該管路進行充分的應力分析.在國內(nèi)已

8、開展的管道應力分析研究中，已有對陸上LNG管道應力計算的分析[1]，介紹了LNG管道應力計算的理論和參考標準等，也有對船舶管路，比如油船甲板以上重要管路的應力分析研究[2]，評判了油船管路的應力水平，證明了管路應力分析對船舶管路系統(tǒng)設計的重要性.本文借鑒有關陸上LNG管道及普通船舶（例如油船）管道的研究經(jīng)驗，結合LNG船的特點，以國內(nèi)生產(chǎn)的某型LNG船上低溫液貨管路主要部分為對象展開研究，探索出一套可行的LNG船低溫管路應力分析方法.1

9、研究對象及工具研究對象及工具1.1研究對象研究對象結合國內(nèi)首次生產(chǎn)的某型LNG船，對甲板以上低溫液貨管路系統(tǒng)的主要部分進行建模分析，取收稿日期：20100618；修回日期：20100810作者簡介：王長振（1986）男，在讀研究生，從事專業(yè)：船舶與海洋結構物設計制造.—3—載時管路承受的FX、FY、FZ和MX均為負的集中載荷組合；F3為緊急卸載時管路承受的FX、FZ和MX均為正，F(xiàn)Y為負的集中載荷組合；F4為緊急卸載時管路承受的FX、F

10、Z和MX均為負，F(xiàn)Y為正的集中載荷組合；D1為中拱引起的初始位移；D2為中垂引起的初始位移；D3為45℃熱態(tài)時的初始位移；D4為18℃冷態(tài)時的初始位移.表1校核工況組合應力分析位移及支架分析應力分析位移及支架分析校核工況持續(xù)載荷(一次載荷)熱載荷(二次載荷)操作工況載荷校核工況持續(xù)載荷(一次載荷)熱載荷(二次載荷)操作工況載荷01海上卸載WP1(U1)T1D1D3SUS01EXP0107岸站裝載WP2F1T2D1D3SUS07EXP07

11、02海上卸載WP1(U1)T1D1D3SUS02EXP0208岸站裝載WP2F2T2D1D3SUS08EXP0803海上卸載WP1(U2)T1D1D3SUS03EXP0309緊急卸貨WP3F3T3D1D3SUS09EXP0904海上卸載WP1(U2)T1D1D3SUS04EXP0410緊急卸貨WP3F4T3D1D3SUS10EXP1005海上卸載WP1(U3)T1D1D3SUS05EXP0511熱態(tài)WP4T2D2D4SUS11EXP11

12、06海上卸載WP1(U3)T1D1D3SUS06EXP063.2校核工況組合的意義校核工況組合的意義海上卸載：持續(xù)載荷主要為自重W、壓力P1和海上波浪運動引起的各方向加速度載荷的組合[6]，其中加速度載荷的影響是校核工況的主要目的.純熱態(tài)工況載荷由溫度T1、位移D1和D3組成，位移D1是由中拱引起，位移D3由45℃的環(huán)境溫度引起.在管路的所有工況中，163℃低溫下的收縮與中拱和45℃氣溫下的擴展是造成二次應力的主要原因.岸站裝載：在裝載

13、的過程中，裝載系統(tǒng)對船上液貨系統(tǒng)的載荷主要是作用在接頭處的集中載荷，因此由裝載系統(tǒng)所施加的集中載荷的極值（F1和F2）、管道自重（W）和該操作工況下的管道內(nèi)壓（P2）組成該操作情況下的持續(xù)載荷.純熱態(tài)工況載荷由T2、D1、D3組成.緊急卸貨：此時的持續(xù)載荷當由卸載系統(tǒng)所施加的集中載荷的極值（F3和F4）、管道自重（W）和該操作工況下的管道內(nèi)壓（P3）組成.純熱態(tài)工況載荷由緊急卸載時的溫度工況（T3）及初始位移（D1）、（D3）組成.熱態(tài)

14、：在貨艙掃艙后液貨系統(tǒng)升溫過程中，管路最高溫度可達到80℃，此時持續(xù)載荷僅由管道自重（W）和管道內(nèi)壓（P4）組成.校核二次應力的熱載荷由管路最高溫度（T4）、中垂引起的初始位移（D2）及最低環(huán)境溫度引起的初始位移（D4）組成.4模擬計算模擬計算使用CAESARII軟件對該管路進行模擬計算，該軟件是一款國際通用的管道分析軟件，應用效率較高.針對LNG船低溫管路的特點，在建模過程中有以下幾點需要注意：1）船體變形對管路影響的合理模擬.文中研

15、究目標為甲板以上管路，其與船舶甲板的連接均為支架連接，船舶甲板的變形通過支架的傳遞影響管路.因此，計算出不同支架處的甲板變形后作為支架的初始位移添加到模型的定義中，模擬船體變形對管路的影響.2）管路穿越甲板處及與岸站連接處的模擬.管路中的大部分支架都可以視為導向性約束，即允許管道可以沿軸向自由移動，但是在船舶垂向穿越甲板處管道是與甲板完全固定的，在與岸站連接的支管處也是如此，所以此兩種端部可以模擬成有初始位移的固定約束.圖2管路整體模型