lng船低溫管路應(yīng)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(yīng)力分析船低溫管路的應(yīng)力分析王長(zhǎng)振1，徐岸南2，王德禹1（1上海交通大學(xué)海洋工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海200240；2滬東中華造船（集團(tuán)）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(duì)管路造成不利

2、影響.針對(duì)以上特點(diǎn)，從分析理論、參考標(biāo)準(zhǔn)、分析工具、模型簡(jiǎn)化及選擇一次應(yīng)力及二次應(yīng)力的校核工況組合等方面展開(kāi)研究，計(jì)算主要管路不同工況下的一次應(yīng)力及二次應(yīng)力，得出較大應(yīng)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(yīng)力的原因，探索出LNG船低溫管路應(yīng)力分析的可行方法.關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：LNG船；低溫管路；應(yīng)力分析中圖分類號(hào)：中圖分類號(hào)：U664.84文章標(biāo)志碼：文章標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：文章編號(hào)：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L(zhǎng)NG船設(shè)計(jì)建造的難點(diǎn)之一，用于裝卸貨的低溫液貨管路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要經(jīng)受163℃~80℃的溫度變化以及10Bar的內(nèi)壓，且有嚴(yán)格的保冷要求.由于在船舶裝載、卸載和船舶航行時(shí)，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(yīng)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(yīng)力，因此有必要對(duì)該管路進(jìn)行充分的應(yīng)力分析.在國(guó)內(nèi)已

8、開(kāi)展的管道應(yīng)力分析研究中，已有對(duì)陸上LNG管道應(yīng)力計(jì)算的分析[1]，介紹了LNG管道應(yīng)力計(jì)算的理論和參考標(biāo)準(zhǔn)等，也有對(duì)船舶管路，比如油船甲板以上重要管路的應(yīng)力分析研究[2]，評(píng)判了油船管路的應(yīng)力水平，證明了管路應(yīng)力分析對(duì)船舶管路系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要性.本文借鑒有關(guān)陸上LNG管道及普通船舶（例如油船）管道的研究經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合LNG船的特點(diǎn)，以國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的某型LNG船上低溫液貨管路主要部分為對(duì)象展開(kāi)研究，探索出一套可行的LNG船低溫管路應(yīng)力分析方法.1

9、研究對(duì)象及工具研究對(duì)象及工具1.1研究對(duì)象研究對(duì)象結(jié)合國(guó)內(nèi)首次生產(chǎn)的某型LNG船，對(duì)甲板以上低溫液貨管路系統(tǒng)的主要部分進(jìn)行建模分析，取收稿日期：20100618；修回日期：20100810作者簡(jiǎn)介：王長(zhǎng)振（1986）男，在讀研究生，從事專業(yè)：船舶與海洋結(jié)構(gòu)物設(shè)計(jì)制造.—3—載時(shí)管路承受的FX、FY、FZ和MX均為負(fù)的集中載荷組合；F3為緊急卸載時(shí)管路承受的FX、FZ和MX均為正，F(xiàn)Y為負(fù)的集中載荷組合；F4為緊急卸載時(shí)管路承受的FX、F

10、Z和MX均為負(fù)，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(shí)的初始位移；D4為18℃冷態(tài)時(shí)的初始位移.表1校核工況組合應(yīng)力分析位移及支架分析應(yīng)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(yùn)動(dòng)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(kuò)展是造成二次應(yīng)力的主要原因.岸站裝載：在裝載

13、的過(guò)程中，裝載系統(tǒng)對(duì)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(shí)的持續(xù)載荷當(dāng)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(shí)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(guò)程中，管路最高溫度可達(dá)到80℃，此時(shí)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(yīng)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(jì)算模擬計(jì)算使用CAESARII軟件對(duì)該管路進(jìn)行模擬計(jì)算，該軟件是一款國(guó)際通用的管道分析軟件，應(yīng)用效率較高.針對(duì)LNG船低溫管路的特點(diǎn)，在建模過(guò)程中有以下幾點(diǎn)需要注意：1）船體變形對(duì)管路影響的合理模擬.文中研

15、究目標(biāo)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(guò)支架的傳遞影響管路.因此，計(jì)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(duì)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(dǎo)向性約束，即允許管道可以沿軸向自由移動(dòng)，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