Структурная конструкция низкотемпературных резервуаров для хранения жидкости
Низкотемпературные резервуары для хранения жидкости, обычно используемые для сжиженных газов, таких как СПГ, СНГ и жидкий азот, требуют специализированной конструкции, чтобы выдерживать криогенные температуры при сохранении механической целостности, безопасности и эксплуатационной надежности. Конструкция должна учитывать поведение материала при низких температурах, тепловое сжатие, нагрузки давления и факторы окружающей среды.
1. Выбор материала Материалы для низкотемпературных резервуаров должны сохранять прочность, гибкость и прочность при криогенных температурах для предотвращения хрупкого перелома. Типичные материалы включают:
Остенитная нержавеющая сталь (например, 304L, 316L): отличная прочность при низких температурах, коррозионная стойкость и сваряемость.
Никелевые стали (например, сталь 9% Ni): высокая прочность и прочность при криогенных температурах, обычно используемая для крупномасштабного хранения СПГ.
Алюминиевые сплавы: Используются в конкретных приложениях, где требуется легкая конструкция и коррозионная стойкость.
2. Структурная конфигурация
Форма резервуара: цилиндрические резервуары с купольными или эллипсоидными крышами предпочтительны для равномерного распределения напряжения. Сферические резервуары могут использоваться для очень больших объемов, минимизируя соотношение площади поверхности к объему и концентрации напряжения.
Системы поддержки: резервуары обычно поддерживаются на конструкциях юбки, сваях или бетонных фундаментах, которые способствуют тепловому сжатию и предотвращают поселение. Расширительные соединения могут быть включены для обработки дифференциальных тепловых движений.
Системы изоляции: Эффективная теплоизоляция (перлит, вакуумная изоляция, пеностекло) минимизирует проникновение тепла, снижая скорость кипения и ограничивая тепловые напряжения.
3. Соображения по проектированию
Термическое сокращение: материалы значительно сокращаются при криогенных температурах; конструкция должна учитывать дифференциальное сжатие между стенами бака, крышей и трубопроводом.
Внутреннее и внешнее давление: цистерны должны выдерживать гидростатическое давление хранящихся жидкостей и потенциальные условия вакуума во время опорожнения. Анализ конечных элементов часто используется для оценки распределения стресса.
Сейсмические и ветровые нагрузки: конструкция должна соответствовать местным строительным кодексам, чтобы сопротивляться сейсмической активности и давлению ветра, обеспечивая стабильность бака.
Сварка и изготовление: криогенные стали требуют точных процедур сварки и проверок после сварки, чтобы сохранить прочность и избежать микротрелин.
4. Безопасность и контроль
Выявление утечки: датчики и сигнализация контролируют криогенные утечки.
Защита от передавления: клапаны и вентиляционные системы предотвращают передавление.
Инспекция и обслуживание: Регулярные инспекции НДТ, включая ультразвуковое и рентгенографическое тестирование, обеспечивают конструктивную целостность на протяжении всего срока службы резервуара.
Структурная конструкция резервуаров для хранения жидкости с низкой температурой включает в себя выбор материала, соображения тепловой и давленной нагрузки и меры безопасности для обеспечения надежной и долгосрочной работы в экстремальных криогенных условиях. Оптимизированная конструкция снижает риски, поддерживает механическую целостность и обеспечивает эксплуатационную эффективность.
Ссылки
API 620 - Проектирование и строительство крупных сварных резервуаров для хранения под низким давлением.
EN 14620 - Проектирование и изготовление криогенных сосудов.
Кодекс ASME по котлам и сосудам под давлением, раздел VIII - Правила строительства сосудов под давлением.
Totten, G.E. (2006). Тепловая обработка стали: металлургия и технологии. CRC Press.
Брэтт, Р. & Mort, P. (2015). Криогенная инженерия: 50 лет прогресса. Спрингер.
