Конструкция компенсации холодного сжатия для опорных конструкций криогенных хранилищ

Криогенные хранилища, такие как те, которые используются для СПГ, СНГ и жидкого азота, работают при крайне низких температурах. Материалы в резервуаре и опорных конструкциях подвергаются значительному тепловому сжатию при охлаждении от температуры окружающей среды до криогенной. Правильная конструкция компенсации холодного сжатия в опорных конструкциях имеет важное значение для поддержания конструктивной целостности, предотвращения чрезмерного напряжения и обеспечения безопасной эксплуатации.

1. Термическое сжатие соображения

Поведение материала: Сталь и сплавы на основе никеля, обычно используемые в криогенных резервуарах, сокращаются примерно на 0,3% до 0,5% при охлаждении до криогенных температур. Дифференциальное сжатие между оболочкой резервуара, изоляцией и опорными конструкциями может создать высокие тепловые напряжения.

Температурные градиенты: неравномерное охлаждение стенок резервуара и опор может привести к локализованным концентрациям напряжения. Это особенно важно для высоких цилиндрических резервуаров, где дно охлаждается быстрее, чем верхняя часть.

2. Методы компенсации

Раздвижные опоры: Включение раздвижных или подвижных опор на основании резервуара позволяет горизонтальное сжатие без генерирования больших напряжений. Низкое трение подушки или ролики могут вмещать движение.

Гибкие соединения: Гибкие соединения для трубопроводов и приборов позволяют обеспечить относительное движение между резервуаром и опорной структурой.

Расширительные петли в трубопроводах: трубы, подключенные к резервуару, включают в себя петли расширения или изгибы для поглощения теплового сжатия и предотвращения напряжения на сопла и свары.

Регулируемая конструкция юбки и фундамента: опоры юбки могут быть спроектированы с регулируемыми болтами или пружинными элементами, чтобы позволить вертикальное и боковое сжатие при сохранении стабильности бака.

Анализ конечных элементов (FEA): структурные модели помогают предсказать эффекты сокращения и оптимизировать интервалы между опорами, материалы подложки и требования к гибкости.

3. Соображения в области безопасности и эксплуатации

Поддержки должны поддерживать несущую способность, позволяя при этом тепловое движение.

Предотвращение чрезмерного ограничения резервуара позволяет избежать локального изгиба, трещины сваров или повреждения изоляции.

Компенсация холодного сокращения должна быть совместима с требованиями по сейсмической и ветровой нагрузке.

ВыводПроектирование криогенных резервуарных опор с эффективной компенсацией холодного сжатия обеспечивает конструктивную целостность, снижает концентрации напряжения и позволяет безопасную работу при крайне низких температурах. Сочетание скользящих опор, гибких соединений и оптимизированной конструкции имеет важное значение для устранения сжатия материала при сохранении стабильности резервуара.

Ссылки

EN 14620 - Проектирование и изготовление криогенных сосудов.

API 620 - Проектирование и строительство крупных сварных резервуаров для хранения под низким давлением.

Кодекс ASME по котлам и сосудам под давлением, раздел VIII - Правила строительства сосудов под давлением.

Barron, R.F. (1999). Криогенные системы, 2-е издание. CRC Press.

Брэтт, Р. & Mort, P. (2015). Криогенная инженерия: 50 лет прогресса. Спрингер.