基于显式分析的LNG装车臂拉断阀作用过程研究.pdf

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天气与石油2017年6
NATURAL GAS AND OIL
基于显式分析的LNG装车臂拉断阀
作用过程研究
周怀发申永亮
中国石化青岛液化天然气有限责任公司,山东青岛26400
摘要:紧急拉断阀(紧急脱离装置)是防止鹤管和软管意外斷裂造成泄漏畝的关餽设备。
根据移动式压力容器充装许可规则,装師合要有防止装用管拉脱的连锁保护装置。目前装车臂
安装拉断阅的应用经验较少,且现有买验仅是针对拉断阅个体进行的,人们对其安全可靠性存在疑
虑,而带带液实地汎试则冒着损坏设各以及大规模泄漏的风险,经济及安全成本大。针对这
现状,以国产某ING装车衛为例,利用1S-DYNA建立装车臂拉断約有限元模墾,结合设计参数
实际工况进行仿真计算,得到了拉新阀的作用情形和规,对拉断阀的设计及使用提出了若
关键词:ING;槽车;装车臂;拉断阀:IS-IYNA;有限元
DOl:10.3969i.issn.1006-5539.2017.03.008
Research on the Breaking of Break-a way Coupling at
LNG Loading Arm Based on Explicit Analysis
Zhou Huaifa, Shen Yongliang
Sinopec Qingdao Liquefied Natural (as Co, Ltd, Qingdao, Shandong, 266400, China
Abstract: Break-away coupling is a key equipment to prevent the leakage caused by the hose breaks
unexpectedly. According to the filling permission rules for mobile pressure vessels, interlocking protection
device shall be installed on the station to prevent pipeline pull-oul. At present, there is little experience in
application of break-away coupling in the loading arm, and the existing experiment is only for the individual
of the break-away coupling. There are doubts about its safety and reliability, while the field testing with
arm and liquid may cause damage to equipment and large-scale leakage, as well as the economic and
security costs. In response to this situation, taking certain domestic ING load-amm break-away coupling as
an example, the finite element model of break-away coupling is established by IS-DYNA, and the
simulation results under the design parameters and actual working conditions are given. Several
recommendations are made for the design and application of break-away coupling
Keywords ING: Truck; Loading arm; Break-away coupling; LS-DYNA; FEM
收稿日期:2016-12-13
作者简介:周怀发(1990-),男,山东德州人,助理工程师,硕土,主要从事液化天然气装御运输管理工作。
万方数据
35卷第3期
OIL& GAS GATHERING. TRANSPORTATION AND TREATMENT
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由于文中采用的拉断力等数据为低温状态下的数据,所
0前言
以结构材料均没有考虑温度应力等影响,拉断阀结构断
随着清洁能源的快速发展,ING接收站的装卸安全裂示意见图1。
性越来越受到重视。槽午外输1NG成为重要的运输环
节,槽充装工作涉及人员操作,极易发生泄漏。紧急
拉断阀则是在充装过程中为充装安全和设备保护提供
的一道屏障。紧急拉断阀作为一种被动防护措施,其实
质上是为装牛臂设置一处弱点,当整条装臂受到不可
控应力情况下,拉断阀承受的拉カ大于额定值时,拉断
阀能够及时断裂,避免装车臂其他结构受力破损。与此
同时,拉断阀另一项重要功能就是其断裂面两端会自动
封闭,防止危险品介质泄漏。
目前常温拉断阀在加油站已经得到广泛使用,低温
图1拉断阀斷裂示意图
拉断网更多地应用在软管和输送管线连接端,王传惠等1.1显示有限元模型的建立
人和颜录通从拉断阀安全性能角度对CNG储配站卸釧气
木文采用 ANSYS有限元软件对装车臂拉断网进行
软管拉断阀进行了实验研究“?。张斌对低温拉断阀的前处理,为方便修改参数,整体几何模型采用参数化设
拉断力进行了探讨“,小刚等人对安全拉断阀往复拉计语言(APD.)建立,见图2。建模采用自上而下的方
仲疲劳试验的測试装置进行了研究”。徐四忠等人介式,遂步建立外臂、内臂、旋转接头、拉断阀变径处,最后
绍了紧急拉断的结构特点、工作原理,总结了软管装进行几何切割以方便划分面网格。模型均采用soid164
车的工程应用和效果リ。目前基本没有对低温拉断显式单元划分,整条装车臂大部分结构均采用扫略划分为
在非软管装车臂的研究,装车臂拉断阀安装应用时间较六而体?格,拉断阀变径处及相连臂划分为四面体格
短、经验少,各种情况下拉断阀断裂情形均不可预知,人见图3。在装年臂根部加固定约東,在装华臂法兰处加载
们对其安全可靠性存在疑虑,而实地测试则冒着损坏设垂直方向的位移以体现槽车运动。同时在装车臂与旋转
备以及大规模泄漏的风险,经济及安全成本较大。针对接头之间设定自动面面接触以实现旋转接头的旋转功能。
这一现状,利用S-DYNA显式动力学程序进行仿真计
算,得釗了各种工况下拉断阀的断裂情形,针对暴露出
的问题,提出了若干建议。
1槽车紧急拉断阀的仿真模拟
以在用的国产某「.NC装车臂为例,装车臂结构主要
由内臂、外臂、旋转接头、加强筋、附属管线、相关隔离球
阀组成。考虑到本次研究对象为装车臂在拉断阀所裂
情况下的形态,在建模过程中进行了若干简化
图2装车臂几何模型
1)装车臂安装所在立柱简化为固定约束
2)装车臂所附属的氮气吹扫管线、NG放空管线对
Gcom Parts
拉断的拉断无影响,故模型中木予考虑
3)装车臂的各类阀门结构复杂,故未在模型中体
现,将其重量平均分布在所属管线上
4)力半衡机构在装车臂法兰连接槽车后作用不大,
且不影响装车臂结构强度,故模型中未予考虑。
5)装车臂旋转接头内部结构非常复杂,忽略其复杂
的内部密封结构和氮气保压结构。模型中采用同轴自