LNG储罐设计技术研究
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1.1.4 采用应变强化技术
奥氏体不锈钢的屈强比低，按传统压力容器许用应力确定方法，其许用应力仍由屈服强度控制，不能充分发挥奥氏体不锈钢的优良综合性能。采用应变强化技术可大大提高其屈服强度，充分利用材料的厚度，发挥材料的性能。并且应变强化可以均匀化容器内的应力分布，提高材料的疲劳性能。
而另一方面，应变强化的强化压力怎么确定、如何确定强化工艺、如何控制强化过程中的不确定因素以及如何对强化后的容器进行检验、使用哪些检验指标等等这些都是应变强化技术应用中的难点。
另一方面，降低安全系数会导致压力容器的安全裕度降低，从而增加压力容器发生屈服失效或者爆炸的危险性。
1.1.3 选用更高的屈服强度
对于奥氏体不锈钢、铝、铜、镍等具有面心立方晶格、屈强比低、韧塑性好的材料，其许用应力由屈服强度决定，因此许多国家都已采用Rp1. 0代替Rp0. 2作为屈服强度，按此方法可有效提高材料许用应力值，如奥氏体不锈钢按此方法设计可提高许用应力12%～43%。同样，采用更高的屈服强度也会降低压力容器的强度裕度。
关键词：轻型化，应变强化，LNG储罐，设计
Designing technology research of LNG tanks based on stain strengthening
Abstract
For the past few years,with the rapid development of our national economy and the increasing popularity of low-temperature technology application,low-temperatureliquefied gasessuch as liquidnitrogen, liquidoxygen,liquidhydrogen,liquid argon, liquid helium andliquefied natural gas (LNG)are usedincreasingly widely, the demand ofaustenitic stainless steel cryogenic vesselis increasing.On the other hand,under the background ofglobal warming and the energy crisis increasingly serious,energy conservation and emission reduction has become the important trend of current.In order to save materials, reduce weight, reduceenergy consumptionofmanufacturing transportation and installation process,realize the green manufacturing philosophyof safety and economic and conservation of resources,lightened design has become the leading development directionofpressure vessel.This subject research the designofLNG tanks of strain strengthening, that isconform to the present development trend and requirements.Strain strengthening technologywhich is one of thelightenedmethodsis a new technique. Applyingstrain strengthening technologytoLNG tanks design is akind ofinnovation.The purpose of this research is guaranteethe tanks having enough strength, while introducingstrain strengthening technologytoeffectively reducethewall thicknessof tanks, achievinglightened designof LNG tanks, saving resources, reducing the costof the product and improvingthe competitiveness ofproducts.
Strain strengthening designof internal tank of this subjectaccord toEUstandard EN13458 -2:2002 and China enterprise standard Q/CIMC23001-2009<austeniticstainless steel strain strengthening cryogenic vessel-fixed vessel>, the external tank andsafety devicedesign accord to GB150, doingconventional designof internal tank accord to GB150 and comparing withstrain strengthening design, then doingrelated security checkusestrainstrengtheningdesign scheme, finally doingpipingdesign and drawing. Research find that applyingstrain strengthening technologyto LNG tank design canstill meet the required strengthand haveenough security margins, while it caneffectively reduce the wall thickness of tanks. This shows thatstrain strengthening technology can be usedas an effective technique in the design and manufacture of LNG tanks, thus achieving thegreen manufacturing philosophy.
但是高强度材料的购买成本更高；而且为了充分发挥材料的高强度优势，容器的制造工艺及其焊接质量也要相应的提高，这将使容器的制造成本提高。所以是否选用高强度的材料需要综合考虑容器的制造、运输和运行成本，使其总成本达到最小。
1.1.2 降低安全系数
随着压力容器用钢质量（特别是纯净度）的提高，焊接技术的进步，射线检测、超声检测、涡流检测等无损检测技术的发展，以及寿命预测和可靠性分析技术水平的提高，压力容器安全系数呈现出下降趋势。在我国，《固定式压力容器安全技术监察规程》也对安全系数进行了调整，常规设计中nb从3降低到了2.7、ns降低到了1.5。安全系数的调整可明显的提高材料的许用应力，显著的降低钢材的用量。
本课题研究的内容主要有：压力容器轻型化的方法及其各自的优缺点、应变强化技术的原理、LNG储罐的结构设计、LNG储罐内外罐以及保冷层的设计壁厚的确定、引进应变强化技术前后壁厚的比较、LNG储罐的强度校核、LNG储罐日蒸发率的校核、LNG储罐安全附件的设计与选型和LNG储罐的管道设计等。
本课题依据欧盟标准EN13458-2：2002和中国企业标准Q/CIMC23001-2009《奥氏体不锈钢应变强化深冷容器—固定容器》进行内罐的应变强化设计，依照GB150进行LNG储罐外罐以及安全装置等的设计，按照GB150进行内罐的常规设计并与应变强化设计进行比较，然后用应变强化的设计方案进行相关的安全校核，最后进行管道设计和制图。研究发现将应变强化技术引进液化天然气储罐的设计,在有效减少内罐的壁厚的同时，仍然能满足强度要求，而且还有足够的安全裕度。这说明可以将应变强化作为一种有效的技术应用于液化天然气储罐的设计、制造，从而实现绿色制造理念。
1.1 压力容器轻型化的方法
1.1.1 选用更高强度的材料
随着炼钢技术的进步，压力容器用钢沿着一条低强度—中强度—高强度—超高强度的路线发展。超高强度钢和具体更高强度的复合材料已经在压力容器中获得应用。
在压力容器设计的选材阶段，可以通过选用更高强度的材料来提高材料的许用应力，从而降低容器的壁厚，减轻容器的重量，实现容器的轻量化。
Key words: lightened, strain strengthening, LNG tank, design
第1章 绪论
在全球气候变暖和能源危机日益严峻的背景下，轻型化设计已经成为压力容器的主导方向。近年来，随着低温液化气体的应用日益广泛，给低温液化气体的储存和运输带来了机遇和挑战。为了节约资源、提高容器的竞争力，如何减轻液化气体储罐的制造、运输成本成为了关键。作为轻型化方法之一的应变强化技术是一种新技术。将应变强化技术应用于奥氏体不锈钢低温容器，通过对内容器进行超过屈服压力的应变强化处理，可提高材料屈服强度，减薄内容器设计壁厚，实现低温容器的轻量化，降低其制造和运输过程中的的能耗。
This subject study that: thelightenedmethods ofpressure vesselandtheir respective advantages and shortcomings,the principle ofstrainstrengthening technology, structural designing of LNG tank, calculating the design wall thickness of the internal and external tankandthe anti-condensation coating, comparing wall thicknessbefore and afterintroducing strain strengthening technology, strength check of LNG tank, therate of evaporationcheck, securityannex design and selectionandpiping designof LNG tank and so on.
本科生毕业设计（论文）
题目：LNG储罐设计技术研究
姓名：
学号：
学院：化学化工学院
专业：过程装备与控制工程
年级：
指导教师：
2011年5月31日
基于应变强化的LNG储罐设计技术研究
摘要
近年来，随着我国国民经济的迅速发液化天然气等低温液化气体的应用日趋广泛，奥氏体不锈钢深冷容器的需求量不断增长。另一方面，在全球气候变暖和能源危机日益严峻的背景下，节能减排已成为当前的重要趋势，为了节约材料,减轻重量,降低制造、运输和安装过程中的能耗,实现安全与经济并重、安全与资源节约并重的绿色制造理念,轻型化设计已经成为压力容器的主导发展方向。而本课题研究的应变强化的LNG储罐的设计正符合现在的发展趋势和要求，作为轻型化方法之一的应变强化技术是一种新技术，将应变强化技术应用于LNG储罐的设计是一种创新。本课题研究的目的就是在保证储罐拥有足够的强度的同时，引进应变强化技术，有效的减少内罐的壁厚从而实现LNG储罐的轻型化设计、节约资源、减少产品的成本和提高产品的竞争力。
奥氏体不锈钢的屈强比低，按传统压力容器许用应力确定方法，其许用应力仍由屈服强度控制，不能充分发挥奥氏体不锈钢的优良综合性能。采用应变强化技术可大大提高其屈服强度，充分利用材料的厚度，发挥材料的性能。并且应变强化可以均匀化容器内的应力分布，提高材料的疲劳性能。
而另一方面，应变强化的强化压力怎么确定、如何确定强化工艺、如何控制强化过程中的不确定因素以及如何对强化后的容器进行检验、使用哪些检验指标等等这些都是应变强化技术应用中的难点。
另一方面，降低安全系数会导致压力容器的安全裕度降低，从而增加压力容器发生屈服失效或者爆炸的危险性。
1.1.3 选用更高的屈服强度
对于奥氏体不锈钢、铝、铜、镍等具有面心立方晶格、屈强比低、韧塑性好的材料，其许用应力由屈服强度决定，因此许多国家都已采用Rp1. 0代替Rp0. 2作为屈服强度，按此方法可有效提高材料许用应力值，如奥氏体不锈钢按此方法设计可提高许用应力12%～43%。同样，采用更高的屈服强度也会降低压力容器的强度裕度。
关键词：轻型化，应变强化，LNG储罐，设计
Designing technology research of LNG tanks based on stain strengthening
Abstract
For the past few years,with the rapid development of our national economy and the increasing popularity of low-temperature technology application,low-temperatureliquefied gasessuch as liquidnitrogen, liquidoxygen,liquidhydrogen,liquid argon, liquid helium andliquefied natural gas (LNG)are usedincreasingly widely, the demand ofaustenitic stainless steel cryogenic vesselis increasing.On the other hand,under the background ofglobal warming and the energy crisis increasingly serious,energy conservation and emission reduction has become the important trend of current.In order to save materials, reduce weight, reduceenergy consumptionofmanufacturing transportation and installation process,realize the green manufacturing philosophyof safety and economic and conservation of resources,lightened design has become the leading development directionofpressure vessel.This subject research the designofLNG tanks of strain strengthening, that isconform to the present development trend and requirements.Strain strengthening technologywhich is one of thelightenedmethodsis a new technique. Applyingstrain strengthening technologytoLNG tanks design is akind ofinnovation.The purpose of this research is guaranteethe tanks having enough strength, while introducingstrain strengthening technologytoeffectively reducethewall thicknessof tanks, achievinglightened designof LNG tanks, saving resources, reducing the costof the product and improvingthe competitiveness ofproducts.
Strain strengthening designof internal tank of this subjectaccord toEUstandard EN13458 -2:2002 and China enterprise standard Q/CIMC23001-2009<austeniticstainless steel strain strengthening cryogenic vessel-fixed vessel>, the external tank andsafety devicedesign accord to GB150, doingconventional designof internal tank accord to GB150 and comparing withstrain strengthening design, then doingrelated security checkusestrainstrengtheningdesign scheme, finally doingpipingdesign and drawing. Research find that applyingstrain strengthening technologyto LNG tank design canstill meet the required strengthand haveenough security margins, while it caneffectively reduce the wall thickness of tanks. This shows thatstrain strengthening technology can be usedas an effective technique in the design and manufacture of LNG tanks, thus achieving thegreen manufacturing philosophy.
但是高强度材料的购买成本更高；而且为了充分发挥材料的高强度优势，容器的制造工艺及其焊接质量也要相应的提高，这将使容器的制造成本提高。所以是否选用高强度的材料需要综合考虑容器的制造、运输和运行成本，使其总成本达到最小。
1.1.2 降低安全系数
随着压力容器用钢质量（特别是纯净度）的提高，焊接技术的进步，射线检测、超声检测、涡流检测等无损检测技术的发展，以及寿命预测和可靠性分析技术水平的提高，压力容器安全系数呈现出下降趋势。在我国，《固定式压力容器安全技术监察规程》也对安全系数进行了调整，常规设计中nb从3降低到了2.7、ns降低到了1.5。安全系数的调整可明显的提高材料的许用应力，显著的降低钢材的用量。
本课题研究的内容主要有：压力容器轻型化的方法及其各自的优缺点、应变强化技术的原理、LNG储罐的结构设计、LNG储罐内外罐以及保冷层的设计壁厚的确定、引进应变强化技术前后壁厚的比较、LNG储罐的强度校核、LNG储罐日蒸发率的校核、LNG储罐安全附件的设计与选型和LNG储罐的管道设计等。
本课题依据欧盟标准EN13458-2：2002和中国企业标准Q/CIMC23001-2009《奥氏体不锈钢应变强化深冷容器—固定容器》进行内罐的应变强化设计，依照GB150进行LNG储罐外罐以及安全装置等的设计，按照GB150进行内罐的常规设计并与应变强化设计进行比较，然后用应变强化的设计方案进行相关的安全校核，最后进行管道设计和制图。研究发现将应变强化技术引进液化天然气储罐的设计,在有效减少内罐的壁厚的同时，仍然能满足强度要求，而且还有足够的安全裕度。这说明可以将应变强化作为一种有效的技术应用于液化天然气储罐的设计、制造，从而实现绿色制造理念。
1.1 压力容器轻型化的方法
1.1.1 选用更高强度的材料
随着炼钢技术的进步，压力容器用钢沿着一条低强度—中强度—高强度—超高强度的路线发展。超高强度钢和具体更高强度的复合材料已经在压力容器中获得应用。
在压力容器设计的选材阶段，可以通过选用更高强度的材料来提高材料的许用应力，从而降低容器的壁厚，减轻容器的重量，实现容器的轻量化。
Key words: lightened, strain strengthening, LNG tank, design
第1章 绪论
在全球气候变暖和能源危机日益严峻的背景下，轻型化设计已经成为压力容器的主导方向。近年来，随着低温液化气体的应用日益广泛，给低温液化气体的储存和运输带来了机遇和挑战。为了节约资源、提高容器的竞争力，如何减轻液化气体储罐的制造、运输成本成为了关键。作为轻型化方法之一的应变强化技术是一种新技术。将应变强化技术应用于奥氏体不锈钢低温容器，通过对内容器进行超过屈服压力的应变强化处理，可提高材料屈服强度，减薄内容器设计壁厚，实现低温容器的轻量化，降低其制造和运输过程中的的能耗。
This subject study that: thelightenedmethods ofpressure vesselandtheir respective advantages and shortcomings,the principle ofstrainstrengthening technology, structural designing of LNG tank, calculating the design wall thickness of the internal and external tankandthe anti-condensation coating, comparing wall thicknessbefore and afterintroducing strain strengthening technology, strength check of LNG tank, therate of evaporationcheck, securityannex design and selectionandpiping designof LNG tank and so on.
本科生毕业设计（论文）
题目：LNG储罐设计技术研究
姓名：
学号：
学院：化学化工学院
专业：过程装备与控制工程
年级：
指导教师：
2011年5月31日
基于应变强化的LNG储罐设计技术研究
摘要
近年来，随着我国国民经济的迅速发液化天然气等低温液化气体的应用日趋广泛，奥氏体不锈钢深冷容器的需求量不断增长。另一方面，在全球气候变暖和能源危机日益严峻的背景下，节能减排已成为当前的重要趋势，为了节约材料,减轻重量,降低制造、运输和安装过程中的能耗,实现安全与经济并重、安全与资源节约并重的绿色制造理念,轻型化设计已经成为压力容器的主导发展方向。而本课题研究的应变强化的LNG储罐的设计正符合现在的发展趋势和要求，作为轻型化方法之一的应变强化技术是一种新技术，将应变强化技术应用于LNG储罐的设计是一种创新。本课题研究的目的就是在保证储罐拥有足够的强度的同时，引进应变强化技术，有效的减少内罐的壁厚从而实现LNG储罐的轻型化设计、节约资源、减少产品的成本和提高产品的竞争力。