FLNG（Floating Liquefied Natural Gas）浮式天然气液化生产储存装置生产过程中连续装载，需要在不同液位状态下适应各种复杂海况条件所产生的冲击载荷。对货物围护系统的设计提出更高要求。本文对FLNG 的液货舱进行晃荡数值分析，并采用水介质进行典型装载工况下各自由度的液货舱晃荡试验研究，得到压力监测点上的晃荡载荷。同时观测自由面运动形态，分析 LNG 液货舱不同液位下晃荡特性及冲击压力影响，并将模型试验结果换算至实船参数，得到货物围护系统可能产生的最大压强，为实船设计和货物围护系统材料选择提供依据。
Continuous loading during FLNG production requires cargo containment system to fit the impact loads generated by various complex sea conditions at different liquid levels. Higher requirements have been put forward for the design of cargo containment systems. A numerical analysis of the sloshing of FLNG's cargo tanks, and a experimental research on the sloshing of cargo tanks with various degrees under typical loading conditions was carried out using water medium. The sloshing load at the pressure monitoring point is obtained. Simultaneously observe the free surface motion morphology, analyze the sloshing characteristics and impact pressure effects of LNG cargo tanks at different liquid levels. Finally, the model experimental results are converted to the actual ship parameters to obtain the maximum pressure that may generate by LNG in the cargo containment system. This provides a basis for the design of actual FLNG and the materials selection of the cargo containment system.
2024,46(22): 45-51 收稿日期：2023-11-7
DOI：10.3404/j.issn.1672-7649.2024.22.008
分类号：U663.8
基金项目：国家863计划资助项目（2013AA09A216）；工信部资助项目（CBG3N21-2-6）
作者简介：李恩道(1986-),男,高级工程师,研究方向为LNG工艺和装备技术研发设计
参考文献：
[1] 陈杰, 马爽, 张晓慧, 等. 基于有限元的大型FLNG换热器热-机械应力结构强度评估[J]. 压力容器, 2022, 39(10): 35-45.
[2] 谢彬, 喻西崇, 韩旭亮, 等. FLNG研究现状及在中国南海深远海气田开发中的应用前景[J]. 中国海上油气, 2017, 29(2): 127-134.
[3] 邱中建, 赵文智, 胡素云, 等. 我国天然气资源潜力及其在未来低碳经济发展中的重要地位[J]. 中国工程科学, 2011, 13(6): 81-87.
[4] 裴廷瑞. 晃荡荷载作用下FLNG液舱围护系统的可靠性分析与优化设计研究[D]. 哈尔滨: 黑龙江科技大学, 2022.
[5] 姜泽冠. 浅谈中小型浮式FLNG货舱系统选型[J]. 陕西煤炭, 2016, 35(2): 93-96+89.
[6] 王舒雅, 胡志强, 陈刚. 液舱晃荡对FLNG运动耦合影响的水动力模型试验和数值分析研究[C]//中国海洋工程学会. 第十七届中国海洋(岸)工程学术讨论会论文集(上). 海洋出版社, 2015.
[7] 卫志军, 张文首, 王安良, 等. 基于 SPH 方法的二维矩形舱液体晃荡数值研究[J]. 大连理工大学学报, 2014, 54(6): 597-603.
[8] 骆阳, 朱仁庆, 刘永涛. FPSO 与运输船旁靠时液舱晃荡与船舶运动耦合效应分析[J]. 江苏科技大学学报, 2015, 29(4): 307-316.
[9] 操戈, 李旭, 张咏鸥, 等. FPSO 液舱晃荡与船舶时域耦合运动数值模拟[J]. 中国舰船研究, 2015, 10(1): 88-96.
CAO Ge, LI Xu, ZHANG Yongou, et al. Numerical simulation of ship motion coupled with tank sloshing for FPSO[J]. Chinese Journal of Ship Research, 2015, 10(1): 88-96.
[10] 赵小西, 卫志军, 阮诗伦, 等. 液体晃荡荷载与液舱运动相位关系的数值研究[J]. 船舶力学, 2015, 19(8) : 919-926.
ZHAO Xiaoxi, WEI Zhijun, RUAN Shilun, et al. Numerical study on phase relation between sloshing-liquid global force and tank motion[J]. Journal of Ship Mechanics, 2015, 19(8): 919-926.
[11] 旭亮, 谢彬, 朱小松, 等. 大型FLNG液舱晃荡和船体耦合运动研究现状及展望[J]. 中国海上油气, 2017, 29(1): 116-123.
[12] 朱小龙. 基于晃荡荷载分析的FLNG储液舱舱型设计[D]. 大连: 大连理工大学, 2014.
[13] 张玉奎, 钱笠君, 郑文青, 等. FLNG薄膜型液货舱结构强度分析[J]. 船舶工程, 2019, 41(9): 31-35+130.
ZHANG Yukui, QIAN Lijun, ZHENG Wenqing, et al. Strength analysis of FLNG membrane cargo hold structure[J]. Ship Engineering, 2019, 41(9): 31-35+130.
[14] 陈杰. 中国南海FLNG液化技术与关键设备方案研究[J]. 化工学报, 2015, 66(S2): 300-310.
[15] 苑中排, 王富超, 刘一, 等. 基于CFD的液舱晃荡与船舶耦合运动数值模拟[J]. 江苏船舶, 2022, 39(3): 1-5.
YUAN Zhongpai, WANG Fuchao, LIU Yi, et al. Numerical simulation of tank sloshing and ship coupling motion based on CFD[J]. Jiang Su Ship, 2022, 39(3): 1-5.
[16] DOH H D , JO J H , SHIN R B , et al. Analysis of the Sloshing Flows of a LNG Cargo Tank[J]. Journal of Thermal Science, 2011, 20(5): 442-448.
[17] MENG X, MA X Z, ZHENG Y M, et al. Analytical modeling of fluid sloshing in a 2D rectangular container with a bottom-mounted T-shaped baffle[J]. China Ocean Engineering, 2022, 36(2): 299-310.
[18] JIANG S C, TENG B, BAI W, et al. Numerical simulation of coupling effect between ship motion and liquid sloshing under wave action[J]. Ocean Engineering, 2015, 108, 140–154
[19] WANG C , GUO C , HAN F . LNG Tank Sloshing Simulation of Multidegree Motions Based on Modified 3D MPS Method[J]. Mathematical Problems in Engineering, 2020, 4018925.
[20] 吴江涛, 陈作钢. 基于CFD的大型船舶液舱晃荡研究[J]. 舰船科学技术, 2021, 43(23): 37-43.
WU Jiangtao, CHEN Zuogang. CFD-based study on tank sloshing of a large vessel[J]. Ship Science and Technology, 2021, 43(23): 37-43.
[21] 张会霞, 李师, 邹昶方, 等. 横摇-横荡复合激励下液舱晃荡的压力特性[J]. 广东海洋大学学报, 2023, 43(1): 111-118.
[22] ZHUANG Yuan, WAN Decheng. Numerical study on ship motion fully coupled, international[J]. Journal of Computational Methods with LNG Tank Sloshing in CFD Method, 2019, 16(6): 1840022
