影響LNG儲存容器蒸發(fā)率因素的研究.pdf

1、LNG(Liquefied Natural Gas的簡寫)就是將礦場生產(chǎn)的天然氣經(jīng)過凈化、制冷、液化等措施后，在常壓、-160℃下成為液態(tài)的天然氣。LNG是一種多組分混合物，其溫度和組分的變化都會引發(fā)諸多問題，如儲罐中LNG分層和翻滾問題、蒸發(fā)問題等。為了解決這些問題，就需要了解LNG分層和翻滾的演變規(guī)律，弄清楚LNG儲罐內(nèi)溫度場分布、壓力及蒸發(fā)變化規(guī)律。 利用儲罐的靜態(tài)日蒸發(fā)率和保溫層導熱系數(shù)表達的修正格拉曉夫數(shù)Gr*，在國內(nèi)

2、首次建立了LNG在儲罐內(nèi)自然對流流態(tài)的判別準則，并用實例進行計算，判別結(jié)果和實測結(jié)果一致。用該判別準則不同類型的LNG儲罐進行計算，結(jié)果表明LNG在儲罐內(nèi)的自然對流流態(tài)可能為層流，也可能為紊流。 基于雙擴散理論和粘性流體方程，建立了紊流態(tài)LNG分層和翻滾演變的數(shù)學模型，借助于改進的FLUENT軟件對紊流態(tài)LNG分層和翻滾演變模型進行求解，可以直觀地看到LNG分層和翻滾的演變過程分為：固定分界面階段、移動分層界面階段、分層界面加速

3、移動階段和翻滾階段四個階段，這與國外文獻中的模擬試驗結(jié)果一致。通過分析計算結(jié)果，作者認為LNG分層和儲罐內(nèi)LNG的熱邊界層流動是產(chǎn)生翻滾的根本原因，中心射流的沖擊和卷攜作用及熱邊界層流動是破壞LNG分層界面的主要因素。利用紊流態(tài)LNG分層與翻滾演變模型對影響LNG分層與翻滾演變過程的各種因素進行分析發(fā)現(xiàn)，當液體分為兩層時，上重下輕分層在環(huán)境的漏熱作用下會發(fā)生分層位置的自發(fā)調(diào)整現(xiàn)象，且發(fā)生翻滾的時間(508min)比下重上輕分層發(fā)生翻滾需

4、要的時間(445min)長：當儲罐內(nèi)液體的分層數(shù)趨于無窮多，相鄰分層間密度差趨于零時，分層發(fā)生翻滾的時間將趨于無窮大，即混合均勻的LNG不會發(fā)生翻滾。 在國內(nèi)首次以LNG為試驗介質(zhì)、以密閉LNG儲罐為對象進行了儲罐的壓力、日蒸發(fā)氣體量及蒸發(fā)率試驗，結(jié)果證明：(1)密閉LNG儲罐內(nèi)的溫度場是非均勻的，即氣相部分溫度高于氣液分界面處溫度、氣液分界面處液體溫度高于液相主體的溫度；(2)存在臨界初始充滿率，當初始充滿率小于臨界充滿率時，

5、某一充滿率下的日蒸發(fā)氣體量和蒸發(fā)率隨時間增加而增大；當初始充滿率大于臨界充滿率時，某一充滿率下的日蒸發(fā)氣體量和蒸發(fā)率先隨著時間增加而增大，后又隨著時間的增加而減小。 基于試驗結(jié)果和質(zhì)量守恒及能量守恒原理，建立了密閉LNG儲罐三分相蒸發(fā)率模型，用C語言編制了計算程序，并進行了實例驗證。結(jié)果證明三分相蒸發(fā)率模型的計算結(jié)果與試驗結(jié)果基本一致，且比HYSYS軟件的計算結(jié)果更接近試驗值。利用三分相蒸發(fā)率模型分析了各種影響密閉LNG儲罐的壓

6、力和蒸發(fā)率的因素，結(jié)果顯示在計算的壓力范圍(0.35MPa～0.75MPa)內(nèi)：(1)密閉LNG儲罐存在一“最佳初始充滿率(本論文計算：ψ<,ic>=0.805)”，當初始充滿率小于最佳初始充滿率時，儲罐的安全儲存時間隨著初始充滿率增大而增大；初始充滿率大于最佳初始充滿率時，儲罐的安全儲存時間隨初始充滿率增大而減小；充滿率等于最佳初始充滿率時密閉LNG儲罐的安全儲存時間最大(本論文計算t<,max>=23.77天)。(2)儲罐保溫層導熱