影響LNG儲(chǔ)存容器蒸發(fā)率因素的研究.pdf

1、LNG(Liquefied Natural Gas的簡(jiǎn)寫)就是將礦場(chǎng)生產(chǎn)的天然氣經(jīng)過(guò)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(huì)引發(fā)諸多問(wèn)題，如儲(chǔ)罐中LNG分層和翻滾問(wèn)題、蒸發(fā)問(wèn)題等。為了解決這些問(wèn)題，就需要了解LNG分層和翻滾的演變規(guī)律，弄清楚LNG儲(chǔ)罐內(nèi)溫度場(chǎng)分布、壓力及蒸發(fā)變化規(guī)律。 利用儲(chǔ)罐的靜態(tài)日蒸發(fā)率和保溫層導(dǎo)熱系數(shù)表達(dá)的修正格拉曉夫數(shù)Gr*，在國(guó)內(nèi)

2、首次建立了LNG在儲(chǔ)罐內(nèi)自然對(duì)流流態(tài)的判別準(zhǔn)則，并用實(shí)例進(jìn)行計(jì)算，判別結(jié)果和實(shí)測(cè)結(jié)果一致。用該判別準(zhǔn)則不同類型的LNG儲(chǔ)罐進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果表明LNG在儲(chǔ)罐內(nèi)的自然對(duì)流流態(tài)可能為層流，也可能為紊流。 基于雙擴(kuò)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(xué)模型，借助于改進(jìn)的FLUENT軟件對(duì)紊流態(tài)LNG分層和翻滾演變模型進(jìn)行求解，可以直觀地看到LNG分層和翻滾的演變過(guò)程分為：固定分界面階段、移動(dòng)分層界面階段、分層界面加速

3、移動(dòng)階段和翻滾階段四個(gè)階段，這與國(guó)外文獻(xiàn)中的模擬試驗(yàn)結(jié)果一致。通過(guò)分析計(jì)算結(jié)果，作者認(rèn)為L(zhǎng)NG分層和儲(chǔ)罐內(nèi)LNG的熱邊界層流動(dòng)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(dòng)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(duì)影響LNG分層與翻滾演變過(guò)程的各種因素進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)液體分為兩層時(shí)，上重下輕分層在環(huán)境的漏熱作用下會(huì)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(shí)間(508min)比下重上輕分層發(fā)生翻滾需

4、要的時(shí)間(445min)長(zhǎng)：當(dāng)儲(chǔ)罐內(nèi)液體的分層數(shù)趨于無(wú)窮多，相鄰分層間密度差趨于零時(shí)，分層發(fā)生翻滾的時(shí)間將趨于無(wú)窮大，即混合均勻的LNG不會(huì)發(fā)生翻滾。 在國(guó)內(nèi)首次以LNG為試驗(yàn)介質(zhì)、以密閉LNG儲(chǔ)罐為對(duì)象進(jìn)行了儲(chǔ)罐的壓力、日蒸發(fā)氣體量及蒸發(fā)率試驗(yàn)，結(jié)果證明：(1)密閉LNG儲(chǔ)罐內(nèi)的溫度場(chǎng)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(dāng)初始充滿率小于臨界充滿率時(shí)，

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

6、力和蒸發(fā)率的因素，結(jié)果顯示在計(jì)算的壓力范圍(0.35MPa～0.75MPa)內(nèi)：(1)密閉LNG儲(chǔ)罐存在一“最佳初始充滿率(本論文計(jì)算：ψ<,ic>=0.805)”，當(dāng)初始充滿率小于最佳初始充滿率時(shí)，儲(chǔ)罐的安全儲(chǔ)存時(shí)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(shí)，儲(chǔ)罐的安全儲(chǔ)存時(shí)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(shí)密閉LNG儲(chǔ)罐的安全儲(chǔ)存時(shí)間最大(本論文計(jì)算t<,max>=23.77天)。(2)儲(chǔ)罐保溫層導(dǎo)熱