高壓液氧儲罐的高效預(yù)冷方法研究.pdf

1、隨著低溫技術(shù)的發(fā)展，低溫液體的應(yīng)用日趨廣泛。與常規(guī)流體相比，低溫液體沸點低，汽化潛熱小，制取成本高。為了能輸送和存儲單相低溫液體，保證輸送管道和低溫儲罐的安全，預(yù)冷過程不可或缺。目前，工程上對預(yù)冷過程的控制主要依賴于操作人員，處于經(jīng)驗與半經(jīng)驗狀態(tài)，缺乏明確的理論指導。為了提高預(yù)冷過程經(jīng)濟性，對預(yù)冷時間與預(yù)冷介質(zhì)消耗量控制提出了更高的要求。對預(yù)冷過程進行進一步研究有助于此類問題的解決。
　　高壓液氧儲罐筒體較厚，使用過程中對安全性能

2、要求高，預(yù)冷方案的制定尤為重要?，F(xiàn)有的預(yù)冷研究主要針對常壓薄壁小管徑管路及超大型LNG貨艙，對厚壁高壓低溫儲罐的預(yù)冷研究鮮有報道。為了能安全、經(jīng)濟、快速地對高壓液氧儲罐進行預(yù)冷，本文主要開展了以下工作：
　　1）從熱力學基本理論出發(fā)，進行預(yù)冷時間及預(yù)冷介質(zhì)消耗量預(yù)測。采用穩(wěn)態(tài)與變熱導率的熱力學分析方法，建立儲罐預(yù)冷時間與預(yù)冷介質(zhì)消耗量數(shù)學模型，推導了儲罐溫度隨時間的變化關(guān)系，探討進口流量與預(yù)冷時間、介質(zhì)消耗量之間的相互影響。并將不

3、同的計算方法相結(jié)合，指導選取最佳預(yù)冷流量；
　　2）采用CFD模擬方法，模擬儲罐在預(yù)冷過程中的降溫過程。通過相變模型修正與時間步長驗證，獲得底部進液過程中不同進口流量下儲罐的溫度、壓力、氣液分布變化，獲得罐內(nèi)氣體及罐壁的冷卻規(guī)律；
　　3）為了縮短預(yù)冷時間及減小預(yù)冷過程中罐壁因溫差產(chǎn)生的熱應(yīng)力，對儲罐結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化。在罐內(nèi)增設(shè)縱向噴孔，可有效改善罐壁因溫差帶來的應(yīng)力集中現(xiàn)象；基于材料低溫特性的壁厚設(shè)計計算方法，充分利用材料的