储罐内部LNG翻滚现象的数值研究

发布时间：2020-03-25 08:24

【摘要】：随着我国环境污染的日益加剧和能源消费的日益增长,未来我国对清洁能源天然气的需求将迅速增加,到2020年我国对液化天然气(LNG)的需求量将达到6000万吨,安全存储对LNG产业的发展至关重要。LNG对存储环境的要求较为苛刻,在长时间存储过程中,储罐内容易发生液体剧烈蒸发引起的失稳存储现象,这种现象就是分层翻滚,分层翻滚直接威胁LNG的安全存储,因此研究储罐内LNG分层翻滚特性对LNG产业发展有着十分重要的意义。本文采用数值计算的方法,首先分析了分层完成之后储罐内部的液体运动特性,然后研究了分层密度差对储罐内部液体存储状态的影响,最后分析了LNG中含氮量对其密度的影响,并且模拟了不同的充装方式对分层的影响。本文研究表明:(1)分层演化过程中,储罐内部扰动首先出现在分界面附近,液面处与储罐底部速度出现相对较晚并且速度最大值相对较小;(2)本次模拟中,速度值0.083 m/s可以作为判断储罐内部液体是否处于安全存储状态的依据,当分层密度差较小(小于0.5 kg/m~3)时,储罐内部液体为自然对流循环,储罐处于安全存储状态;(3)立式150 m~3LNG储罐内部由稳定存储向不稳定存储过渡的临界密度差在0.4-0.6 kg/m~3这一区域附近,通过理论分析验证了实际工程中判断分层是否发生依据的正确性;(4)LNG含氮量对密度具有显著影响,微小的氮含量的差异也会导致LNG较大的密度差,这种密度差足够引起分层;(5)对于密度不同的LNG之间,采取合理的充装方式可以降低储罐内部分层发生的风险。
【图文】：

LNG储罐

在蒸发的过程中，氮气要先于其他的组分优先蒸发，上层体的密度减小，与下层密度较大的液体产生分层；（2）外界部和侧壁漏热影响之下，下层的液体吸收热量，温度升高，的液体运动强度不足以使上下层液体能够在短时间内混合均自层中，从而形成上层密度大下层密度小的不稳定分层，上明显的分界线；（3）向储罐内充注与原有 LNG 温度、组分差进液的方式充装比LNG储罐内的原有液体密度小的新的LN的方式充装比 LNG 储罐内的原有液体密度大的新的 LNG 时下层液体密度大，上层液体密度小的稳定分层结构[3]。有存在分层的 LNG 储罐内部液体的循环过程，甲烷在气液使液体的表面冷却，，表面层的密度增加，上层液体下沉；同入的热量会使得底部液体温度上升，密度减小，下层液体上部形成对流循环，确保液体的混合均匀[4]。

LNG储罐,储罐

图 1-2 出现稳定分层的 LNG 储罐[4]，上下液体层之间很少有热和质量交换，各层都有自己的对主要来自于储罐底部与侧壁，在上层液体的挤压作用下，储液体吸收渗入的热量之后不能及时蒸发而处于过饱和状态，液体对流循环强度会随液体吸收热量的增加和时间的推进逐强到一定程度之后，层与层之间的分界面将会被打破，上下混合，使得下层处于过饱和状态的液体在短时间内迅速蒸发力急剧上升，超出储罐的安全压力范围，这就是翻滚发生的过中，储罐内下层液体温度变化可能会出现两种情况：（1）通热量小于下层液体吸收的热量，下层液体被加热；（2）通过大于下层液体吸收的热量，下层液体被冷却。而上层液体温化会出现两种可能：当温度升高对密度造成的影响大于轻组
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TE88

【参考文献】