大型LNG储罐分层和翻滚的模拟研究

发布时间：2020-04-22 03:44

【摘要】：液化天然气(Liquid Natural Gas)简称LNG,是把天然气通过吸附分离等方式去除了水、二氧化碳及重烃后,在-162℃低温下常压液化形成的,储存在低温储罐中。对于液化天然气来说,体积为其气态同物质的量的1/600;密度为标准状态的600倍;与同体积水相比,重量仅为45%。现在LNG在城市储气调峰中占比增加,在生产生活中的作用也越来越重要,LNG的储存和运输技术也在快速发展中,LNG的相关技术也在天然气工业中占据更加重要的地位。大型LNG储罐具有储存效率高,对资源(土地,人员)的综合利用率高,建设成本比同等体积的小储罐低等优势,是用来储备天然气的优先选择,可用于城市储气调峰、LNG的接收终端以及LNG液化工厂中。但储罐中的分层翻滚现象会导致火灾、爆炸等事故发生,因此研究储罐中LNG液体分层翻滚的过程及影响因素具有重要的理论意义,研究成果在实际工程中有较高的应用价值。文中对LNG分层引起的翻滚现象进行研究,选取储罐中相同高度相邻的LNG二分层和三分层作为翻滚的物理模型。并根据流体力学和传热学知识建立了数学模型,利用CFD软件对储罐中LNG的翻滚过程进行模拟,分析二分层和三分层状态下LNG翻滚过程中密度场和速度场的变化。根据结果将翻滚过程分为罐壁开始发生翻滚、翻滚从壁面向中心传递、新的分层形成三个阶段。通过模拟不同时刻下不同初始密度差的速度场,得出初始密度差变化对翻滚的影响,可以将其影响分为两区间:在初试密度差较小时,两层间翻滚开始的比较晚,翻滚的过程缓慢而持久;在初始密度差较大时,层间翻滚开始的时间较早,而且极为迅速地完成混合,翻滚过程很剧烈。在同样的储罐直径和容积下,两相邻分层间的液体密度差越大翻滚出现的越早,且翻滚进行的快速而剧烈,对储罐的威胁越大。对可能影响翻滚发生的各项分层特性逐一进行分析并得出结论。分层数越多,翻滚的程度越剧烈,翻滚时间越长。在相同密度差条件下,分层高度增大,LNG液体各分层与储罐的内壁间的接触面积增加,所以粘滞力增大,相邻层间的分界面更为稳定,翻滚不易发生,所以储罐处于较为安全的环境中。并且得到在直径为80m的16万m~3的LNG储罐中,LNG分层高度为1m、2m、3m时,安全存储的临界密度差分别为3kg/m~3、4kg/m~3、5kg/m~3。通过数值模拟,得出分层特性影响翻滚发生的规律,最后提出消除分层的方法和预防翻滚的措施,对进一步研究LNG储运问题提供参考。
【图文】：

分布图,LNG接收站,分布图,接收站

分布在 5 个省市。表 1-1 为我国已验收投产的 LNG 接收站汇总表，图1-1 为我国 LNG 接收站分布图。我国天然气产业的主要运输渠道是管道气。鉴于 LNG 的特征，所以 LNG 接收站的布局主要分布在东南沿海地区。华北地区的 LNG 主要是用于“煤改气”，因其属于重工业地区，煤炭、石油、天然气等能源主要作为工业用气使用，其次在冬季华北区域居民需要大量进行采暖， LNG 主要用于用气调峰。华南地区的 LNG 主要是用于城市的燃气需求，，其次工业发电也需要一部分。华南地区是经济发达的地区，城市的燃气管网完善，生活水平较高，从经济和资源角度考虑是有利于 LNG 市场的发展。

状态图,储罐,自然对流,液体

图 2-1 LNG 分层后储罐内的自然对流循环G 发生分层后，各层液体间维持相对稳定的状态，各分层中循环，在分界面处发生质能交换。上层的 LNG 密度较小，轻吸收环境漏热和从下部传递过来的热量后，经过蒸发吸热来使上层密度持续加大。下层的 LNG 吸收外部的漏热向上层图 2-2 示意图）。在整个传递过程中，当上层与下层的密度，下层液体中还未蒸发的 LNG 将吸热而加速蒸发，对流循同的两层 LNG 发生翻滚，在翻滚过程中伴随着大量 BOG 的储罐内的压力不断增大，从而有可能引发储罐安全事故。的模型建立的几个重要参数介绍(Prandtl Number)
【学位授予单位】：山东建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TE972

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