液化天然气自蒸发流动阻力特性与管道受力研究

发布时间：2020-07-17 06:31

【摘要】：液化天然气加气站中,液态天然气(LNG,Liquid natural gas)在低温潜液泵作用下,通过管线从储罐进入低温潜液泵入口,此管线中自蒸发流阻特点及受力分布影响加气站的正常稳定运行。针对LNG在流动过程中存在由温度变化、压力变化引起的自蒸发现象,本文通过建立LNG自蒸发数学模型,研究了LNG蒸发气化流动过程及流动损失与蒸发气化强度的关系。研究结果表明:所提出的新算法实现了LNG自蒸发流动过程的模拟,揭示了管线内气液两相流特点和流动损失与蒸发气化强度间的关系,即适量气化促进LNG流动,剧烈气化阻碍LNG流动。以AllProps数据库中液态甲烷和气态甲烷的物性参数近似代替液态天然气和气态天然气的物性,得到液态/气态天然气在压力范围0.1MPa~1MPa、温度范围在95K~150K之间的物性数据,并将物性参数进行程序化处理,建立物性数据库;编程控制不同压力下的饱和温度,通过所建立的液体自蒸发数学模型,实现液体自蒸发流动过程。分析液化天然气蒸发气化所产生的气液两相流流动特点,得到管线内部压力分布、气体分布及湍动能分布云图,对比研究了影响液态天然气蒸发气化的因素。在局部阻力方面,采用数值模拟的方法从流体温度、液体含气率、壁面粗糙度等实验难以控制的方面对液化天然气在弯头、低温截止阀内的流动损失变化规律进行研究。通过建立低温截止阀和弯头的流道模型和结构模型,采用VOF(Volume of fluid)模型,捕捉气体在弯头和截止阀内部的位置,分析研究气体运动规律。提出了一种基于模拟流场的管道应力变形研究分析方法,研究了液化天然气流动过程中流体与壁面热流固耦合问题,实现了将离散化的温度场加载为管道应力分析的边界条件,避免了整体加载应力边界条件的不足,得到了潜液泵池入口管线应力和变形的分布特点,找到了应力最大截面和变形最大位置并得到了最大应力处应力变化规律。
【学位授予单位】：中国石油大学(华东)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TE626.7
【图文】：

压力分布,内壁,流体速度,直管段

图 2-1 压力分布Fig2-1 Pressure distribution图 2-2 速度矢量图Fig2-1 The velocity vector diagram动，由于流动转向的存在，出现直管段进入转向段时，外壁的压，内壁侧的流体速度相对增大。；内壁侧低压区流体被由外侧扩

速度矢量,天然气,低温液化,内壁

图 2-2 速度矢量图Fig2-1 The velocity vector diagram动，由于流动转向的存在，出现直管段进入转向段时，外壁的压，内壁侧的流体速度相对增大。；内壁侧低压区流体被由外侧扩化天然气的的储存温度是-162℃的保冷方法下，也避免不了液体。气液两相流是低温液化天然气

小气泡,气泡,流动方向,液化天然气

t=0.036s t=0.044s t=0.052s t=0.06s t=0.068s图 2-3 小气泡在弯头内的运动Fig2-3 Movement of small bubble in elbow弯头内，沿着液化天然气流动方向，单个小气泡逐渐向内壁靠近，在流动方向完全转变后，气泡完全贴近弯头内壁侧流动。在弯头的流道中，由于液化天然气流动方向的改变，因此出现了从弯头弯曲中心指向管子外壁侧的转向离心力。这使流道内的液体从起始流道流向到转向流道时，外壁侧的压强变大，内壁侧的压强变小；同时，由于液体和气体的密度相差很大，气体向内壁侧运动。流体转向结束后的直管段，气泡沿着内壁侧向前运动。2.3.2.2 多气泡（垂直于壁面）在中间进入多气泡（垂直于壁面）

【参考文献】