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大型LNG储罐预冷规律研究

徐艳华  
【摘要】:大型LNG储罐是LNG接收站的核心设备也是储存LNG的主要设备,储罐投产前对储罐的调试工作中最关键、难度最大的环节就是储罐的预冷。LNG储罐预冷工艺的顺利完成对站场投产运行的效率和安全性都具有重要意义。本文以16×10~4m~3的LNG储罐作为研究对象,通过数学理论分析和数值模拟相结合的方法,对LNG储罐预冷过程的预冷参数及物理场的变化规律进行研究,主要研究内容与结论如下:对大型LNG储罐预冷过程进行热力分析,建立数学计算模型,对LNG储罐预冷过程中预冷参数进行研究。计算分析得出以下结论:(1)随着冷却速率增大,LNG储罐预冷时间缩短,预冷介质用量减少。得出最佳冷却速率4.9K/h,预冷时间39h,预冷介质LNG用量609.11t,其中罐内气体、9%Ni钢、铝吊顶、隔热层、漏热所需预冷介质量分别约占预冷介质用量的20%、31%、2.6%、38.6%和7.8%。(2)储罐漏热量所需预冷介质量约占总量的5%~12%,不能忽略漏热量的影响,且罐底漏热量最大,应作为储罐保冷工作的重点。(3)计算不同罐容的LNG储罐的预冷参数,液氮用量约是LNG用量的2倍,但成本约是LNG成本的一半。因此,理论分析LNG储罐预冷时用液氮预冷更节约成本。通过对储罐隔热层的分析得出:(1)在储罐预冷过程中,隔热层预冷所需LNG用量最大,影响因素之一是隔热层的质量。(2)从保冷损失率和防止LNG蒸发角度考虑,罐壁隔热层厚度从0.38m到0.66m,保冷损失率和蒸发损失率仅降低了1.5%和0.0048%。因此,减小储罐隔热层的厚度既减少了隔热层对预冷介质的消耗量,降低预冷成本,又减少了建造储罐时隔热层的成本。LNG储罐预冷可分为低温气体预冷和低温液体预冷。对LNG储罐低温气体预冷进行数值模拟,建立16×10~4m~3LNG储罐的模型后,导入FLUENT软件进行模拟计算。根据模拟结果得到入口BOG不同温度下的参考流量,罐内温度场的变化规律。储罐罐壁温度梯度最大,罐壁近底板处的温降最大,罐内气体温降大于內罐壁温降。对LNG储罐进行低温液体预冷时,针对LNG预冷相变问题进行理论分析,编写了UDF程序进行模拟。根据模拟结果得出:通过喷淋进入储罐的LNG汽化后并不能完全覆盖整个储罐。LNG入口处的温度、压力最小。气体的流动方向与入口流量的大小和出口位置有关。储罐内部温度场分布受流体扰动和罐壁阻挡的影响明显。因此在符合规定要求的冷却速率下,增大LNG流量有利于温度场的快速均匀,提高预冷效率。


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