【摘要】：液化天然氣(Liquid Natural Gas)簡(jiǎn)稱LNG,是把天然氣通過吸附分離等方式去除了水、二氧化碳及重?zé)N后,在-162℃低溫下常壓液化形成的,儲(chǔ)存在低溫儲(chǔ)罐中。對(duì)于液化天然氣來說,體積為其氣態(tài)同物質(zhì)的量的1/600;密度為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的600倍;與同體積水相比,重量?jī)H為45%。現(xiàn)在LNG在城市儲(chǔ)氣調(diào)峰中占比增加,在生產(chǎn)生活中的作用也越來越重要,LNG的儲(chǔ)存和運(yùn)輸技術(shù)也在快速發(fā)展中,LNG的相關(guān)技術(shù)也在天然氣工業(yè)中占據(jù)更加重要的地位。大型LNG儲(chǔ)罐具有儲(chǔ)存效率高,對(duì)資源(土地,人員)的綜合利用率高,建設(shè)成本比同等體積的小儲(chǔ)罐低等優(yōu)勢(shì),是用來儲(chǔ)備天然氣的優(yōu)先選擇,可用于城市儲(chǔ)氣調(diào)峰、LNG的接收終端以及LNG液化工廠中。但儲(chǔ)罐中的分層翻滾現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致火災(zāi)、爆炸等事故發(fā)生,因此研究?jī)?chǔ)罐中LNG液體分層翻滾的過程及影響因素具有重要的理論意義,研究成果在實(shí)際工程中有較高的應(yīng)用價(jià)值。文中對(duì)LNG分層引起的翻滾現(xiàn)象進(jìn)行研究,選取儲(chǔ)罐中相同高度相鄰的LNG二分層和三分層作為翻滾的物理模型。并根據(jù)流體力學(xué)和傳熱學(xué)知識(shí)建立了數(shù)學(xué)模型,利用CFD軟件對(duì)儲(chǔ)罐中LNG的翻滾過程進(jìn)行模擬,分析二分層和三分層狀態(tài)下LNG翻滾過程中密度場(chǎng)和速度場(chǎng)的變化。根據(jù)結(jié)果將翻滾過程分為罐壁開始發(fā)生翻滾、翻滾從壁面向中心傳遞、新的分層形成三個(gè)階段。通過模擬不同時(shí)刻下不同初始密度差的速度場(chǎng),得出初始密度差變化對(duì)翻滾的影響,可以將其影響分為兩區(qū)間:在初試密度差較小時(shí),兩層間翻滾開始的比較晚,翻滾的過程緩慢而持久;在初始密度差較大時(shí),層間翻滾開始的時(shí)間較早,而且極為迅速地完成混合,翻滾過程很劇烈。在同樣的儲(chǔ)罐直徑和容積下,兩相鄰分層間的液體密度差越大翻滾出現(xiàn)的越早,且翻滾進(jìn)行的快速而劇烈,對(duì)儲(chǔ)罐的威脅越大。對(duì)可能影響翻滾發(fā)生的各項(xiàng)分層特性逐一進(jìn)行分析并得出結(jié)論。分層數(shù)越多,翻滾的程度越劇烈,翻滾時(shí)間越長(zhǎng)。在相同密度差條件下,分層高度增大,LNG液體各分層與儲(chǔ)罐的內(nèi)壁間的接觸面積增加,所以粘滯力增大,相鄰層間的分界面更為穩(wěn)定,翻滾不易發(fā)生,所以儲(chǔ)罐處于較為安全的環(huán)境中。并且得到在直徑為80m的16萬m~3的LNG儲(chǔ)罐中,LNG分層高度為1m、2m、3m時(shí),安全存儲(chǔ)的臨界密度差分別為3kg/m~3、4kg/m~3、5kg/m~3。通過數(shù)值模擬,得出分層特性影響翻滾發(fā)生的規(guī)律,最后提出消除分層的方法和預(yù)防翻滾的措施,對(duì)進(jìn)一步研究LNG儲(chǔ)運(yùn)問題提供參考。
【圖文】：

分布在 5 個(gè)省市。表 1-1 為我國(guó)已驗(yàn)收投產(chǎn)的 LNG 接收站匯總表，圖1-1 為我國(guó) LNG 接收站分布圖。我國(guó)天然氣產(chǎn)業(yè)的主要運(yùn)輸渠道是管道氣。鑒于 LNG 的特征，所以 LNG 接收站的布局主要分布在東南沿海地區(qū)。華北地區(qū)的 LNG 主要是用于“煤改氣”，因其屬于重工業(yè)地區(qū)，煤炭、石油、天然氣等能源主要作為工業(yè)用氣使用，其次在冬季華北區(qū)域居民需要大量進(jìn)行采暖， LNG 主要用于用氣調(diào)峰。華南地區(qū)的 LNG 主要是用于城市的燃?xì)庑枨螅�，其次工業(yè)發(fā)電也需要一部分。華南地區(qū)是經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的地區(qū)，城市的燃?xì)夤芫W(wǎng)完善，生活水平較高，從經(jīng)濟(jì)和資源角度考慮是有利于 LNG 市場(chǎng)的發(fā)展。

圖 2-1 LNG 分層后儲(chǔ)罐內(nèi)的自然對(duì)流循環(huán)G 發(fā)生分層后，各層液體間維持相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)，各分層中循環(huán)，在分界面處發(fā)生質(zhì)能交換。上層的 LNG 密度較小，輕吸收環(huán)境漏熱和從下部傳遞過來的熱量后，經(jīng)過蒸發(fā)吸熱來使上層密度持續(xù)加大。下層的 LNG 吸收外部的漏熱向上層圖 2-2 示意圖）。在整個(gè)傳遞過程中，當(dāng)上層與下層的密度，下層液體中還未蒸發(fā)的 LNG 將吸熱而加速蒸發(fā)，對(duì)流循同的兩層 LNG 發(fā)生翻滾，在翻滾過程中伴隨著大量 BOG 的儲(chǔ)罐內(nèi)的壓力不斷增大，從而有可能引發(fā)儲(chǔ)罐安全事故。的模型建立的幾個(gè)重要參數(shù)介紹(Prandtl Number)
【學(xué)位授予單位】：山東建筑大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TE972

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本文編號(hào)：2636102