含氮1％的液化天然气低温分层贮存研究

《含氮1％的液化天然气低温分层贮存研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、北京石油化工学院学报第23卷第1期Vo1．23NO．1JournalofBeijingInstituteof2015年3月Mar．2015Petro—chemicalTechnology含氮1％的液化天然气低温分层贮存研究韩一飞(iN安航空学院，陕西西安710077)摘要：针对含氮1液化天然气储罐内分层现象，通过建立模型并求解N-S方程获得距液面不同高度下温度计算表达式。结合给定储罐及所处环境参数，计算随时间变化储罐内温度分布并绘制温度变化曲线，该表达式所得理论数据与已有实验数据比较符合，与液氢热分层数值模拟结果温度分布趋势比较一致，进而为LNG储罐内分层发生翻

2、滚的极限即判据的进一步研究提供理论支持。关键词：分层；温度分布；液化天然气；液氢中图分类号：TB658文献标志码：ALNG会因为组分和温度的不同引起密度为12m。材料：不锈钢，外表珠光砂绝热20的差异造成液货舱内的分层现象[1]。漏热的mm厚。常压，气体纯度：含氮1的CH。影响下，上层密度较小的LNG和下层密度较1．2理论基础大的LNG会形成独立的对流运动。上下两部建立分层几何模型。。分层模型示意分LNG的温升速率会有所不同，下层LNG在图如图1所示。上层液体的重力作用下不可能蒸发至过饱和状D态。在特定的条件上下层间的液一液界面会因漏热引起热对流而被打破，进一步

3、导致“翻滚”P．现象口-6]，甚至会对储罐的安全造成威胁，并且安全阀被迫打开，造成LNG放空，不经济。国内外对液化天然气的分层与翻滚现象都进行了大量实验与理论研究Ⅲ7]。笔者针对低温液体分层现象，以含氮1％的甲烷为例，建立7几何模型、数学模型，简化并通过求解N—S方程得到液相区储罐内温度分布的表达式。结合图1液化气分层模型示意图液化天然气储罐的具体尺寸参数和环境参数，1．2．1分层模型计算储罐内不同高度随时间变化温度值，该理本模型中，假设靠近储罐壁面的液体首先论数据与液氢低温分层数值模拟和已知实验数受热自然对流上升，在液体上部形成温度分层据一致，为LNG储罐内分

4、层发生翻滚的极限区。分层区内的温度呈上高下低，是储罐高度即判据的进一步研究提供理论支持。的幂次函数。由于热量随液体的流动不断传1构建模型人，因此分层区不断加厚。为了求解分层区的形成过程，首先需要知道自然对流的发展。自1．1原始数据然对流边界层的动量与能量方程为：LNG容器：圆柱形竖放，内径为10m，高动量方程：收稿日期：2014—06—30[(R—)“。d]一作者简介：韩一飞(1986一)，硕士，研究方向为油气储运及压。缩机设计优化，E—mail：396703984@qq．corn。6北京石油化工学院学报2015年第23卷l0gl(尺一y)Ody—r(1)一一q

5、能量方程：kAo(293．5—110．13)q一—————一一[j。(R—)“d]一Rq”(2))一345．82w／mz将式(1)和式(2)的边界层温度和速度无量lU纲化，同时假设边界层厚度和特征速度的分布式中，A。为圆柱体外径下的周壁面积；A为内为一a1zl，U—a2z。求解得到a1、口2、m1径下的周壁面积。和，可以得出液体分层区厚度随时间的变化2温度分布计算及分析规律。同时，分层区的温度分布符合幂次分布E(z)一mZ(、n为常数，z为分层区底部以对含氮1甲烷储罐内的温度分布的计算上的高度)。利用该式可以求出温度分布式为：基于式(3)，在开始时刻，即在0．1

6、MPa时，整个储罐处于平衡均相状态，全场温度都对应一×㈣0．1MPa对应的饱和温度。这一模型中，储罐式中，A为受热面积；为分层区总高度；Z为壁面在漏热的情况下形成分层，随着储罐内液距离分层区内底部的高度；T为加热时间。可气分界面处液体的蒸发，其上部气腔的压力会以计算得到储罐内相应的压力。一直增大，直到增大至0．6MPa。由于是非定1．2．2含氮1LNG储罐周壁在环境漏热情常过程，即在这一时间段内，气腔内的压力值是况下的热流密度一直在变化的，为了简化模型，假设在一瞬间，取环境温度为2O℃，即为293．5K，空气气腔内的压力达到0．6MPa。这样，一瞬间储的对流换热

7、系数为h。一7．6w／m。·K，珠光砂罐内的气液分界面处的温度瞬间达到的导热系数为初。在0．1MPa时，纯甲烷的137．77K，即0．6MPa对应的饱和温度。此饱和温度t—ll0．13K。在0．6MPa时，含氮后，热量不断向液相区底部渗入，随着时间的延1甲烷的饱和温度￡一137．77K。在这～分层续，直到最终整个储罐内达到新的平衡状态。模型中，因为储罐内的对流换热系数较大，所以在计算过程中，由于温度是变化的，所以其物性忽略其对流换热热阻，与此同时忽略不锈钢壁参数也是一直在变化的。所以在式(3)的应用的导热热阻。过程中，通过软件可以获得含氮1天然气混管壁绝热层热阻

8、一合物在任意温度、0．6