液化天然气船液货装卸模拟器的改进

摘要

近年来，天然气由于其燃烧清洁高效的优势日益受到重视。国家供给侧改革、降低煤炭提高天然气在一次能源消费中的占比，以及原油价格反弹将进一步扩大天然气的性价比，这些利好都将直接或间接推动日后我国天然气的消费量。目前我国天然气消耗量大于产量，需通过进口来弥补这个缺口。进口天然气中相当一部分通过LNG船进行运输，为保障LNG船的安全运营，需对船员进行相应的模拟器培训。本文旨在对业已开发出的LNG船液货装卸模拟器原型机作出改进。
　　针对LNG船液货装卸模拟器原型机中液货舱气体温度、压力响应型模型不能分析机理，舱内气体压力易偏离正常范围的问题，本文从传热学角度出发，对LNG船薄膜型液货舱进行了热负荷分析，通过代入“大鹏昊”实船数据进行计算，验证了本文热负荷简化计算的合理性。根据液货舱控制体积流入、流出能量与内能变化量之间的关系，同时考虑液货操作过程中气液能量转换与液货蒸发，构建了液货舱的能量守恒方程，进而根据各能量的计算方式推导出气体温度、压力随时间变化的关系式。
　　在不同液货操作工况下，控制体积内气体工质的流入、流出状态不尽相同。本文将液货舱气体温度、压力随时间变化的机理模型用于母型船“大鹏昊”预冷、装货、卸货操作过程的模拟仿真，同时设计控制策略，自动调用舱压控制设备使舱压稳定于适宜区间。液货舱预冷工况模拟的结果与“大鹏昊”实船预冷数据相差很小，从而验证了本文所建的液货舱温度、压力模型的有效性;装卸货工况下，本文模型仿真值与Kongsberg模拟器测量值在舱内气体温度、气体质量、液货体积等方面较为接近，卸货工况下舱内气体温度变化趋势与相关文献的计算结果相一致，进一步验证了本文所建的液货舱温度、压力模型的准确性。同时，采用镜像映射技术对液货舱绝缘层压力差系统进行控制器设计，仿真表明所设计的控制器控制效果好，具有一定的鲁棒性。
　　本文构建的液货舱气体温度、压力模型充分揭示了各液货操作工况下舱内气体温度、压力变化的机理，其次设计的舱压自动控制策略能保证舱压始终稳定于适宜区间。本文的研究成果有助于增强液货装卸模拟器原型机的真实感，使其更可信。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 存在的问题与改进方案

1．4 论文技术路线与章节安排

第2章 LNG船及其液货装卸模拟器

2．1 LNG及LNG船舶分类

2．1．1 LNG的理化性质

2．1．2 LNG船舶分类

2．2 液货装卸模拟器

2．2．1 液货装卸模拟器简介

2．2．2 LNG船作业流程

2．3 本章小结

第3章 液货舱气体温度、压力的实时建模与控制

3．1 液货舱传热分析与热负荷计算

3．1．1 液货舱热负荷分析

3．1．2 液货舱热负荷计算

3．2 液货舱气体温度、压力建模

3．3 液货舱气体温度、压力控制

3．3．1 高负载压缩机

3．3．2 LNG蒸发器

3．3．3 岸站回气

3．3．4 压力释放阀

3．4 液货舱绝缘层压力控制

3．4．1 绝缘层系统传递函数

3．4．2 绝缘层压力控制器设计

3．5 本章小节

第4章 LNG船液货舱气体温度、压力模拟

4．1 母型船“大鹏吴”船舶参数

4．2 “大鹏吴”液货舱热负荷计算

4．3 预冷工况模拟

4．3．1 预冷初始量计算

4．3．2 预冷工况模拟分析

4．4 装货工况模拟

4．4．1 装货初始量计算

4．4．2 装货工况模拟分析

4．5 卸货工况模拟

4．5．1 卸货初始量计算

4．5．2 卸货工况模拟分析

4．6 本章小结

第5章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

附录

攻读学位期间公开发表论文

致谢

作者简介