LNG船独立C型液罐传热与蒸发率研究

摘要

这些年来，天然气作为一种清洁能源逐渐被广泛使用。陆上的LNG运输主要通过管道和运输车，LNG运输船是海上运输LNG的主流。LNG运输船通常使用超低温的储液罐保存液态天然气。在运输过程中，LNG储液罐的外部环境会随着航线发生变化，液罐因为外部环境的不同，吸收不同的热量进入罐内。导致部分液体蒸发形成蒸汽，这部分蒸汽又会进一步引起罐内压力增大。因为LNG的易燃、易爆特性，会产生安全隐患。并且蒸发过多天然气气体也会造成运输成本的上升。LNG液罐的绝热性能对LNG运输船的安全运输有重要的意义，因此本文对独立C型液罐的温度场和蒸发率进行研究。 本文的第一部分首先对液态天然气的热力学性质做了简单的概述。能够准确的计算热力学性质的各项参数对研究热力学过程有很大的帮助。并给出了热力学性质和天然气的迁移性质计算相关的公式。最后对稳态温度场的热分析原理进行了介绍，包括热分析的特点、热分析单元、热载荷和边界条件。 本文的第二部分首先对ANSYS热分析的的具体过程进行概述，并给出了热传导微分方程。随后基于某小型液氮储罐实验的结果，进行LNG储液罐的蒸发模型分析，与实验结果进行对比。提出了LNG储液罐蒸发率预测方法，并进行了有限元分析，得出了一些LNG储液罐的蒸发率规律。 本文的第三部分首先基于稳态温度场理论，对6000m3LNG储液罐进行了数值分析，求得热量分布情况，对储液罐在不同外界温度下的相应蒸发率进行预测，并考虑了热辐射影响下的蒸发率情况。其次，对蒸发率的公式进行了归纳总结，计算了储罐的静态蒸发率，并推导计算了，6000m3LNG储液罐不同内压的静态蒸发率。得出不同内压下蒸发率规律。最后使用饱和均质模型，对LNG的静态自然升压和无损储存时间进行了研究计算，研究了无损储存时间在不同设计压力下和不同外界温度下的规律。 本文的第四部分基于气液平衡理论，利用Aspen Hysys软件，对LNG密闭储罐的压力进行研究。首先建立密闭LNG储罐内静态蒸发的模型，简要的介绍了结构单元节流阀和分离器（储罐）。其次，给出了LNG储罐静态蒸发Hysys动态模型以及相应的模拟方法和工况。最后，分析了储罐内压力变化，不同LNG组分对储罐内压力的影响，不同充满率对储罐压力的影响。 本文的研究内容对LNG船独立C型液罐传热与蒸发情况有一定的参考价值。

目录

第一个书签之前

摘 要

Abstract

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 研究现状

1.2.1 LNG储罐蒸发率研究现状

1.2.2 LNG储罐压力研究现状

1.3 主要研究内容

2 LNG物性参数与稳态温度场原理

2.1 概述

2.2 天然气的热力学性质

2.2.1 密度

2.2.2 饱和蒸汽压

2.2.3 蒸发潜热

2.2.4 比焓

2.2.5 比热容

2.3 天然气的迁移性质

2.3.1 粘度

2.3.2 导热系数

2.3.3 扩散系数

2.4 温度场热分析介绍

2.4.1 热分析的特点

2.4.2 热分析单元

2.4.3 热载荷和边界条件类型

2.4.4 热传导方程及初始条件和边界条件

2.5 本章小结

3 某小型LNG储罐温度场与蒸发率计算原理与数值模拟

3.1 概述

3.2 稳态热分析概述

3.2.1 稳态热分析定义

3.2.2 稳态热分析基本步骤

3.3 LNG实验罐温度场及蒸发率有限元分析

3.3.1 LNG储罐传热分析

3.3.2 LNG 储罐计算参数

3.3.3 LNG储罐数值模拟

3.4 影响温度场及蒸发率的因素分析

3.4.1 环境温度的影响

3.4.2 保温层厚度的影响

3.4.3 导热系数的影响

3.5 本章小结

4 6000m3密闭LNG储罐蒸发率预报计算

4.1 概述

4.2 6000m3储罐温度场及蒸发率有限元分析

4.2.1 6000m3LNG储罐有限元模型

4.2.2 边界条件

4.2.3 数值模拟结果及分析

4.3 LNG储罐不同内压下的蒸发率

4.3.1 LNG蒸发率计算

4.3.2 LNG静态蒸发率计算

4.3.3 LNG储罐不同压力下的蒸发率计算

4.4 LNG储罐蓄压时间计算

4.4.1 LNG储罐蓄压时间计算公式

4.4.2 不同设计压力下的LNG储罐蓄压时间计算

4.4.3 不同环境温度下的LNG储罐蓄压时间计算

4.5 本章小结

5 基于Aspen Hysys的6000m3储罐压力研究

5.1 概述

5.2 LNG密闭储罐HYSYS模型

5.2.1 节流阀

5.2.2 储罐及分离器

5.3模拟方法

5.4模拟结果与分析

5.4.1 储罐内压力变化

5.4.2 不同LNG组分对储罐内压力的影响

5.4.3 不同充满率对储罐压力的影响

5.5本章小结

结 论

参 考 文 献

附录 数值模拟相关命令流

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致 谢

大连理工大学学位论文版权使用授权书