FPSO-LNG储罐储存特性及安全技术

摘要

FPSO—LNG船,是集海上天然气的液化、储存和装卸为一体,具有对海上气田的开采投资成本低,开发风险小,以及便于迁移、安全性高等特点,在海上油气开发中有独特的优势。由于储存的LNG(Liquefied Natural Gas的简写)是多组分混合物,又是常压低温储存且海上环境复杂,其组分和温度的变化必然引发LNG热平衡的不稳定,造成诸多问题,比如储槽承受压力、LNG的蒸发问题及释放问题等。为了解决这些问题,就需要了解引起LNG蒸发的诸多因素,包括初始充满度、环境温度、初始压力、保温材料、风速、光照、LNG组分及晃荡等,弄清LNG储槽传热过程、储槽内压力及蒸发率的变化规律。
　　 本文以30000m3的LNG储槽为研究对象、以LNG为介质,研究了低温液体储存时的压力及蒸发率变化关系。并在试验的基础上,基于质量守恒及能量守恒原理,建立了预测储槽内压力及蒸发率的模拟模型,并用试验进行了验证。结果证明,模拟计算模型的计算结果较为准确可靠。利用模拟计算模型分析了各种影响密闭储槽内压力及蒸发率的因素,结果表明:密闭储槽存在一个“最佳直径”、“最佳充满率”及安全充装范围；储槽保温层导热系数越大,储槽内压力上升得越快,安全储存时间就越短；环境温度越高,密闭LNG储槽的压力上升得越快,安全储存时间越短；含氮量、风速对储槽内的压力影响不大；含氮量越高LNG的蒸发率越低,向储槽内充注氮气可以有效的降低储槽内液体的蒸发率；初始压力越大,储槽内的压力上升的越快,蒸发率随着初始压力的增大而增大,且随初始压力的增大,蒸发率的增加速度有所减慢等。通过回归分析,分别得出储槽内压力及蒸发率变化的主要影响因素,其中初始充满率、储存时间及传热系数是关键性因素。
　　 借助于Fluent软件,基于VOF模型结合UDF模拟在不同初始速度下,不同初始充装度下,不同粘度储液下的晃动情况,并找出减小晃动的方法。此研究成果为LNG储槽的设计及运行提供了技术支持。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 研究目的及研究意义

1.2 LNG储存研究现状

1.2.1 天然气储存方式

1.2.2 储罐(槽)种类

1.2.3 FPSO-LNG储槽的结构

1.3 LNG安全储存技术的研究现状

1.3.1 储槽内压力及蒸发率的研究现状

1.3.2 有关LNG安全储存技术存在的问题

1.4 研究的工作内容

第二章 低温储存理论及实验研究

2.1 低温储存的绝热材料及方式

2.1.1 低温绝热材料

2.1.2 低温绝热方法

2.2 低温储槽传热计算

2.2.1 静止储罐(槽)总传热系数的计算

2.2.2 风速影响下的储槽传热系数的计算

2.2.3 低温储槽运动时传热系数的计算

2.3 低温储存的实验研究

2.3.1 称重法

2.3.2 蒸汽流量法

2.3.3 自然升压法

2.4 本章小结

第三章 大型LNG储槽内压力及蒸发率的模拟研究

3.1 引言

3.2 密闭LNG无损储槽的计算模型

3.2.1 假设条件

3.2.2 模型的建立

3.2.3 模拟步骤

3.3 模拟的验证

3.3.1 计算实例

3.3.2 结果比较

3.4 影响大型LNG储槽内压力及蒸发率的因素分析

3.4.1 储槽直径影响

3.4.2 初始充满率的影响

3.4.3 环境温度的影响

3.4.4 含氮量的影响

3.4.5 初始压力的影响

3.4.6 保温层材料的影响

3.4.7 储槽容积的影响

3.4.8 储槽安全工作压力的影响

3.4.9 风速的影响

3.4.10储槽运行时的影响

3.5 回归分析

3.5.1 储槽安全条件下影响因素分析

3.5.2 保温层失效下影响因素分析

3.6 本章小结

第四章 LNG FPSO液舱内储液晃动的数值模拟研究

4.1 引言

4.2 Fluent软件的介绍

4.3 模型建立与验证

4.3.1 模型建立

4.3.2 模型的验证

4.4 数值模拟结果

4.4.1 初始速度影响分析

4.4.2 初始充满率的影响分析

4.4.3 储液介质粘度影响分析

4.4.4 阻流板对晃动的影响分析

4.5 本章小结

结论与建议

参考文献

附录

攻读硕士学位期间取得的学术成果

致谢