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大型LNG储罐内压力及蒸发率的影响因素分析
在LNG储运过程中,由于LNG的低温特性及LNG储罐隔热材料性能的局限性,环境向LNG储罐内漏热会引起罐内低温介质的内能增加、温度上升、压力升高。当LNG储罐内压力达到限值后,LNG储罐的阀打开,释放掉一部分蒸发气体,以LNG储罐的。把LNG储罐内的蒸发气体释放到空气中,不仅会增加储运成本,还可能会给环境带来隐患。这就需要对LNG储罐内的压力、温度及蒸发率特性加以分析,以便节约资源。
密闭LNG储罐大都为真空绝热类型,其结构由内筒、保温层、支撑构件和外筒等部分组成。为方便计算储罐的传热量,作出如下假设:①忽略LNG储罐保温层的侧向导热,认为整个LNG储罐的传热为一维的,其方向垂直于保温层。如是多层保温结构,可认为保温层是由多个保温薄层热阻的叠加;②因气液分界面处具有温度梯度的液层非常薄,环境漏入LNG储罐内的热量全部被气相和液相主体部分所吸收。
由于LNG的危险性,直接进行大容量LNG储罐的试验非常困难,而模拟的理论基础是气液相平衡原理,对于各种尺度LNG储罐都是适用的。用CO2介质代替LNG进行低温液体蒸发率试验,测试该低温液体储罐静态蒸发率,通过试验来验证模型的准确性,然后用研制并完善的模型来大尺度的LNG储罐内的蒸发规律。
LNG储罐中蒸发率随初始充满率的增大而减小,并且开始减小比较快。在初始蒸发率约为0.90时,蒸发率出现负值,即存在气体再液化的现象,这是因为通常所说的蒸发率是LNG储罐内液相蒸发和气相冷凝的综合,是蒸发率,LNG储罐内储液在蒸发的同时,气相部分也不断冷凝,在此过程中,蒸发速率与冷凝速率相互作用,影响着蒸发率的大小。在初始阶段,LNG储罐内的压力较低,LNG的沸点也较低,因气液相温差较小,所以液相的蒸发速率大于气相的冷凝速率,蒸发率为正值;随着LNG储罐内压力增大,LNG的沸点升高,部分储液处于过冷状态,这样环境漏热部分用于增加过冷储液的内能,而不是全部用于蒸发,所以液相的蒸发速度减小;同时,因为压力升高导致液相过冷,增大了气液相的温差,这样加快了过热气体在气液界面的冷凝速率,当LNG储罐内压力上升到程度后,LNG储罐内液相的蒸发速率开始小于气相的冷凝速率,此时蒸发率就开始变为负值;随着充满率的增加,温差变化趋于减小,升压速率越来越慢,当初始充满率接近92.7%时,LNG储罐内压力急剧下降,原因是过高的初始充满率易造成LNG储罐处于负压状态,对LNG储存为不利。故合理的初始充满率对密闭LNG储罐的储存时间为重要,解决的办法是LNG储罐储存压力保持为0.1MPa。
运行时,打开增压器气相低温阀,当LNG储罐压力低于设定压力0.1MPa时,调节阀开启,LNG进入增压器,在增压器中与空气换热,气化为LNG,进入罐内,使气相压力变大,从而将LNG储罐压力维持在0.1MPa。随着LNG的不断流出,罐内液位不断下降,气相空间不断变大,压力不断降低,这样,通过增压器不断气化LNG来补充罐内压力,以维持LNG储罐的压力不变。
LNG储罐内压力、储存时间及蒸发率随环境温度的变化情况。由图6可知,环境温度越高,LNG储罐内压力上升得越快,在的LNG储罐承压范围内,LNG的储存时间越短,蒸发率也就越大。
不同保温材质LNG储罐内压力及蒸发率的变化规律。保温材料性能越好,LNG储罐内升压及蒸发率就越小。合理选择保温材料对LNG的储存具有重要意义。