储罐内LNG分层与翻滚的数值分析及实测验证

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1、硕士学位论文储罐内LNG分层与翻滚的数值分析及实测验证作者姓名钱瑶虹学科专业油气储运工程指导教师方江敏副教授所在学院机械与汽车工程学院论文提交日期2018年4月NumericalAnalysisandTestValidationofLNGStratificationandRoll-overinStorageTanksADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：QianYaohongSupervisor：Asso.Prof.FangJiangminSouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou，

2、China分类号：TE832学校代号：10561学号：201520101998华南理工大学硕士学位论文储罐内LNG分层与翻滚的数值分析及实测验证作者姓名：钱瑶虹指导教师姓名、职称：方江敏副教授申请学位级别：工学硕士学科专业名称：油气储运工程研究方向：油气储运安全技术论文提交日期：2018年4月15日论文答辩日期：2018年5月29日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：2018年月日答辩委员会成员：主席：袁智（教授级高工）委员：游革新（教授级高工）黄思（教授）陈国华（教授）张永君（副教授）摘要液化天然气（LNG）作为一种清洁、高效的能源，在能源利用的环保性和经济性等方面具有明显优势，我

3、国的LNG需求量和消费量快速增长，LNG接收站也越建越多。LNG储罐作为LNG接收站的核心设备，也是储存LNG的主要设备。LNG在罐内储存时容易因老化或充注新LNG而发生蒸发、分层、翻滚等问题，严重时可致燃致爆，因此LNG的安全储存成为天然气工业链中的重要课题。本论文在查阅国内外相关文献的基础上，对LNG储运过程中的分层与翻滚现象及其机理进行分析，应用传热传质的相关理论及计算机模拟技术，研究了储罐内LNG分层与翻滚的演变规律和影响因素，并与现场实测数据进行验证。主要内容有：1、对已发生分层的16×104m3LNG储罐，选取层高为2m的相邻两LNG液层建立储罐的轴对称物理模型和数学模型，利

4、用Fluent软件对LNG的翻滚过程进行模拟，分析模拟结果发现翻滚过程可以分为四个阶段：罐壁处翻滚阶段、翻滚传递阶段、翻滚平复阶段以及新分层形成阶段。2、对不同工况下的储罐翻滚过程进行数值模拟，对比研究了不同因素对翻滚的影响。通过设定不同的罐容、漏热位置、温差、漏热量和分层高度，模拟出储罐内不同时刻LNG的密度分布和混合速度，得到罐内LNG发生翻滚的时间、翻滚剧烈程度和持续时间，为工程中储罐的实时监测及储存状态判定提供一定的参考。3、建立16×104m3储罐的三维模型，运用动网格技术模拟充注过程中储罐内LNG的分层情况。对比分析了三种充注工况下罐内LNG的密度分布，得出纵向密度差与各影响

5、因素之间的对应变化关系，为充注工况的优化提供理论基础。4、针对某石化企业充注过程中出现的分层现象，以该企业8×104m3LNG储罐为原型，建立三维物理模型，模拟储罐的充注过程，模拟结果表明充注结束后罐内LNG发生了明显分层，且模拟结果与实测数据吻合较好。最后对比分析了充注速度、罐内密度差和泵功的关系，表明当充注速度大于5m/s时，密度差基本无变化，但泵功继续增加。因此在卸料时间允许的情况下，可优选的较为经济的充注速度为5m/s。关键词：LNG储罐；翻滚；充注分层；影响因素；数值模拟IAbstractAsacleanandefficientenergysource,liquefiednat

6、uralgas(LNG)hasobviousadvantagesintermsofenvironmentalprotectionandeconomicalefficiencyofenergyutilization.China'sLNGdemandandconsumptionhavegrownrapidly,atthesametime，moreandmoreLNGreceivingstationshavebeenbuilt.AsthecoreequipmentoftheLNGreceivingstation,theLNGstoragetankisalsothemainequipmentfo

7、rLNGstorage.WhenLNGisstoredinatank,itispronetoproblemssuchasevaporation,stratification,androlloverduetoagingorfillingwithnewLNG.Inseverecases,itcancauseflammabilityanddetonation.Therefore,thesafestorageofLNGhasbecomean