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密闭lng储罐就是在储罐充装lng后,关闭其出口,整个lng储罐处于封闭状态。生产中都希望lng安全储存的时间越长越好,但由于lng储罐的超低温(101325Pa,-160℃) 特性,储罐内的流体和外部环境之间存在着较大的温差,环境不断地向储罐内漏热,使得LNG储罐内的部分lng吸收漏热后蒸发为气体,引起储罐内压力升高,所以lng密闭储存时,储罐必须具有一定耐压能力。
影响lng密闭储存时间长短的主要因素是储罐内的压力、温度、液体组分组成等。要延长密闭lng储罐的安全储存时间,就需要了解密闭储罐内lng的压力和温度的变化规律及蒸发规律,寻求办法控制密闭lng储罐内压力和蒸发率的变化,为lng的安全储存提供指导。
影响lng密闭储存时间长短的主要因素是储罐内的压力、温度、液体组分组成等。要延长密闭lng储罐的安全储存时间,就需要了解密闭储罐内lng的压力和温度的变化规律及蒸发规律,寻求办法控制密闭lng储罐内压力和蒸发率的变化,为lng的安全储存提供指导。
20世纪60年代,Neff首先提出密闭储罐中压力的上升是低温液体安全储存所面临的一个关键问题,认为容器内的压力是温度的单值函数,容器中压力可以通过储罐中的温度来计算。后来,Swim 等也针对低温液体容器的升压问题进行了大量的实验和研究工作,取得了一些成果。
在实验过程中,主要测试LNG储罐内压力、温度及lng储罐的蒸发率。lng储罐的蒸发率是指储罐的静态日蒸发率,即储罐装有lng时,静置达到热平衡后,24h内自然蒸发损失的lng液体质量和储罐内lng液体质量的百分比,换算为标准环境下(20℃,101325Pa)的蒸发率值。蒸发率能较为直观地反映储罐使用时的保温性能。
目前,测试低温液体蒸发率主要有3种方法:称重法、蒸气流量法和自然升压法。在压力0.35~0.60MPa范围内,同一充满率下密闭lng储罐内的压力都随着时间的增加而增大。初始充满率越小,储罐内的压力升高得越快,安全储存时间越短。
通过对密闭容器内lng储罐压力和蒸发率的实验研究,得出以下结论。
(1) 储罐内的温度场是不均匀的,可以分为3部分,即气相部分温度场、气液分界面处温度场和液相主体部分温度场,且气相部分温度高于气液分界面处温度、气液分界面处温度高于液相的主体温度。在实验条件下,当初始充满率为0.475 时,3部分的温差最大约为2~3℃。
(2) 初始充满率较小时,储罐内的液面随储存时间的增加而降低;初始充满率较大时,储罐内的液面高度随时间增加而增大。所以,在实际生产中,当储罐初始充满率较高时,应密切监视液位变化,避免溢罐或超压。
(3) 对于储罐的日蒸发率来说,密闭储罐内存在一临界初始充满率φc,当初始充满率φi<φc时,φi越小,日蒸发气体总量和日蒸发率越大,某一初始充满率下日蒸发气体量和蒸发率均随时间增加而增大,且增幅都随时间增加而减小;当初始充满率φi>φc时,某一充满率下储罐内的日蒸发气体量和蒸发率都是先随着时间增加而增大,到了一定时间后又随着时间的增加而减小。因而,实际生产中,储罐的初始充满率应尽可能在临界充满率以上,以减小日蒸发气体量和蒸发率。
(4) 任一初始充满率下,密闭储罐内的压力都随时间的增加而增大,且初始充满率越小,储罐的压力上升得越快,安全储存时间越短。所以,在实际生产中,应尽可能避免储罐的充满率过低,以确保安全。
(5) 在安全储存时间内,密闭lng储罐内的平均日蒸发气体量随着初始充满率的增大而减小。在其他条件相同的情况下,初始充满率越大,其平均蒸发率越小。所以,从减小日蒸发气体量或蒸发率的角度也说明,储罐的初始充满率不能过低。
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