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1、大型LNG地上全容罐预冷过程模拟计算报告人：张鐠日期：2013-4-3一、储罐预冷概述二、基本数学模型三、计算结果及分析四、存在的问题主要内容一、储罐预冷概述大型常压LNG储罐在LNG接收站中占有很高的投资比例，是重要的单元设备, 其正式启用时对调试技术的要求较高, 其中,LNG 储罐的冷却是最关键和最危险的调试环节。LNG接收站储罐的冷却方式主要有两种:1) 接收站首次接收LNG时,利用LNG船上的LNG对接收站内建成的储罐进行冷却。2) 接收站已经投产,可利用其它储罐内的LNG对新建成的LNG储罐进行冷却。 LNG储罐预冷时，需在储罐顶部添加临时设施，将LNG引入储罐顶部的喷淋环管，并通过
2、LNG流量控制储罐的降温过程。 LNG储罐顶部设有放空阀（MV427）以及紧急排空阀（MV433），通过对排气量的控制，保证罐压在设定范围（15kPa左右，不超过23kPa）内。 当排空气体中N2摩尔分数小于15%时，可停止排空，并通过BOG总管外接BOG压缩机进行BOG回收。储罐预冷相关设施：紧急排空阀储罐保温层：壁面保温材料Cp/mm/J/kg/kg/m/W/(mK)底部底部内壁17.3460780052干沙5092025002.25泡沫玻璃HLB8001508401400.035贫混凝土5092025002.25二层底板10460780052干沙5092025002.25泡沫玻璃HLB8
3、003008401400.035贫混凝土5092025002.25底板内衬50460780052底部中心平台90092025002.25顶部顶部内壁5460780052顶部珠光砂12001170550.03侧壁内壁16460780052弹性毛毡1501340400.04压紧珍珠岩6691170550.03外壁内衬5460780052外壁（混凝土）80092025002.25表一储罐保温层布置及保温材料参数表根据BS EN 14620-5:2006的规定，LNG地上全容罐预冷过程的技术要求为：1.冷却速率维持在3/h；2.最大冷却速度不能超过5/h；3.储罐压力保持在设计压力范围内；4.内罐底部
4、任意两相邻点温度差不超过30；5.内罐底部任意两个温度点温差不超过50；二、基本数学模型建立16万m大型LNG储罐预冷过程的集中参数模型，得到LNG储罐平均温度、压力及罐体温度随预冷时间的变化关系。基本假定：任一时刻，LNG储罐内介质具有均一的温度、压力；罐内介质与内罐各壁面的对流换热系数为常数；忽略储罐侧壁、底部、顶面保温材料的热物理特性随温度的变化；忽略罐体热角保护层的绝热保护。质量守恒方程：能量守恒方程：其中：对于罐体各面每层：气体状态方程：代入质量守恒方程，移项得：至此，可得到罐内温度、压力及罐体各壁每层温度随时间的变化关系。三、计算结果及分析初始条件：储罐内充满压力为15kPa的氮气
5、；罐内氮气及罐体各壁每层的温度均为环境温度（300K）；气源气源LNG喷喷淋量淋量甲烷乙烷丙烷丁烷戊烷氮气abc场景一0.87330.08370.03270.00960.0030.00030.00969-0.0340.3284场景二0.87330.08370.03270.00960.0030.00030.0030.161.85场景三0.930.060.010000.00969-0.0340.3284场景四0.930.060.010000.0050.051表二四个不同场景的参数设定场景计算： 由左图可以看出，预冷开始一段时间，罐内温降速率缓慢，压力降低较快，这是由于刚开始时，LNG喷淋量小，排气
6、量相对较大（见右图）引起的。 随LNG喷淋量的增大，罐内温降速度加快，压力逐渐回升。随压力升高到某一设定值，储罐排气阀门开度增大，当压力超过23kPa时，紧急排空阀打开，这是右图排气量出现几个陡增区的主要原因。 由于设定流量后期喷淋量较大，导致温降速率过大，故在计算过程中，多次对LNG喷淋量进行了相应调整，导致右图中LNG喷淋量曲线出现波动。储罐温度、压力随预冷时间的变化LNG喷淋量与储罐排气量随时间的变化场景一计算结果：场景二计算结果：储罐温度及压力随预冷时间的变化LNG喷淋量与储罐排气量随时间的变化相变点 由左图可以看出，场景二在预冷开始时，罐内温降速率较场景一快，温降最后一段时间，降温速
7、率相对较慢，这主要是由场景二中LNG喷淋量在开始时段较场景一大，最后时段喷淋量小（见右图）决定的；压力变化趋势的不同亦是喷淋量的不同决定的。 模拟中发现，相变点温度出现后，储罐温降速率会减缓，这主要是由入口LNG与罐内气体焓差渐小，罐内气体逐渐液化所决定的。 在50小时附近，排出的气体中，氮气摩尔分数小于15%，此时，可进行BOG的回收。储罐温度及压力随预冷时间的变化LNG喷淋量与储罐排气量随时间的变化场景三计算结果： 场景三与场景一的喷淋LNG气源不同，流量设定一致。从左图可以看出，温降曲线中出现了明显的温度回升区，这主要是因为在默认流量设定情况下，储罐预冷过程中出现了超压（23kPa）,而
8、暂停了LNG喷淋（右图）。 而储罐出现超压的主要原因，是在相同喷淋质量下，贫气的物质的量比富气更大。故对于在不同LNG气源下的储罐预冷，喷淋规律会有所不同。超压储罐温度及压力随预冷时间的变化LNG喷淋量与储罐排气量随时间的变化场景四计算结果：相变点 场景四是针对场景三超压，对贫气气源的LNG喷淋量进行调整后的结果。 可以看出，进行了LNG喷淋量调整后，储罐不再出现超压，温降速率也可控制在安全范围内。场景一与场景二罐体温度分布：场景一场景二界面展示：界面功能设定不同场景（喷淋LNG组成、喷淋量）；动态显示储罐压力、温度、排气量并绘制相关量的时间变化曲线；动态绘制罐体壁面各保温层的温度曲线；实时修正LNG喷淋量，避免降温速度过快，或加快降温速度。进入界面四、存在的问题基本假定中的若干假定，简化了模型，同时也影响了计算结果的准确度；罐体壁面各保温层厚度不均匀，未进行细化，得到的壁面温度曲线可能存在跨度较大的现象；未能获得储罐保温层的准确参数（不同文献中说法不一致），增大了计算模型的不准确度；储罐实际排气阀及紧急排气阀工作性能不能确定，计算中系数凭经验给定，可能影响计算结果。Thanks for your time!
