一种应用于LNG薄膜罐的自流式壁面冷却方法

专利主权项内容

1.一种应用于LNG薄膜罐的自流式壁面冷却方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一、使用HYSYS输入LNG初始组分的摩尔百分比为甲烷99.86％，乙烷0.04％，氮0.1％，计算LNG物性参数，即密度、比热和气相饱和温度随压力变化曲线；接着在Designbuilder中建立LNG薄膜罐模型，根据绝热层组合混凝土的双层壁面传热围护结构模型得到周向和底部壁面的整体传热系数，再根据室外空气温度计算得到夏季、冬季罐体最大总冷热负荷，由此得到罐体周向壁面和底部壁面的单位面积传热量，为CFD数值模拟提供热边界条件；步骤二、采用Fluent对夏季、冬季以及低、中、高初始液位共计六种组合的不同储存工况下LNG储罐内流场进行数值仿真模拟；根据步骤一中气相饱和温度随压力变化曲线拟合得到饱和温度和压力的关系，作为模拟仿真的输入材料特性，将壁面不同位置传热系数和最大冷热负荷作为模拟仿真的热边界条件，采用VOF模型和Lee模型模拟薄膜罐内LNG状态变化过程和罐内BOG的产生过程，根据六种组合的不同工况下的演化规律监测气液交界面处BOG生成的质量流量得到最不利工况下BOG产生量；步骤三、根据最不利工况下的BOG产生量，考虑蒸发产生的BOG中99％为甲烷气体，通过毛细管网栅使其发生相变的过程为纯冷凝过程，将毛细管网栅需要提供的负荷等同于冷凝BOG需要的冷负荷Q，即其发生相变过程的负荷，则可由最不利工况下的BOG产生质量流量与LNG的蒸发潜热相乘得到，即通过下式确定：Q＝mr(1)BOG其中，Q为冷凝BOG需要的冷负荷，kW；m为模拟稳定时罐内气液交界面处产生的BOG质量流量，kg/s；r为LNG的蒸发潜热，根据模拟稳定时罐内压力对应LNG物性参数得到，kJ/kg；BOG步骤四、考虑毛细管网栅中的换热冷流体采用进口温度-162℃、出口温度-161℃的LNG液体，即冷流体进出口温差Δt为1K；LNG液体密度ρ和LNG液体比热c通过LNG物性参数对应温度选取，考虑常用毛细管网参数：主管毛细管毛细管间距流量20×2.0mm4.3×0.8mm10mm0.16L/(s.m)2由此，该尺寸规格下的毛细管网栅单位面积制冷量Q1可通过下式计算：Q＝V·ρ·c·Δt (2)1其中，Q为单位面积制冷量，W/m；V为冷流体流量，m/(s.m)；ρ为LNG液体密度，kg/m；c为LNG液体比热，J/(kg.K)；Δt为冷流体进出口温差，K。12323确定冷凝BOG需要的冷负荷Q与毛细管网栅单位面积制冷量Q后，即可确定所需的毛细管网栅铺设位置，将毛细管网栅与薄膜罐保温壁面组合形成一体结构。可利用下式确定所需的毛细管网栅面积S：1S＝Q/Q (3)1其中，S为所需毛细管网栅面积，m；Q为冷凝BOG需要的冷负荷，kW；Q为单位面积制冷量，W/m。则以内径为d米的圆柱形薄膜罐为例，铺设高度可利用下式确定：212其中，h为毛细管网栅铺设高度，m；S为所需毛细管网栅面积，m；d为圆柱形薄膜罐的内径，m，即只需要在闪蒸气集中的上部h米处的空间沿着内壁面铺设毛细管网栅，将毛细管网栅与薄膜罐上部空间保温内壁面组合形成一体结构，即可提供冷凝BOG所需的冷负荷。2