大型LNG儲罐內壓力及蒸發(fā)率的影響因素分析

在LNG儲運過(guò)程中，由于LNG的低溫特性及LNG儲罐隔熱材料性能的局限性，環(huán)境向LNG儲罐內漏熱會(huì )引起罐內低溫介質(zhì)的內能增加、溫度上升、壓力升高。當LNG儲罐內壓力達到限值后，LNG儲罐的閥打開(kāi)，釋放掉一部分蒸發(fā)氣體，以L(fǎng)NG儲罐的。把LNG儲罐內的蒸發(fā)氣體釋放到空氣中，不僅會(huì )增加儲運成本，還可能會(huì )給環(huán)境帶來(lái)隱患。這就需要對LNG儲罐內的壓力、溫度及蒸發(fā)率特性加以分析，以便節約資源。

密閉LNG儲罐大都為真空絕熱類(lèi)型，其結構由內筒、保溫層、支撐構件和外筒等部分組成。為方便計算儲罐的傳熱量，作出如下假設：①忽略L(fǎng)NG儲罐保溫層的側向導熱，認為整個(gè)LNG儲罐的傳熱為一維的，其方向垂直于保溫層。如是多層保溫結構，可認為保溫層是由多個(gè)保溫薄層熱阻的疊加；②因氣液分界面處具有溫度梯度的液層非常薄，環(huán)境漏入LNG儲罐內的熱量全部被氣相和液相主體部分所吸收。

由于LNG的危險性，直接進(jìn)行大容量LNG儲罐的試驗非常困難，而模擬的理論基礎是氣液相平衡原理，對于各種尺度LNG儲罐都是適用的。用CO2介質(zhì)代替LNG進(jìn)行低溫液體蒸發(fā)率試驗，測試該低溫液體儲罐靜態(tài)蒸發(fā)率，通過(guò)試驗來(lái)驗證模型的準確性，然后用研制并完善的模型來(lái)大尺度的LNG儲罐內的蒸發(fā)規律。

LNG儲罐中蒸發(fā)率隨初始充滿(mǎn)率的增大而減小，并且開(kāi)始減小比較快。在初始蒸發(fā)率約為0.90時(shí)，蒸發(fā)率出現負值，即存在氣體再液化的現象，這是因為通常所說(shuō)的蒸發(fā)率是LNG儲罐內液相蒸發(fā)和氣相冷凝的綜合，是蒸發(fā)率，LNG儲罐內儲液在蒸發(fā)的同時(shí)，氣相部分也不斷冷凝，在此過(guò)程中，蒸發(fā)速率與冷凝速率相互作用，影響著(zhù)蒸發(fā)率的大小。在初始階段，LNG儲罐內的壓力較低，LNG的沸點(diǎn)也較低，因氣液相溫差較小，所以液相的蒸發(fā)速率大于氣相的冷凝速率，蒸發(fā)率為正值；隨著(zhù)LNG儲罐內壓力增大，LNG的沸點(diǎn)升高，部分儲液處于過(guò)冷狀態(tài)，這樣環(huán)境漏熱部分用于增加過(guò)冷儲液的內能，而不是全部用于蒸發(fā)，所以液相的蒸發(fā)速度減??；同時(shí)，因為壓力升高導致液相過(guò)冷，增大了氣液相的溫差，這樣加快了過(guò)熱氣體在氣液界面的冷凝速率，當LNG儲罐內壓力上升到程度后，LNG儲罐內液相的蒸發(fā)速率開(kāi)始小于氣相的冷凝速率，此時(shí)蒸發(fā)率就開(kāi)始變?yōu)樨撝?；隨著(zhù)充滿(mǎn)率的增加，溫差變化趨于減小，升壓速率越來(lái)越慢，當初始充滿(mǎn)率接近92.7%時(shí)，LNG儲罐內壓力急劇下降，原因是過(guò)高的初始充滿(mǎn)率易造成LNG儲罐處于負壓狀態(tài)，對LNG儲存為不利。故合理的初始充滿(mǎn)率對密閉LNG儲罐的儲存時(shí)間為重要，解決的辦法是LNG儲罐儲存壓力保持為0.1MPa。

運行時(shí)，打開(kāi)增壓器氣相低溫閥，當LNG儲罐壓力低于設定壓力0.1MPa時(shí)，調節閥開(kāi)啟，LNG進(jìn)入增壓器，在增壓器中與空氣換熱，氣化為L(cháng)NG，進(jìn)入罐內，使氣相壓力變大，從而將LNG儲罐壓力維持在0.1MPa。隨著(zhù)LNG的不斷流出，罐內液位不斷下降，氣相空間不斷變大，壓力不斷降低，這樣，通過(guò)增壓器不斷氣化LNG來(lái)補充罐內壓力，以維持LNG儲罐的壓力不變。

LNG儲罐內壓力、儲存時(shí)間及蒸發(fā)率隨環(huán)境溫度的變化情況。由圖6可知，環(huán)境溫度越高，LNG儲罐內壓力上升得越快，在的LNG儲罐承壓范圍內，LNG的儲存時(shí)間越短，蒸發(fā)率也就越大。

不同保溫材質(zhì)LNG儲罐內壓力及蒸發(fā)率的變化規律。保溫材料性能越好，LNG儲罐內升壓及蒸發(fā)率就越小。合理選擇保溫材料對LNG的儲存具有重要意義。