液化天然气翻滚临界密度差的数值研究

作     者：吴松 梁辰伟 卢银彬 WU Song;LIANG Chen-wei;LU Yin-bin

作者机构：西安石油大学机械工程学院西安710065 

出 版 物：《科学技术与工程》 (Science Technology and Engineering)

年 卷 期：2022年第22卷第31期

页      面：13753-13759页

学科分类：0820[工学-石油与天然气工程] 08[工学] 082003[工学-油气储运工程] 

基　　金：陕西省自然科学基金(2020JQ-772) 中国石油天然气股份有限公司重大科技攻关项目(2019E-25) 

主　　题：LNG翻滚 罐容 临界密度差 初始密度差 最大翻滚速度 

摘      要：液化天然气(liquefied natural gas,LNG)在充装和储运过程中,密度差分层现象易导致翻滚行为,对LNG储罐安全造成极大威胁。当初始密度差小于临界密度差时,储罐内相邻两层LNG的混合过程较平稳;当初始密度差大于临界密度差时,LNG翻滚强度显著增大,混合过程趋于剧烈。因此,研究不同罐容储罐的翻滚现象与临界密度差之间的联系尤为重要。采用商业数值软件FLUENT分别对5000、10000、30000、50000、80000、100000、120000、160000 m 3储罐内分层LNG的翻滚现象进行数值分析,获得多罐容LNG储罐内的翻滚现象随初始密度差的变化规律,并确定各罐容的临界密度差范围。研究发现:LNG翻滚流速随着分层初始密度差的增加而增加,初始密度差是影响LNG翻滚的直接原因;同时,LNG翻滚的最大速度与初始密度差呈线性关系,即:当初始密度差越大,翻滚时最大速度越大,表征翻滚越剧烈,该线性关系式中的系数并非定值,其大小与储罐高度和直径等尺寸参数相关;此外,LNG发生翻滚时存在临界密度差,与储罐直径满足二次方函数关系,临界密度差随着储罐直径的增大而减小,分层的LNG达到临界密度差而更易发生剧烈翻滚现象;最后,针对不同储罐罐容,提出临界密度差区间,且大容量的储罐装载分层LNG时更易产生翻滚现象。