大型LNG储罐翻滚的影响因素

时间：2025-04-20

文章编号：1000-8241（2015）03-0×××-0×

大型LNG储罐翻滚的影响因素

曲顺利李玉星李政龙王武昌胡其会张华伟 1．中海油山东化学工程有限责任公司，山东济南250000 2．中国石油大学（华东）储运与建筑工程学院，山东青岛266580

摘要：研究LNG的翻滚机理，根据LNG的储存状态对LNG在储罐中的翻滚做出准确判断对LNG翻滚的预防有着重要意义。建立了LNG储罐的翻滚模型，并利用FLUENTTM软件，通过对储罐的翻滚过程模拟研究了储罐的初始密度差、分层高度、储罐罐容对LNG翻滚的影响。模拟结果表明：储罐中LNG分层间的初始密度差越大，罐容越大，储罐发生翻滚的时间越早，储罐翻滚越剧烈；相反，储罐中的分层高度越大，由于分层高度使储罐层之间的黏滞力增大，储罐翻滚越不易发生，翻滚持续时间越长。通过对储罐翻滚影响因素的分析，保证储罐运行安全。（图9，参14）

关键词：LNG；翻滚；数值模拟；初始密度差；分层高度；中图分类号：TE832 文献标识码：A doi：

2014-12-29 16:44网络出版时间：网络出版地址： http://www.77cn.com.cn/kcms/detail/13.1093.TE.20141229.1644.010.html

在LNG的存储过程中，组分、温度不同，或者含氮（N2）较多的LNG内部N2的优先蒸发，翻滚现象的发生[1]。翻滚发生时，两分层剧烈混合，瞬间产生大量汽化气，，对储罐和其他附属设备的安全造成威胁，甚至威胁人身安全要安全阀泄压，大量的天然气被释放到空气中，不仅存在很大的危险性，[2]。

在翻滚的理提出了首个翻滚模型（C-G模型，1972），之后经过Heestand等[3]（HSM模型，1983等（Bates-Morrison模型，1997），覃朝辉等[5]（覃朝辉模型，1999）的发展，LNG分层和翻滚模型逐渐完善。在实验方面，国外Shi J Q、Muro、Graffis等，国内游立新、程栋等分别针对不同形状、不同大小的储罐，利用盐-水、水-糖、F11-F113、液氧-液氮等介质进行了大量的翻滚实验研究。基于这些对翻滚的原因、机理的理论和实验研究结果，提出了一些预防翻滚的措施，对储罐的安全储存具有重要意义。

近年来，随着世界LNG产业的飞速前进，中国的LNG接收终端蓬勃发展，LNG的应用领域逐渐增多[6-8]，LNG储罐发生翻滚的概率也随之增大。而在储罐发生翻滚的过程中，不同密度差、储罐罐容等都有可能对翻滚造成影响。因此在前人的研究基础上，对储罐中LNG翻滚的影响因素进行研究，以便更全

面地对储罐翻滚做出预防，保证储罐的安全储存。

1LNG储罐翻滚模型建立

1.1 分层翻滚机理

LNG在储罐中储存时，由于储罐的储存温度约为－160 ℃，与外部环境温度相差较大，因此罐壁的漏热会导致储罐中LNG的密度变化，使不同高度之间的LNG出现密度差，即是分层。分层发生后，各层形成相对独立的自然对流循环（图1），在环境漏热及轻组分蒸发的双重作用下，两分层的密度逐渐趋于一致，最终发生翻滚（图2）[9-10]。

1.2 分层发生后。取储罐中高度相同（均为1 m对翻滚过程进行研究[11]，建立：①侧壁和底部壁面的边界条件对于湍流动能k而言，

k y

=0；②LNG储罐翻滚模型的初始条件：LNG作为一个整体赋密度值，其初始密度值设为定值；

上下分层密度一定（上分层密度大于下分层密度）且存在密度差；流体的初始速度为ux=0、uy=0。

图3 分层发生后的LNG储罐图4LNG储罐翻滚的物理模型

1.3 模拟条件设置

采用FLUENTTM软件进行模拟，模型选取接收站常见的设定其上、下分层密度分别为424 kg/m3、423.5 kg/m3。计算区域采用结构化网格进行网个。选用mixture模型，边界条件设为绝热壁面。正常状态下，由于体产生大空间紊流态自然对流，因此紊流方程采用κ-ε方程[12]。

为了对模拟中不同工况下的翻滚程度，数f来表征翻滚的剧烈程度[13]：

ρ ρ0

（1）

式中：f为翻滚系数； ρ最kg/m3； ρ0为初始密度差，kg/m3； t为翻滚时间，s。

2LNG