液化天然气运输中的翻滚现象及预防充电机
万通五金网 2022-07-07 14:15:29
液化天然气运输中的翻滚现象及预防
液化天然气运输中的翻滚现象及预防 2011: 引言
目前,国际石油价格仍处于高位,各国将能源消费纷纷转向天然气,不少国家准备大量进口天然气。因此,对天然气的海上运输工具--液化天然气(LNG)船的需求量将显著增加,对液化天然气船舶管理的要求也越来越高。天然气液态储存是将经过脱水、脱烃和脱酸等净化处理的天然气,在常压下通过制冷降温至-162℃左右进行液态储存。液态储存天然气可以将天然气的体积缩小600多倍。【1】LNG在充注和储存过程中,由于其中组分密度的不同,就有可能出现翻滚(rollover现象。发生翻滚现象时,根据现有设备能力,应该可以将汽化气输出,而事实上,由于这种汽化是在瞬间产生的,并且量极大,很难将其及时排出,这样就会造成储罐瞬间超压,对设备造成损害,影响其使用寿命。所以,预防翻滚现象的发生,对保障船舶安全营运具有很大的意义。
1 翻滚现象及产生的原因
1.1 翻滚现象分析及分类
翻滚现象是指两层不同密度的LNG在储罐内迅速上下翻动混合,瞬间产生大量的汽化气的现象。在发生翻滚现象时,罐内LNG的汽化量为平时自然蒸发量的10~50倍,这样将会导致储罐内的气压迅速上升并超过设定的安全压力,使储罐出现超压现象。如果不及时通过安全释放阀排放,就有可能造成贮槽的机械损伤,对设备造成损坏,同时大量排放蒸发气,不仅造成经济上的损失,对环境也造成污染。【2】
一般LNG的组分为氮气、甲烷、乙烷、丙烷、正丁烷、异丁烷、正戊烷、异戊烷。因产地不同,其成分可能略有变化。
翻滚从现象来看分成两类:①LNG贮罐在长期贮存中,因其中较轻的组分(主要是N2和CH4)优先蒸发,而自发形成翻滚现象。②LNG贮罐中原来留有液化天然气,在充装密度不同、温度不同的新LNG一段时同(几个小时甚至几十天)后,突然产生翻滚的现象。【3~4】
翻滚是一种热不稳定性现象,这种热不稳定性是由密度变化引起的,其产生的必要条件是分层界面受到扰动。界面扰动既包括“边界层穿透”,也包括界面的“涡旋混合”。分层界面的破坏首先出现在流动边界层,因为此处的流动最为活跃,但是由于边界层流动只局限在分界面附近,因此它对分层界面的直接破坏仅仅发生在流动边界层内。除边界层穿透破坏之外,上层液体的射流作用也会破坏分层循环流动,因为上层液体的射流冲击作用既可以直接破坏分层界面,又可通过“涡漩混合”不断扩大其破坏范围。
也就是说,LNG的翻滚实际上是一种剧烈蒸发的过程。在储罐中,密度小的液体会集聚在密度大的液体之上,抑制了下层液体的挥发。当储罐内的LNG出现明显的分层现象时,由于上层LNG静压的抑制作用,使得外界传人的热量无法通过下层的LNG液体的蒸发而散失,导致下层LNG处于过饱和状态,下层液体就会温度升高,少量的N2就会首先汽化,破坏两层液体的界面,使得LNG储罐内出现扰动,也就是翻滚现象。如果储罐内上层的LNG密度大于下层,下层LNG突然上升,导致边界层破坏,液体挥发,产生剧烈扰动,储罐内的温度上升,压力也急剧上升,使翻滚现象进一步加剧。
1.2 翻滚现象产生的原因
(1)储罐内LNG由于各组分密度不同,导致密度大的组分在下,密度小的组分在上,密度差会形成分层,有时即使仅差1 kg/m3也会分层,而分层是引发翻滚的第一步。有关资料介绍,如果储罐内LNG有两层,当其密度差为6.9kg/m3时,存放72h后就会产生翻滚现象。【1】
(2)LNG进储罐的温度有细微变化,引起LNG的密度稍有变化,温度高的LNG密度较小,温度低的LNG密度较大,密度小的液体上浮,密度大的液体在下,产生分层的现象。一般的,当温差为0.79 K时,存放72 h后将产生翻滚现象。
(3)由于不同阶段添加的LNG的组分不同,导致新日LNG的两层液体密度不同,罐内液体存在密度差,产生分层现象,在存储和运输过程中就会有扰动现象,剧烈的扰动就是翻滚现象。
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