5000m3立式圓筒形LNG平底圓筒儲罐絕熱計算和溫度場數值模擬

王龍　石竣夫　李偉權　王一軍　員天

摘 要：LNG儲罐外界熱量的進入會導致LNG蒸發，出現翻滾現象，給儲罐正常工作的造成安全隱患，因此需要對溫度場分布及絕熱性能進行研究。由于LNG儲罐內外溫差大，絕熱層結構復雜，所以本文通過對儲罐底部、罐壁和罐頂各部分的傳熱學計算得出總漏熱量，和溫度場的分析對比，闡述了LNG儲罐的絕熱性能。

關鍵詞：LNG；儲罐；絕熱系統；溫度場

1 絕熱計算和溫度場數值模擬

1.1 低溫儲罐絕熱設計

液化天然氣是凈化和液化處理形成的液態天然氣，主要成分為甲烷。通常被儲存在LNG低溫儲罐中。該種儲罐為微正壓低溫狀態，外部有絕熱保溫材料覆蓋，以減少外界環境與之熱量傳遞造成LNG氣化。對于低溫儲罐，熱量會通過傳導，對流，輻射等方式傳入儲罐，從而部分LNG的氣化產生BOG氣體。對于5000m3LNG低溫儲罐，國際上通用的要求以滿罐為基準的每天罐內LNG氣化率為≤0.10。

1.2 罐頂和罐壁自然漏熱量計算

目前絕大部分LNG儲罐內外罐之間填充的是珍珠巖。在對LNG儲罐進行檢修時，許將內罐物料排空，此時，內罐罐壁由于溫度上升而發生線性膨脹，導致環形空間內的珍珠巖膨脹，對內罐罐壁施加一定的均勻外壓；同時，外罐在外界環境溫度的變化時也會發生線性收縮-膨脹，通過膨脹珍珠巖的傳遞進而對內罐罐壁也會產生一定的外壓作用。因此，為了消弱由于溫度變化而使內罐承受的外壓，需在內罐罐壁外側覆蓋一層具有較好回彈性的彈性氈。

1.3 底部自然漏熱量計算

低溫儲罐底部主要通過傳導的方式進行熱傳遞，絕熱材料使用泡沫玻璃磚，它的耐壓強足夠承受液體與內罐的重量。除了泡沫玻璃磚以外，在泡沫玻璃磚的之間要鋪設油氈，最上層和最下層泡沫玻璃磚要鋪設一層干沙找平層，在內罐壁下是一層珍珠巖混凝土的支撐圈，用以支撐整個內罐罐壁的重量。

該LNG儲罐的保冷性能滿足要求。

2 LNG儲罐絕熱部分數值模擬

熱分析用于計算一個系統或部件的溫度分布及其它熱物理參數，如熱量的獲取或損失、熱梯度、熱流密度（熱通量）等。

由圖可見，通過數值計算出罐底中心部分熱流密度為16.9W.㎡，邊緣板帶混凝土支撐圈的熱流密度為16.96W.㎡，通過計算得出罐底中心漏熱量為3834W，邊緣板部分熱量為1477.8W.計算后總熱量為11900W，誤差為2.7%。

3 結論

通過傳熱計算和溫度場分析結果對比，說明保冷層的設計是可靠的。保冷層中的保冷玻璃磚、珠光砂和氮氣等絕熱材料的填充有效的隔絕外部的熱量流入罐內。

參考文獻：

[1]GB50341-2014《立式圓筒形鋼制焊接油罐》.

[2]API Std 620：2002，MOD

[2]GB150.1-150.4-2011，壓力容器.

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[4]林萍.3000混合輕石腦油低壓儲罐設計.[J].石油化工設備.第39卷第3期，2010