LNG输运管道预冷过程仿真与分析

论文摘要

大型LNG接收站第一船LNG卸料之前,通过两个步骤对卸料管线和储罐进行预冷,第一步用BOG（Boil Off Gas）将卸料管线冷却到-120℃,然后用LNG（Liquefied Natural Gas）将卸料管线进一步冷却到-150℃。同时用LNG喷淋储罐使之达到预冷要求。达到预冷要求之后,LNG船开始卸料将LNG输送到储罐储存。本论文的目标是针对以上两个预冷过程进行理论分析并建立数学模型,通过MATLAB软件编程计算。并且希望计算得到预冷过程中的变化规律,对LNG接收站预冷实际操作起到参考作用。LNG接收站管线由直径40英寸和36英寸304L不锈钢管道组成,管道外包裹有PIR（聚异氰酸酯）的保冷材料,厚度大约为178mm。40英寸和36英寸管道长度分别为656.6m和104.6m,流体从40英寸管道入口开始流经下降段,水平段,弯头,爬升段,进入储罐,同时流体也可以通过在36英寸管道分支的4英寸喷淋管进入储罐。BOG预冷过程,BOG在管道横截面视为均匀分布,建立一维流动传热模型。文中分析了整个预冷过程中,管道壁面温度,管内BOG气体温度和BOG气体进口质量流量的变化趋势,还分析了输运管道中管道变径处温度阶跃突变的现象和原因,同时分析不同因素对管道预冷过程的影响。LNG预冷过程,考虑竖直管道和水平管道流动过程,建立两流体传热传质模型,非满液管内流型为分层流型,满液管流型为LNG单相流模型。分析整个预冷过程中,管道壁面温度,LNG液高沿管道长度的变化和不同位置管道满液过程,同时分析不同因素对管道预冷过程的影响。通过对实际预冷的数据进行分析,得出计算数据和实际运行数据的差异并且分析导致这些差异的原因,为预冷数据模拟进一步研究和优化奠定基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 符号说明
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及目的
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 研究内容
• 第二章 天然气物性计算
• 2.1 天然气物性计算模型
• 2.2 密度的计算
• 2.3 焓值的计算
• 2.4 定压比热的计算
• 2.5 粘度的计算
• 2.6 导热系数的计算
• 2.7 计算模型与实际物性对比分析
• 第三章 BOG预冷卸料管线过程仿真
• 3.1 LNG接收站
• 3.2 BOG预冷管线模型
• 3.2.1 输入条件
• 3.2.2 数学模型
• 3.3 BOG冷却管道计算结果与分析
• 3.3.1 时间步长对计算结果的影响
• 3.3.2 时间步长为 10s的计算结果分析
• 3.3.3 BOG经济流量分析
• 3.3.4 两罐输送管道同时冷却与单罐冷却对比分析
• 3.4 本章小结
• 第四章．LNG预冷卸料管线过程仿真
• 4.1 LNG预冷过程介绍
• 4.2 LNG冷却管线模型
• 4.2.1 输入条件
• 4.2.2 数学模型
• 4.3 LNG预冷管线计算结果与分析
• 3/h的预冷结果'>4.3.1 体积流量 130m³/h的预冷结果
• 3/h的预冷计算结果'>4.3.2 流量为 65m³/h的预冷计算结果
• 4.3.3 LNG充注过程水平管段和垂直管段温差
• 4.3.4 LNG同时预冷两个储罐
• 4.4 小结
• 第五章．LNG接收站实际预冷分析
• 5.1 实际运行过程
• 5.2 仿真数据计算条件
• 5.3 实际运行和计算数据分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间已发表的论文