100立方液化天然气储罐100立方液化天然气储槽贮槽

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辽阳金鼎低温设备有限公司 何先生
由于结构的复杂性和绝热体各向异性特性的影响,高真空多层绝热的传热机制非常复杂.许多学者在理论和实验方面做了很多探讨[3～6],但是都没有得到一个合适的理论模型,以便用于低温下高真空多层绝热的计算.下面分别对多层绝热体中真空空间辐射传热和残余气体分子导热进行理论分析与计算,后给出适用于实际工程应用的多层绝热体的综合漏热量的计算方法.
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1)真空空间辐射传热高真空绝热夹层中的残余气体多数是空气或氢、氦等气体,而这些气体均可视为不吸收及非散性介质,因而不参与冷热壁面的辐射传热.这样夹层中两壁面的辐射传热可由斯蒂芬 玻尔兹曼定律计算:Qrad=εnc0A1T2100-T1100φ1,2
(1)式中,εn为有效辐射系数;c0为黑体的辐射系数,c0=5.67W/m2·K4;A1为辐射传热面积,近似可取冷面(内壁)的表面积,m2;T1,T2为冷、热壁面的温度,K;φ1,2为辐射传热的角系数.由于在储罐中,冷表面被外表面完全包围着,因此可以取φ1,2=1.而εn可以近似按照长度为无限长,计算式为εn=1ε1+r1r2ε2-1(2)式中,ε1,ε2分别为内、外筒材料的辐射率;r1,r2分别为内、外筒体的半径,m.100立方液化天然气储罐100立方液化天然气储槽贮槽，辽阳金鼎低温设备有限公司。
2)残余气体分子的导热高真空绝热夹层中存在着与压力成正比的残余自由气体分子.由于分子热运动不断撞击冷热壁面,因而产生导热,残余气体导热量与气体分子平均自由程l和内外壁面之间的距离δ相关.当LNG储罐处于平衡状态时,其夹层残余气体分子导热量为Qgas=Ka0p(T2-T1)A1(3)式中,K为计算系数,104W·(m2·K·Pa)-1;a0为总的适应系数;p为压强,Pa.3)多层绝热体综合漏热量计算多层绝热体中传热实际上可看成是包括固体传热和以上各种传热现象的综合效应[1].以上各部分传热很难计算,为此,在工程中用总的表观导热系数来表征多层绝热体的导热性能,因而通过多层绝热体的综合漏热为Q1=λappAmΔTδ(4)式中,λapp为绝热体的表观热导系数,W/m·K;Am为传热平均计算面积,m2;ΔT为传热温差,K;δ为绝热体厚度,m.3.2
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　机械构件的漏热量Q2机械构件的漏热分为两部分,一部分是通过支承结构的导热Q2′,另一部分是通过各种管路的导热Q2″.1)支承结构一般用高强度低导热率的材料制成,在本储罐中采用玻璃钢材料,其支承结构漏热可写成:Q2′=T2-T1∑ni=1Ri=T2-T1∑ni=1biλiAi(5)式中,n为支承个数;Ai为各支承截面面积,m2;λi为各支承在T1与T2温区内的平均导热系数,W/m·K;bi为各支承长度,m.2)对于金属管路系统,其导热量Q2″可按式(5)支承结构导热公式计算.3.3　热设计计算结果由式(4)和式(5)可计算出储罐的整体漏热量Qtot,再计算出储罐的日蒸发率:a=Qtot×24×3600rVρ(6)式中,Qtot为整体漏热量,W;r为LNG的汽化潜热,r=5.097×105J/kg;V为储罐的有效容积,m3;ρ为LNG密度,kg/m3.由上式计算出该设计储罐的日蒸发率为0.07%,低于0.11%,因此储罐的绝热性能满足设计要求.
4　储罐的结构及安全性设计
4.1　结构设计[7～9]LNG储罐的结构设计包括内、外筒体设计、支承结构设计、管路设计、自增压排液设计和安全装置设计,其中关键是强度、刚度以及安全装置计算.由储罐的基本设计参数,按GB150—1998《钢制压力容器》的要求即可确定内、外筒体及封头厚度,并进行相应的内部结构和内、外筒体的安全装置设计.
4.2　安全性设计在储罐的管路上设置了内筒体及管路安全阀装置,内筒体安全装置为两安全阀并联,并由三通阀切换,当罐内压力超过0.84MPa时,安全阀自动开启,使内筒体卸压,以确保设备和人身安全.外筒体上设有防爆装置SV4,当内筒体由于意外产生泄漏造成真空夹套压力上升超过允许值时,防爆膜片起爆,迅速泄压.由于LNG储罐的工作介质为轻于空气的易燃易爆液化气体,极易形成爆鸣气团,因此为防止火焰进入管道,在气体放空口处加装了阻火器FA,能有效地阻止火焰进入管道.同时压力表、调节阀、测满阀等元件的设置,都有效提高了储罐的安全性.
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