分析液化天然气储罐的温度和压力变化

分析液化天然气储罐的温度和压力变化摘要
为了未来减轻对石油的依赖，减少温室气体的排放，人们正在开发以液化天然气作为燃料的重型车辆，如卡车和公交车等。

液化天然气设计由防止排气的LNG储罐来存储液化天然气，但压缩气体可能会导致气体的结构和性质发生变化。

热量在存储过程中会发生泄漏，如在通过软管和加油机从罐体中抽取燃料的过程。

当气体返回到LNG储罐时，储罐可以添加液化天然气燃料额外的热量。

一个热力学和热传输模式已发展到热分析液化天然气燃料泄漏到不同的机制。

模拟了在不断变化的燃料性质和LNG储罐内的天然气成分。

对一个巴士每天的总燃料损失率进行了分析。

结果发现，通过增加公交车的数量，每天的总燃料损失率可以有明显的降低。

建议成立一个电动机专门用来使用加热过的气体或使用液化的天然气，以达到减少和消除压力罐的能量损失。

这些方法可以减少液化天然气的泄漏和降低其作为燃料的运输成本。

1(简介
运输部门消耗的石油量占美国石油总消费量66%和美国温室气体排放量 26%。

为了降低关对外国石油的依赖，减少温室气体的排放量和其他污染物的排放，使用以压缩天然气和液化天然气为燃料的交通工具的方案已经提出。

如果即使是10%的石油运输能源来自液化天然气，也将具有巨大的经济效益和环境效益。

美国的自然天然气消耗量预计将从1997年的22万亿立方英尺增加到33万亿立方英尺。

这些车辆大多使用液化天然气取代柴油燃料，燃料通常存储在压力达到3600
磅的圆柱形钢罐中。

其缺点之一就是，只有数量有限的燃料可以存储在卡车或公交车上，这大大降低使用效率。

与普通天然气相比，液化天然气可以提供车辆较高的驾车时速和较远的行驶距离。

液化天然气占有的温度和大气压力只有
th室温中天然气的1//600。

目前，正在主要促进重型车辆和巴士使用液化天然气。

另一个优点是该液化天然气可以通过海洋油轮运输。

缺点使一次性输入天然气可能导致储罐压力过大。

因此，我们必须找到减轻压力的方法，并防止热量升高的气体对储存容器造成的伤害。

命民法
C 热导
C等压比热 p
D 直径
h 焓
? h 储罐壁厚
? H 汽化热
K 热导率
M 分子量
P 压力
q 热流量 r 普适气体常数 S 面积 t 时间
T 温度
v 比容
V 体积
下标
g 气体 I 内
I 液体 m 多层压缩 o 外
s 钢铁 v 真空 ? 环境
在本文中，我们使用热力传输方法来分析储罐压力和温度的变化。

从不同的时间对不断变化性质的天然气燃料罐中气体进行模拟。

现有的巴士数量会加剧燃料的损失率，因为数量少所以会有较大的损失。

一些方法建议通过建立液化天然气站的方法来防止燃料的损失。

例如，汽化的液化天然气的气体可用于驱动电动发电机或者重新液化汽化了的天然气，以减少其压力。

2(在低温液化天然气储罐中进行热分析
一个典型的液化天然气燃料系统包括液化天然气存储容器，液化天然气和液化天然气燃料泵加油机。

液化天然气储存容器是真空绝缘压力容器的容量范围从到的压力容器罐。

液化天然气储存容器由一个,镍钢内衬和外6000300009衬碳钢，采用双超绝缘墙施工在高真空。

液化天然气燃料泵是单人或多级离心泵在存储淹没在一个单独的真空隔热水池或容许加油按需液化天然气池中。

液化天然气分配器模块如图上图所示。

一具有两个连接器的燃料类型:液化天然气大会由一个控制阀组件，体积米或科里奥利质量流量计和阀门降温再循环(图)。

1装料前的一个液化天然气，液化天然气和软管与加油机车辆被刷新液化天然气。

所需的时间冷静下来，把液化天然气系统上线可高达约分钟，特别是当燃料是5
间歇性。

[4,7]
汽化通常需要液化天然气储罐在液化天然气站的地方导致压力过大在 LNG
储罐中。

加热过的，是由热引起的增加液化天然气储存在燃料和加油。

热LNG 可以通过对泄漏罐体，并添加到液化天然气在操作过程中的燃料。

例如，降温软管与加油机加油的车辆油箱前，可添加到燃料热。

如果在天然气蒸汽坦克LNG 车返回到大型储罐，这额外的热量必须加以考虑。

以下几种机制，其中加入的热量液化天然气燃料，并可能导致过热。

热漏通过储罐罐体2.1 LNG
该外壳热电阻可估计为:
那里的多层阻力，耐热性寄生的支持连接池的内部和外壳是壳体，不锈钢内壳区是支持交界处，安全是厚度多层是平均热电导率和是电导率不锈钢。

对KS 面的壳体的热流量液化天然气罐估计
那里的交界处，总支持率，时，槽录商地区密度和是A ß = sBS = VV
储罐容量。

温差环境之间的液化天然气是的录的倍，其中，是环LNGdtT1T1境温度。

对于一个普通的管该地区的密度是录，其中为直径管。

()B4 = DD2热导率的不可改变性。

数量级的差别，这近半年的热导总结，必须在对低价值的比例支持地区的总面积近五年数量的级别。

由于液化天然气的汽化率，通过热漏液化天然气储存罐壳的能量估计:
其中汞和分别是气态和液态的甲烷的焓。

从上面的方程，对液化天然气HL 气化率可估计为:
相关热容量，液态甲烷是基于温度级系数展开的。

甲烷其他焓的汽化热是基于沃森相关原理的。

显示为一个函数的过热率的比
该过热率，是指不同的燃料加热到相同的温度时，所要消耗的燃料比。

对交叉支撑截面面积，它连接了储罐的外部和内部。

a:厚度
图2;充满天然气储罐的热导
2(2 从天燃气汽车油箱中的回收
车内的液化天然气的蒸汽可以回收到大型储罐中。

汽化天然气的密度可以根据韦布-鲁宾的公式推得:
其中V为比容，由于天然气的主要成分为甲烷，我们可以使用甲烷作为影-5-3响天然气的主要因素。

R=8..314,a=4.260×10，C=2.287×10,表1，在不同压力下的液态甲烷和水蒸气的密度变化。

从车辆中回收的储存罐，可估算为
2(3 热量的泄漏
在装料前，汽车油箱，软管和分配器是循环的液化天然气。

汽化液化天然气的冷却能量估计为:
2.4通过燃料管的泄漏
用于传输汽车油箱燃料的低温绝缘软管，它配备了10到50 gpm的液化天然气喷嘴，假设低温绝缘软管的长度是3..66米，内半径为0.016米，那么它最多需要5分钟就能冷却下来，重新装满150加仑油箱的车辆。

软管的耐热性是:
真空绝热性能为，热量的泄漏率为，
由于通过燃料软管的热泄漏率为，
图3显示，过热率是在T162的液化天然气软管的热漏量和软管长度的比值。

一辆汽车总的热量损失量为:
如果一个人用来150加仑燃料的液化天然气一天，然后加热促使该管道保持9.1米公斤1/4。

在实际操作中，可以通过加油导致压力积聚在LNG的储罐上，热增加了液化天然气的使用率较少损耗。

图3。

以液化天然气为燃料的车辆的软管长度的汽化函数
图4。

减少饱和蒸汽压力的液化天然气的比率
2.5 汽化释放热
当热量进入液化天然气添加，蒸气压罐内将增加。

天然气放空可用于降低蒸汽压力，因此，液化天然气温度。

我们假设在饱和蒸汽状态，使蒸气之间的关系液化天然气的压力和温度是已知的。

如果初始液化天然气质量毫升，温度降低的dt排气后的液化天然气，米一定数额以下方程式是小的有效，;dt
从上面的公司得到:
对液化天然气的比例和蒸气压降低，如图所示。

例如，减少磅的饱和 4150蒸气压为，,，液化天然气将被加热。

同样，为了减少饱和从到028.9150100磅，,，液化天然气蒸汽压力要加热过，从到磅，,，液化天然7.7100509.2气要过热了。

显然，泄漏的气体可以导致大量的液化天然气的损失。

当然，发泄并不是一种有效的方法，为了减少蒸气压，要尽可能的避免。

以降低蒸汽压力包括安排液化天然气交付时间表，例如，填补了站储罐时蒸气压高，或使用站内蒸气储罐来驱动发电机或液化。

(储罐中的动态过程和燃料3LNG 为了得到一个直观的性质和组成，表示天然气如何在一个液化天然气LNG储罐中的变化，我们需要使用动态模型来模拟存储和加油过程。

传热模型可以用来描述热历史，同时热力学模型用于解释获得的属性和组成液化天然气的成分变化。

在储存和加油过程中，其性质液化天然气，如焓，质量，蒸汽压力，温度和密度，也随着时间而改变。

变化焓，和质量可低温液化天然气。

利用下面的公H 式描述，
其中是液化天然气将进入储存容器时的温度，是环境温度，为热导T0T1C的低温罐，壳为填补储罐率，是溢出率，液化天然气体积比容量大V_fill_mover 于壳体，是通风率，是焓添加到液化天然气加油时，一辆公交_mvent hfueling
车的燃料。

通过了解总焓和质量，天然气的低温温度可通过求解下列方程
为了解决上述三个方程，计划使用。

在本次的计划中，首先要设置液化天然气的温度为，然后更新为并使用均衡器。

()。

然后观察气体密度T0T t 0 17 变化并记录下来()。

蒸气压是已知的。

这个大规模的液化天然气过程，其19 中是平衡蒸气压，是一个系数。

重复以上步骤直到反应平稳，其中是一PVe个很小的值。

巴士液化燃料的存储过程3.1
我们考虑在一个万加仑的低温槽液化天然气站建于北京(图1.5NexGen公司)。

该液化天然气站测得的压力变化分列见表。

饱和压力变化从到21402 磅后天没有记录和通风。

在我们的计算中，我们假定初始填土加153.352571
仑有磅饱和压力。

热液化天然气储罐电导估计约为?瓦的改变了蒸140.2ç1/ K汽压力和温度在储罐见表。

该饱和蒸气压增加约磅加仑和LNG332500140磅填写饱和的压力。

我们预测饱和蒸气压在图时间。

两个固体符号列出实验数据表。

2 我们进一步考虑常用加仑低温储罐加仑初步填补磅，和13,00010,00050热导?瓦的表列出了数据例如压力和温度的储罐随时间变化，这C1/ K4LNG
是从表中所示的蒸气压，每天约磅后增加一液化天然气加仑填补饱4110000和压力为磅。

50
图。

预计为万加仑饱和与压力罐初步填补饱和和压力的?51.5140.2
psiC12571加仑液化天然气瓦光实心符号是从实验数据采取站在北京举行。

/LNG 巴士数目的增加对于燃料利用率的影响3.2
现时巴士每天数效应带动燃料损失率进行了分析，考虑一个液化天然气
加仑和热导不同从至瓦光据推测当压力高于防扩散安全倡议，13,00015/160 储存自动排出，直到压力小于磅。

当油箱中的燃料不到加仑，将充满1602000 加仑液化天然气到磅。

液化天然气的热耗，加入加油一个总线作为10,00050 录九时分(式())，热的九点一千克液化天然气)hfueling506;169 01?12
蒸发，真正的对值可能更改对于不同的巴士。

每个总线可以装填162çhfueling 加仑。

返回的气体对汽车水箱压力为磅。

燃料损耗以天为计算量。

150100300用燃料的巴士亏损如图所示。

表，3
万加仑的低温邮箱的蒸汽压力的的变化率1.5
表。

建立在一个拥有加仑的存量为加仑的低温箱的压力基础上，41000013000 有磅50
:巴士数目b
图。

燃料损失和每天巴士数目的损失6.
当两辆巴士每天加油。

燃料损耗降低,时，加油车，每天四。

该由于对公交0.4 车排放的气体数量的函数中显示图。

()项。

对于瓦的热传导率燃料 6b2/ K损失率平均为公斤的一天，当加油两辆巴士每天。

燃料损耗率降低到19.53.4每一天，加油公斤四个巴士每一天。

这是显然，越来越多的燃料，每天的巴士数目可以减少燃料的总百分比燃料损失，交付。

放空时可避免助长超过五巴士每天使用液化天然气低温与?瓦的坦克或三个以上的公交车加油每天用?C2/ KC1瓦的坦克重要的是减少了热导槽壳和热导是关系到钢铁支撑。

/ K (用加热过的气体来去东莞发电机4
作者:煮沸过的气体压力可能会积聚在储罐的内部从而使燃料为公交车所LNG
有的太少，如果每一天。

当排气不利于减少储罐压力，加热过的气体可用于电
力电发生器或重新液化。

煮沸过的天然气可用于电力一发电机或重新使用液化气的液化。

一 200GPd 般
来说，两种类型的发动机可用于该液化，自然吸气火花自然点火气体(唱) 发动机
和港口注入双料或试点点火天然气(平)型液化天然气车辆，需要 20 的或更少燃料供应的压力。

对于星这是涡轮增压发动机的燃料供给压psig[14] 力要求是在的范围通常如果气体混频器使用。

然而，目前的代重 30-40 psig 型星涡轮增压发动机，并使用微处理器在发动机进气歧管压力注入气体，一巨
大的压力差是为了确保精密注塑系统的运作。

供油压力在的范围 60-100 psig要求，通常需要这种类型的发动机星。

另一个天然气发动机的类型，目前在许多使用重型车是双燃料发动机，米天然气燃烧港口注射，并发起了直喷式柴
油。

这些涡轮增压引擎是不同的被称为港口注入或试验点火天[11,15] dualfuel
然气(平)。

燃料范围内的的。

目前大部分的液化天然气为燃料 100-130 psig 的重型车队车辆使用两种类型的发动机之一，星用微处理器控制的燃油计量，或决斗燃料。

其他类型的发动机，是指超过磅。

在此模型portinjected 150-175中，压力激活阀门是用来保持低于的罐中。

当罐内压力超过设定点， 80 psi 例如防扩散安全倡议，三路压力启动阀如图。

条线路，而不是液体的蒸80 7 气发动机损耗。

这减少罐的压力，作为发泄一样。

当油箱压力低于设定点(例如，压力比更高的发动机燃料供电要求)。

图。

液化天然气与液化模块发电机或储罐。

7
，结论5
加热过的天然气可用于发电机或重新液化使用。

一般来说，两种类型的发动机可以使用我们上面分析的机制，可能有助于LNG罐的存储。

加热过的天然气泄漏、主要是通过储罐壳的泄漏的。

通过特别设计的支撑可以减少液化天然气的泄漏率。

热传导可以用来描述LNG罐的潜热泄漏。

使用动态液化天然气的热传递系统分析可以估算一个LNG罐的热导。

我们计算了在北京液化天然气站1..5万加仑存量的储罐的压力变化。

我们进一步的计算，13000加仑液化天然气站的加仑罐。

通过增加数量，公共汽车每天消耗额总燃料损失可以大大的减少。

为了消除燃料损失，可以用一个专门的发电机来消耗LNG储罐中汽化的天然气。

或者可以通过液化天然气站来防止燃料损失，降低燃料成本。

然而，在大多数情况下，最小吞吐量的该液化能力高于传热率。

作为一13000加仑的LNG储罐，3.9加仑每天的热损率为0.03%。

该发电机消耗燃料时，邮箱压力低槽压高。

致谢
这项工作是由美国能源部赞助的，合同号:DE—ACO2—98CH10886来自美国能源部，致谢北京科学技术合作中心，是他们提供的实验数据。