液化天然气球罐储存
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第1期
∃管件与设备∃
17
液化天然气球罐储存
张月静 吴海珠 张 滨 中国石油天然气管道勘察设计院 河北省廊坊市 065000
摘要 论述了液化天然气球罐储存的特点, 对如何确定储存温度和压力、如何求解球罐保冷 层厚度作了理论推导, 并给出了液化天然气球罐的最优保冷层厚度的模型。 关键词: 液化天然气 球罐 保冷层 计算
( 收稿日期: 1999 年 11 月 16 日)
( 上接第 18 页)
5结论
5. 1 确定液化天然气储存球罐的操作温度和压力时, 应首先分析其物性, 得到天然气的临界压力和温度, 储 存温度应低于其临界温度, 然后根据经济比较得到合 理的操作压力和温度。 5. 2 液化天然气储存球罐的保冷层厚度必须大于理 论求解值。 5. 3 由于液化天然气的球罐储存在我国还没有实例, 因此, 以上的保冷层厚度的求解还有待于实际验证。
1前言
液化天然气( LNG) 的体积约为标准 状态下其气 体体积的 1/ 600, 大气压力下的天然气液化温度约为 - 162 ! , 这就决定了储存同样量的天然气、液化天然 气的储存容积比天然气库容积小得多。但是液化天然 气储存工艺较复杂, 必须具有相应的制冷工艺。
液化天然气的储存方式有多种, 地上球罐储存是 液化天然气储存方式之一。
图 2 液相和气相百分比值均为 1 时甲烷压力、温度图表
图 3 混合气体相包线图
4 球罐保冷层厚度的计算
4. 1 球罐保冷层厚度的理论计算 导热微分方程用球坐标表示如下∀1#:
t=
(
1 r
2( rt r2
)
+
1 r 2sin
( sin
r)+
1 r 2sin2
2t !2
)
+
qv ∀c
对于常物性、无内热源球体的稳态导热, 上述导热
2 液化天然气球罐储存的特点
与大型的平底常压低温 L NG 储罐相比, 液化天 然气球罐储存有以下优点:
( 1) 罐基础简单, 用支撑柱架高罐( 如图 1) , 不用 考虑低温罐基础的冻土问题。
图 1 低温球罐示意图
( 2) 具有一定的高程, 可进行自重力式输出装车。 ( 3) 球罐的表面积和体积比较小, 因而从大气中吸
应为:
Q 2= - F 外壁( t 0- t w 2)
( 4)
根据稳态传热假设, 得到:
Q1= Q2
( 5)
将式( 3) 、( 4) 代入方程( 5) , 得到:
4∃#
r1r r 1-
2
r
2
(
t
w
2
-
tw 1) =
-
∃4∃r 2( t 0- t w 2)
( 6)
令
tb =
tw 2- tw 1 t 0- tw 2
另一方面, 液化天然气温度和压力间存在着一定 关系, 液化甲烷的温度和压力的关系( 如图 2) 由图中 可以看出, 甲烷的临界温度为- 82. 45 ! , 相应的压力 值为 4. 64M Pa。也就是说当甲烷温度高于- 82. 45 ! 时, 无论压力有多大, 甲烷气状态也不会成为液态, 同 样, 对于天然气混合物, 也存在这样的临界温度, 例如
∃控制与测量∃
45
∋ 打印(一项。 ( 2) ∋ 数据表( 是指对以往检测数据进行表格顺
序形式的显示, 供浏览和分析, 也可以打印出来, 具体 的操作可以根据屏幕的提示进行。 5. 6 ∋ 帮助(
选定∋ 帮助(项后就可以进入帮助系统, 学习有关 的操作方法和注意事项, 为您更好地使用本系统提供 一个简要的帮助。本检测系统的帮助方式是一个配乐 动画幻灯片演示系统, 它是 Pow erpo int 与 Visual Basic 相结合的方式完成的, 会给使用和操作带来一定的乐 趣。
参 考文献
1 戴锅生. 传热学. 北京: 高等教育出版社, 1993: 27~ 28. ( 收稿日期: 1999 年 12 月 8 日)
18
管道技术与设备
2000 年
某混合天然气的相包线( 如图 3) 。因此, 液化天然气 的储存温度是有限定的。这样, 我们在确定储存压力、 温度时, 既保证其在技术可行的范围内, 又应兼顾罐的 建筑费、保冷及制冷费、建成后的操作费用。得到使总 费用最小时的储存压力和温度。一般地, 球型罐的操 作压力在 137. 9~ 827. 4kPa 之间。
冷层厚度和制冷费用之间存在着一定的关系。对于体
积确定的低温球罐, 保冷层厚, 增加保冷投资, 而这时
制冷量减少, 制冷投资和制冷运行费用降低, 反之保冷
层薄, 保冷投资减少, 但制冷投资和制冷 运行费用增
加。这样可以把保冷费用和制冷费用作为目标函数,
根据费用最小原则, 建立以下数学模型:
minS = S 1( %) + S 2( %)
( 7)
st %%%1
式中 S1( %)、S2( %) & & & 分别表示保冷投资费用、制 冷投资与运行费用;
%& & & 储罐的保冷层厚度, m ;
%1 & & & 由方程( 5) 得到的保冷层厚度, m。
通过求解最小问题( 7) , 可以得到球罐的最优保冷
层厚度。
( 下转第 45 页)
第1期
1 r
∃(
tw
2
tw 1)
这样由球内壁传到外壁的热流量为:
Q1=
-
#F
dt dr
=
4 ∃#
r1r r 1-
2
r
(
2
t
w
2-
tw 1)
( 3)
对于球面来说, 面积 F= 4∃r 2。另外, 由于球罐外
表面的温度不能低于环境的露点温度, 否则球罐的外
表面就会结冰, 这对球罐的安全运行会造成一定的影
响。因此这里我们令 tw 2 等于环境的露点温度。 根据牛顿冷却公式, 球罐外壁与大气的对流换热
微分方程可简化为:
2
( rt r2
)
=
0
( 1)
图 4 球罐示意图
边界条件为: 当 r = r 1 时, t= tw 1 当 r = r 2 时, t= tw 2 解上述微分方程得:
来自百度文库
dt dr
=
r
r1r 1-
2
r
∃
2
r12∃(
tw
1-
tw 2)
( 2)
和
t=
tw 1+
r
1 r 2r 1-
rr r2
2∃
3 液化天然气球罐储存时操作压力温度的确定
在确定液化天然气球罐储存温度、压力时, 应兼顾 其技术可行性和经济合理性。一方面, 液化天然气储 存压力、储存温度的确定直接影响着储存系统的总投 资费用, 储存压力越高, 储存温度就越高, 需要建罐的 钢材费用越高, 而相应的保冷层和制冷费用则降低, 反 之, 储存压力低, 储存温度就低, 这样建罐钢材费用低, 但是, 保冷层及制冷费用升高。
6 结束语
本检测系统是对金属波纹膨胀节的性能进行自动 检测和综合试验的一个初步研究, 即可以装备新的试 验检测装置, 也可以对已有的非计算机控制检测的装 置进行改造; 既可以用于生产检测, 也可以用于试验研 究。随着金属波纹膨胀节的应用越来越广泛和质量要
求越来越严格, 这方面的研究、试验和检测也就显得越 来越重要。本检测系统已经过一年多的运行, 运行状 况稳定、可靠。所以, 我们愿意以本检测系统作为一个 开始, 在行业上展开这方面的工作, 以促进金属波纹膨 胀节产品质量的进一步提高。
LNG Spherical tank Storage
Zhang Yuejing Wu Haizhu Zhang bin China P & NG P ipeline Prospecting & Designing Institute, L ang Fang Hebei 065000
Abstract: T his paper describes the character istic of LN G spher ical tank sto rage, t heoretically derives how to deter mine storage temperature and pressure, how to calculate the cold- keeping layer thickness. A model is established for opti mization of the cold- keeping layer thickness o f the LN G spherical tank. Key Words: L NG , Spher ical T ank, Cold- keeping Layer, Calculation
保冷层厚度: %1= r 2- r 1
通过解上述方程可以得到:
- r 1+ %1=
r 21+ 4 #t b 2
这样得到的 %1 不一定就是经济保冷层厚度, 在求 出该值以后, 还应根据实际情况通过分析和经济比较
得到一个比较合理的保冷层厚度。
4. 2 确定最优球罐保冷层厚度的计算模型
当液化天然气球罐的储存压力确定后, 球罐的保
( 上接第 16 页) ( 2) 无针孔 一旦形成针孔, 将以针孔处金属为小
阳极, 其它部位金属为大阴极, 很快形成腐蚀, 因此涂 覆工序结束后, 必须检测是否有针孔, 并给予修复;
( 3) 耐高温 我们开发了 两种涂层, 一种可耐温 120 ! , 一种可耐温 200 ! 。
6 结束语
直埋式管线长期处于地下, 能保证长时间无故障运 行是设计者和使用单位首先考虑的问题。我们研究的 几种直埋式膨胀节防腐蚀结构是根据不同用户及地质 特点设计的, 具体选用哪种结构, 可根据实际情况确定。
收的热量相对减少, 其表面保冷层体积仅为等体积平 底储罐的 88% , 节省投资费用和操作费用。
( 4) 当制冷设备远离罐区时, 罐内出来的气体具有 足够的压力克服管路摩阻。
( 5) 储存压力可以比常压低温平底罐高, 这样制冷 工艺较常压低温储存简单。
这种储存 方式的 缺点是 储存容 量较 少, 一 般在 4. 73~ 3785. 4m 3 之间∀1#。
4 徐开先主编. 波 纹管 类组件 的制 造及 应用. 北 京: 机 械工 业 出版社, 1998. 1~ 84, 132~ 175, 260~ 308.
5 美国 EJM A 标准. 93 版. 6 于振毅, 白宇等 . 对 EJM A 标 准中 某些 问题 的分 析与 讨论.
管道技术 与设备. 1993; ( 4) : 8~ 13. 7 GB/ T 12777& 91 金属波纹管膨胀节通用技 术条件. 8 JB/ T 6169 & 92. 金属波纹管.
参考文献
1 黄玲佳 等译( ∀美#Cornell, C. ) . V isual Basic 4 for Windows95 手册. 北京: 科学出 版社, 1996.
2 吴东辉, 张波. 轻松学 习 V isual Basic 4. 0. 北京: 清华 大学 出 版社, 1996.
3 A division o f Solartron Gr oup Ltd. 35954A I BM PC to S- N et Adaptor OP ERAT IN G M ANU AL , England. 1995.
∃管件与设备∃
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液化天然气球罐储存
张月静 吴海珠 张 滨 中国石油天然气管道勘察设计院 河北省廊坊市 065000
摘要 论述了液化天然气球罐储存的特点, 对如何确定储存温度和压力、如何求解球罐保冷 层厚度作了理论推导, 并给出了液化天然气球罐的最优保冷层厚度的模型。 关键词: 液化天然气 球罐 保冷层 计算
( 收稿日期: 1999 年 11 月 16 日)
( 上接第 18 页)
5结论
5. 1 确定液化天然气储存球罐的操作温度和压力时, 应首先分析其物性, 得到天然气的临界压力和温度, 储 存温度应低于其临界温度, 然后根据经济比较得到合 理的操作压力和温度。 5. 2 液化天然气储存球罐的保冷层厚度必须大于理 论求解值。 5. 3 由于液化天然气的球罐储存在我国还没有实例, 因此, 以上的保冷层厚度的求解还有待于实际验证。
1前言
液化天然气( LNG) 的体积约为标准 状态下其气 体体积的 1/ 600, 大气压力下的天然气液化温度约为 - 162 ! , 这就决定了储存同样量的天然气、液化天然 气的储存容积比天然气库容积小得多。但是液化天然 气储存工艺较复杂, 必须具有相应的制冷工艺。
液化天然气的储存方式有多种, 地上球罐储存是 液化天然气储存方式之一。
图 2 液相和气相百分比值均为 1 时甲烷压力、温度图表
图 3 混合气体相包线图
4 球罐保冷层厚度的计算
4. 1 球罐保冷层厚度的理论计算 导热微分方程用球坐标表示如下∀1#:
t=
(
1 r
2( rt r2
)
+
1 r 2sin
( sin
r)+
1 r 2sin2
2t !2
)
+
qv ∀c
对于常物性、无内热源球体的稳态导热, 上述导热
2 液化天然气球罐储存的特点
与大型的平底常压低温 L NG 储罐相比, 液化天 然气球罐储存有以下优点:
( 1) 罐基础简单, 用支撑柱架高罐( 如图 1) , 不用 考虑低温罐基础的冻土问题。
图 1 低温球罐示意图
( 2) 具有一定的高程, 可进行自重力式输出装车。 ( 3) 球罐的表面积和体积比较小, 因而从大气中吸
应为:
Q 2= - F 外壁( t 0- t w 2)
( 4)
根据稳态传热假设, 得到:
Q1= Q2
( 5)
将式( 3) 、( 4) 代入方程( 5) , 得到:
4∃#
r1r r 1-
2
r
2
(
t
w
2
-
tw 1) =
-
∃4∃r 2( t 0- t w 2)
( 6)
令
tb =
tw 2- tw 1 t 0- tw 2
另一方面, 液化天然气温度和压力间存在着一定 关系, 液化甲烷的温度和压力的关系( 如图 2) 由图中 可以看出, 甲烷的临界温度为- 82. 45 ! , 相应的压力 值为 4. 64M Pa。也就是说当甲烷温度高于- 82. 45 ! 时, 无论压力有多大, 甲烷气状态也不会成为液态, 同 样, 对于天然气混合物, 也存在这样的临界温度, 例如
∃控制与测量∃
45
∋ 打印(一项。 ( 2) ∋ 数据表( 是指对以往检测数据进行表格顺
序形式的显示, 供浏览和分析, 也可以打印出来, 具体 的操作可以根据屏幕的提示进行。 5. 6 ∋ 帮助(
选定∋ 帮助(项后就可以进入帮助系统, 学习有关 的操作方法和注意事项, 为您更好地使用本系统提供 一个简要的帮助。本检测系统的帮助方式是一个配乐 动画幻灯片演示系统, 它是 Pow erpo int 与 Visual Basic 相结合的方式完成的, 会给使用和操作带来一定的乐 趣。
参 考文献
1 戴锅生. 传热学. 北京: 高等教育出版社, 1993: 27~ 28. ( 收稿日期: 1999 年 12 月 8 日)
18
管道技术与设备
2000 年
某混合天然气的相包线( 如图 3) 。因此, 液化天然气 的储存温度是有限定的。这样, 我们在确定储存压力、 温度时, 既保证其在技术可行的范围内, 又应兼顾罐的 建筑费、保冷及制冷费、建成后的操作费用。得到使总 费用最小时的储存压力和温度。一般地, 球型罐的操 作压力在 137. 9~ 827. 4kPa 之间。
冷层厚度和制冷费用之间存在着一定的关系。对于体
积确定的低温球罐, 保冷层厚, 增加保冷投资, 而这时
制冷量减少, 制冷投资和制冷运行费用降低, 反之保冷
层薄, 保冷投资减少, 但制冷投资和制冷 运行费用增
加。这样可以把保冷费用和制冷费用作为目标函数,
根据费用最小原则, 建立以下数学模型:
minS = S 1( %) + S 2( %)
( 7)
st %%%1
式中 S1( %)、S2( %) & & & 分别表示保冷投资费用、制 冷投资与运行费用;
%& & & 储罐的保冷层厚度, m ;
%1 & & & 由方程( 5) 得到的保冷层厚度, m。
通过求解最小问题( 7) , 可以得到球罐的最优保冷
层厚度。
( 下转第 45 页)
第1期
1 r
∃(
tw
2
tw 1)
这样由球内壁传到外壁的热流量为:
Q1=
-
#F
dt dr
=
4 ∃#
r1r r 1-
2
r
(
2
t
w
2-
tw 1)
( 3)
对于球面来说, 面积 F= 4∃r 2。另外, 由于球罐外
表面的温度不能低于环境的露点温度, 否则球罐的外
表面就会结冰, 这对球罐的安全运行会造成一定的影
响。因此这里我们令 tw 2 等于环境的露点温度。 根据牛顿冷却公式, 球罐外壁与大气的对流换热
微分方程可简化为:
2
( rt r2
)
=
0
( 1)
图 4 球罐示意图
边界条件为: 当 r = r 1 时, t= tw 1 当 r = r 2 时, t= tw 2 解上述微分方程得:
来自百度文库
dt dr
=
r
r1r 1-
2
r
∃
2
r12∃(
tw
1-
tw 2)
( 2)
和
t=
tw 1+
r
1 r 2r 1-
rr r2
2∃
3 液化天然气球罐储存时操作压力温度的确定
在确定液化天然气球罐储存温度、压力时, 应兼顾 其技术可行性和经济合理性。一方面, 液化天然气储 存压力、储存温度的确定直接影响着储存系统的总投 资费用, 储存压力越高, 储存温度就越高, 需要建罐的 钢材费用越高, 而相应的保冷层和制冷费用则降低, 反 之, 储存压力低, 储存温度就低, 这样建罐钢材费用低, 但是, 保冷层及制冷费用升高。
6 结束语
本检测系统是对金属波纹膨胀节的性能进行自动 检测和综合试验的一个初步研究, 即可以装备新的试 验检测装置, 也可以对已有的非计算机控制检测的装 置进行改造; 既可以用于生产检测, 也可以用于试验研 究。随着金属波纹膨胀节的应用越来越广泛和质量要
求越来越严格, 这方面的研究、试验和检测也就显得越 来越重要。本检测系统已经过一年多的运行, 运行状 况稳定、可靠。所以, 我们愿意以本检测系统作为一个 开始, 在行业上展开这方面的工作, 以促进金属波纹膨 胀节产品质量的进一步提高。
LNG Spherical tank Storage
Zhang Yuejing Wu Haizhu Zhang bin China P & NG P ipeline Prospecting & Designing Institute, L ang Fang Hebei 065000
Abstract: T his paper describes the character istic of LN G spher ical tank sto rage, t heoretically derives how to deter mine storage temperature and pressure, how to calculate the cold- keeping layer thickness. A model is established for opti mization of the cold- keeping layer thickness o f the LN G spherical tank. Key Words: L NG , Spher ical T ank, Cold- keeping Layer, Calculation
保冷层厚度: %1= r 2- r 1
通过解上述方程可以得到:
- r 1+ %1=
r 21+ 4 #t b 2
这样得到的 %1 不一定就是经济保冷层厚度, 在求 出该值以后, 还应根据实际情况通过分析和经济比较
得到一个比较合理的保冷层厚度。
4. 2 确定最优球罐保冷层厚度的计算模型
当液化天然气球罐的储存压力确定后, 球罐的保
( 上接第 16 页) ( 2) 无针孔 一旦形成针孔, 将以针孔处金属为小
阳极, 其它部位金属为大阴极, 很快形成腐蚀, 因此涂 覆工序结束后, 必须检测是否有针孔, 并给予修复;
( 3) 耐高温 我们开发了 两种涂层, 一种可耐温 120 ! , 一种可耐温 200 ! 。
6 结束语
直埋式管线长期处于地下, 能保证长时间无故障运 行是设计者和使用单位首先考虑的问题。我们研究的 几种直埋式膨胀节防腐蚀结构是根据不同用户及地质 特点设计的, 具体选用哪种结构, 可根据实际情况确定。
收的热量相对减少, 其表面保冷层体积仅为等体积平 底储罐的 88% , 节省投资费用和操作费用。
( 4) 当制冷设备远离罐区时, 罐内出来的气体具有 足够的压力克服管路摩阻。
( 5) 储存压力可以比常压低温平底罐高, 这样制冷 工艺较常压低温储存简单。
这种储存 方式的 缺点是 储存容 量较 少, 一 般在 4. 73~ 3785. 4m 3 之间∀1#。
4 徐开先主编. 波 纹管 类组件 的制 造及 应用. 北 京: 机 械工 业 出版社, 1998. 1~ 84, 132~ 175, 260~ 308.
5 美国 EJM A 标准. 93 版. 6 于振毅, 白宇等 . 对 EJM A 标 准中 某些 问题 的分 析与 讨论.
管道技术 与设备. 1993; ( 4) : 8~ 13. 7 GB/ T 12777& 91 金属波纹管膨胀节通用技 术条件. 8 JB/ T 6169 & 92. 金属波纹管.
参考文献
1 黄玲佳 等译( ∀美#Cornell, C. ) . V isual Basic 4 for Windows95 手册. 北京: 科学出 版社, 1996.
2 吴东辉, 张波. 轻松学 习 V isual Basic 4. 0. 北京: 清华 大学 出 版社, 1996.
3 A division o f Solartron Gr oup Ltd. 35954A I BM PC to S- N et Adaptor OP ERAT IN G M ANU AL , England. 1995.