液化天然气(LNG)作为一种清洁、高效的能源,在能源利用的环保性和经济性等方面具有明显优势,我国的LNG需求量和消费量快速增长,LNG接收站也越建越多。LNG储罐作为LNG接收站的核心设备,也是储存LNG的主要设备。LNG在罐内储存时容易因老化或充注新LNG而发生蒸发、分层、翻滚等问题,严重时可致燃致爆,因此LNG的安全储存成为天然气工业链中的重要课题。本论文在查阅国内外相关文献的基础上,对LNG储运过程中的分层与翻滚现象及其机理进行分析,应用传热传质的相关理论及计算机模拟技术,研究了储罐内LNG分层与翻滚的演变规律和影响因素,并与现场实测数据进行验证。主要内容有:1、对已发生分层的16×10~4m~3LNG储罐,选取层高为2m的相邻两LNG液层建立储罐的轴对称物理模型和数学模型,利用Fluent软件对LNG的翻滚过程进行模拟,分析模拟结果发现翻滚过程可以分为四个阶段:罐壁处翻滚阶段、翻滚传递阶段、翻滚平复阶段以及新分层形成阶段。2、对不同工况下的储罐翻滚过程进行数值模拟,对比研究了不同因素对翻滚的影响。通过设定不同的罐容、漏热位置、温差、漏热量和分层高度,模拟出储罐内不同时刻LNG的密度分布和混合速度,得到罐内LNG发生翻滚的时间、翻滚剧烈程度和持续时间,为工程中储罐的实时监测及储存状态判定提供一定的参考。3、建立16×10~4m~3储罐的三维模型,运用动网格技术模拟充注过程中储罐内LNG的分层情况。对比分析了三种充注工况下罐内LNG的密度分布,得出纵向密度差与各影响因素之间的对应变化关系,为充注工况的优化提供理论基础。4、针对某石化企业充注过程中出现的分层现象,以该企业8×10~4m~3LNG储罐为原型,建立三维物理模型,模拟储罐的充注过程,模拟结果表明充注结束后罐内LNG发生了明显分层,且模拟结果与实测数据吻合较好。最后对比分析了充注速度、罐内密度差和泵功的关系,表明当充注速度大于5m/s时,密度差基本无变化,但泵功继续增加。因此在卸料时间允许的情况下,可优选的较为经济的充注速度为5m/s。