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LNG储罐是液化天然气工厂和LNG接收站的主要存储设备,投资份额占比较大。通常要求LNG储罐具有高安全性。由于LNG具有超低温特性,低温液体大量进入常温储罐内会出现急剧和非均匀降温,从而导致罐体应力集中和罐内压力骤升,影响接收站安全。因此LNG储罐在正式投入使用前必须先进行预冷,使储罐从机械竣工后的常温状态缓慢均匀地降到低温工作状态。对储罐进行预冷具有较大难度和较高风险性,充分的储罐预冷作业前准备,合理的冷却速率的控制和预冷介质用量的估算,以及安全措施的严格执行是LNG储罐预冷得以顺利实施的重要保证。本文在查阅国内外文献基础上,结合理论计算、数值模拟技术研究了大型LNG储罐预冷过程物理场变化规律及主要预冷控制参数,并与现场实测数据进行验证,主要内容有:1、对目前LNG接收站的大型LNG储罐所采用的预冷方案和预调试工作进行较为详细的介绍,在此基础上构建储罐罐顶、罐壁、罐底的传热模型。基于传热学基本理论,以8×10~4m~3的LNG储罐为研究对象,对储罐漏热过程的机理进行研究,推导出储罐罐顶、罐侧壁、罐底处漏热的计算式,分别计算罐顶、罐侧壁和罐底的漏热量,为进一步研究储罐预冷方案提供基础。2、根据预冷过程的非稳态的特性,基于热力学第一定律建立开口系统能量守恒方程,进行预冷规律分析,发现影响预冷时间的因素有预冷介质流量、储罐漏热量和被冷却的构件质量。推导储罐温度、压力随预冷时间变化的计算模型,分析了预冷过程储罐温度、压力随时间的变化规律,探讨进口介质流量、温降速率、预冷时间、预冷介质消耗量之间的相互影响。针对某石化企业实际采用的液氮加LNG预冷方案进行预冷的过程进行理论计算,将理论计算结果与企业现场实测数据对比,误差不超过7%,在工程实际要求范围内,为工程实际中指导选取预冷喷淋流量提供理论基础。3、建立8×10~4m3LNG储罐的三维模型,基于Fluent软件并采用低温液体汽化的相变模型来模拟储罐预冷过程中罐温度场、流场分布情况,分析预冷过程中储罐温度场、流场及传热过程,研究不同进口速度对温降速率的影响。将模拟结果与企业现场实测数据进行对比,二者吻合性较好。