【摘 要】
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结合3×10~4 m~3大型LNG储罐置换工程实例,通过理论计算和数值仿真模拟相结合的方式,对大型LNG储罐的天然气置换氮气过程进行研究,旨在为储罐置换工程提供置换耗气量和置换时间的计算方法,并优化储罐置换工艺,减少置换过程中不必要的资源消耗。本文的主要研究内容和结论如下:（1）结合热传导、热对流和热辐射传热学基本理论,建立了储罐罐顶、罐底和罐壁热流量计算的数学模型,对储罐的BOG日产生量进行了计
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结合3×10~4 m~3大型LNG储罐置换工程实例,通过理论计算和数值仿真模拟相结合的方式,对大型LNG储罐的天然气置换氮气过程进行研究,旨在为储罐置换工程提供置换耗气量和置换时间的计算方法,并优化储罐置换工艺,减少置换过程中不必要的资源消耗。本文的主要研究内容和结论如下:（1）结合热传导、热对流和热辐射传热学基本理论,建立了储罐罐顶、罐底和罐壁热流量计算的数学模型,对储罐的BOG日产生量进行了计算,并分析了环境温度、环境风速和储罐充满率对储罐BOG日产生量的影响。通过计算分析得出,储罐BOG日产生量较大,可以用于储罐的天然气置换氮气过程,并且环境温度是影响储罐BOG日产生量的主要因素,环境风速和储罐充满率的影响小。本文还对储罐置换过程中的置换时间和置换耗气量进行了理论计算。（2）通过能量守恒方程、质量守恒方程和组分运输模型等微分方程建立了大型LNG储罐BOG置换氮气的三维数值仿真模拟计算模型,借助与模型原理相同的Fluent软件平台,输入案例的初始条件、边界条件和气体特性参数,模拟分析了LNG储罐置换过程中的甲烷浓度分布规律,并将模拟结果与采集的案例置换工程数据进行对比,对比结果表明两者具有较好的吻合性。（3）通过对案例储罐BOG置换氮气过程中的模拟结果分析发现:由于涡流现象的存在导致储罐出现置换不完全和置换死角的现象,严重影响储罐置换质量,因此在储罐置换工程中应通过合理安排置换方案来避免或减轻涡流现象。本文提出几种储罐置换的优化方案,分析了储罐吊顶通气孔位置、通气孔尺寸和增设吊顶通气孔对储罐置换过程的影响,通过对几种方案的对比得出:当吊顶通气孔圆心至储罐内罐内壁面的距离为8.2m的基础上,在吊顶中心新增一个DN350通气孔是最佳的置换方案,不仅可以避免置换死角的出现,还可以有效减少资源的消耗。本文通过分析研究得出了3×10~4 m~3大型LNG储罐的最佳置换法,其他容量LNG储罐可以利用本文研究方法和思路来进行储罐置换方案的优化。
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