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二氧化碳作为一种重要的工业产品,广泛应用于化工、焊接、铸造、饮食保鲜等领域,目前国外普遍采用低温液态形式储运CO2。作为低温液体的CO2,由于其低温特性和储罐隔热材料性能的局限,环境会不断向储罐内漏热,引起罐内低温介质的温度上升、内能增加、压力升高。当储罐内压力达到储罐安全阀设定的极限值后,安全阀会自动打开,保证储罐安全的同时,释放掉了一部分蒸发气体,该部分气体的释放,不仅会造成CO2本身的浪费,增加了其储运成本,还可能会给环境带来安全隐患,引起温室效应。CO2低温液体蒸发特性的研究是分析储罐内压力变化的重要途径。
本文基于相平衡理论,完成了纯CO2及含有一定杂质CO2的相态与泡露点性质、纯CO2在-30℃至30℃之间的平衡压力线、不同杂质(且不同杂质含量)对泡露点的影响及含有杂质(不同气化率下)的CO2平衡压力的试验及软件模拟研究,并进行了详细的对比分析。
本文以1000ml的不锈钢储罐以及单顶双壁真空储罐为研究对象、以纯CO2为介质,研究了低温液体储存时的压力及蒸发率变化关系。并在试验的基础上,基于质量守恒及能量守恒原理,建立了预测储罐内压力及蒸发率的等温模型,编制程序,并完成其计算结果与试验数据的对比。结果表明,该等温计算模型的计算结果较为准确可靠。
利用等温计算模型分析了各种影响密闭储罐内压力及蒸发率的因素,得出结论:(1)密闭储罐存在一个“最佳充满率”(本次计算中为0.87)。充满率等于最佳初始充满率时,密闭储罐的安全储存时间最长。(2)储罐保温层导热系数越大,储罐内压力上升得越快,安全储存时间就越短。(3)环境温度越高,密闭储罐的压力上升得越快,安全储存时间越短。(4)在其他条件相同的情况下,储罐的最高工作压力越高,安全储存时间越长。