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LNG储罐是LNG接收站内的关键设备,常压下LNG的储存温度低至111K,因此预冷是储罐投产之前必须的一环。本文先通过实验方法对小型低温储罐预冷、充装及储存参数变化规律进行研究,而后从理论分析、数值模拟和实例验证三个方面对大型LNG储罐的预冷过程进行研究,主要研究内容与结论如下:以195L小型低温储罐为研究对象,液氮为实验介质,对预冷、充装与稳定储存阶段规律变化进行实验研究,得到如下结论:(1)预冷过程分为3个阶段,高温恒定阶段、快速温降阶段及缓慢温降阶段。(2)充装过程,罐内出现温升现象,且自下而上,温升幅度减小。(3)储罐蒸发流量呈周期性波动,波动趋势与环境压力波动趋势相反,与温度波动趋势无关。(4)储罐初始充装率越高,压力升高速度越小,安全储存时间越长。研究LNG储罐预冷工艺流程及预冷要求,对LNG预冷和低温氮气预冷进行对比分析,综合考虑经济性以及安全性,给出各工艺的适用条件。对16×10~4m~3大型LNG储罐预冷过程进行传热分析,建立预冷数学模型,利用MATLAB编程求解,研究预冷规律及其影响因素,得到以下结论:(1)预冷初始,储罐压力及BOG排放流量迅速增加;随预冷进行,LNG流量增大且增速增加,储罐压力减小,BOG排放流量缓慢增大直到后期减小。(2)温降速度越大,预冷用时越少,LNG流量、BOG排放流量及罐内压力越大;LNG总用量及BOG排放总量越小,当温降速度超过-3K/h后,影响减弱。(3)储罐初始压力以及BOG排放设定压力对预冷过程影响较小。因此,建议预冷前期,采用小温降速度;后期加大温降速度;整个预冷过程,平均温降速度控制在-2~-3K/h;储罐初始压力为10~15kPa,BOG排放设定压力为15kPa。建立16×10~4m~3大型LNG储罐LNG预冷三维数值模型,对LNG相变问题进行理论分析,编写UDF进行模拟,数值模拟结果与现场预冷数据较为吻合,证明了模型的可靠性。研究预冷过程物理场变化规律并分析喷淋环对预冷的影响,结果表明:(1)大型储罐罐内温度变化趋势与小型储罐预冷实验结果一致。(2)温度场与罐内流场相互影响。储罐的左右两边均形成了涡流。(3)预冷过程罐底中心区域出现二次回流,减慢温降速度。(4)预冷过程,罐内下部压力高于上部压力,压力梯度明显。(5)喷淋环管的位置、直径、喷嘴个数均对储罐预冷过程均有影响。对于16×10~4m~3LNG储罐,建议应尽量将喷淋环管与放空口距离增大,喷淋环直径为13m,喷嘴个数不宜过多,个数范围一般在18~28个。