液化天然氣儲運及利用中的幾個關鍵問題-文庫吧
2025-05-26 01:27 本頁面
【正文】 研究 。 [8] 作者曾用突變論預測森林火災發(fā)展和轟燃 , 故此擬 用突變論來研究蒸汽爆炸和轟燃現(xiàn)象 。 LNG對流分層的混沌 、 渦旋的分形 、 LNG 泄漏擴 散的時空混沌 、 儲罐失效的 BLEVE 現(xiàn)象以及泄露可燃 氣的轟燃模型研究內(nèi)容包括 : 研究 LNG分層的物理特 性 ,找出與分層相關的影響因子 。 運用質(zhì)能守恒基本定 律建立描述渦旋現(xiàn)象的偏微分方程 。 結(jié)合經(jīng)驗公式 ,考 慮羽流運動時的卷吸量 ,對 LNG的浮力羽流建立流量 計算方程 。 考慮不同液體蒸發(fā)率下的系統(tǒng)勢函數(shù) 。 進而 用分形理論 、 混沌理論和耦合映象格子模型研究渦旋 的發(fā)展過程和 LNG浮力羽流的時空混沌行為 ,用突變 [9] 論來研究 BLEVE 現(xiàn)象和轟燃現(xiàn)象 。 其研究方法是 : 將甲烷和氮氣等不同組分的氣體 混合 ,得到不同特性的天然氣 ,在低溫和一定壓力下使 其液化 (或直接用液化天然氣 ) 。 利用精確 PVT 實驗 臺 ,得到 LNG的 PVT物化特性和相平衡特性 。 以不同 密度的液化天然氣作為分層 、 渦旋的模擬介質(zhì)進行實 驗 。 觀察并用高速攝像機捕捉透明試驗槽內(nèi)各層的自 然對流流型 、 層間混合流動圖像 , 作為圖像識別的依 據(jù) 。 通過測量蒸發(fā)量的變化來分析側(cè)壁和底部加熱量 、 各層密度差對渦旋的影響 。 同時在透明試驗槽中安放 浮球以觀察渦旋導致振動的頻率的變化 , 從而找出分 層液體界面擴散 、 層間流動 、 混合 、 渦旋以及蒸發(fā)的普 遍規(guī)律 。 結(jié)合圖像識別和數(shù)值模擬導出 LNG 分層 、 渦 旋的非線性動力學模型 。采用帶觀察窗的沖擊管 , 液 體突然暴露在大氣壓下 , 用高速攝影和壓力傳感器觀 察發(fā)生的情況 ,顯示實驗中壓力變化情況 ,分析壓力波對容器災害性失效的影響 。利用透明試驗槽的不同位 置開孔來研究引發(fā)的轟燃現(xiàn)象 ,用熱線風速儀測速度 , 測量浮力羽流的運動情況 , 分析 LNG 泄漏 、 擴散的浮 力羽流的混沌行為和 BLEVE 現(xiàn)象 。取若干種不同的 液化天然氣 ,在不同空氣溫度 、 濕度條件下 , 進行轟燃 實驗 ,用紅外熱像儀測溫度 , 觀察轟燃的現(xiàn)象 , 用之檢 驗突變論數(shù)學物理模型 。 由于 LNG儲運中存在著渦旋振動 、 泄露擴散 、 爆 炸燃燒等隱患 ,有必要對其儲運系統(tǒng)安全性進行預測 和評價 。最為常用的預測預報方法是閾值法 , 這種方 法盡管較為簡便 ,但很大程度上依賴于傳感器的靈敏 度 ,且易受偶爾出現(xiàn)的其它信號的干擾 。近年來計算 機的發(fā)展可以將系統(tǒng)變化歷程與事先儲存的 、 由模擬 實驗得到的信號變化歷程進行比較 ,作出發(fā)生 、 發(fā)展的 判斷 ,形成了過程法 。將多維傳感信號或數(shù)值模擬的 結(jié)果與參照模式對比 , 以實現(xiàn)正確的識別與分類是過 程法的關鍵 。由于 LNG危害發(fā)生發(fā)展過程的復雜性 、 多變性 ,實際探測信號或數(shù)值模擬結(jié)果往往難以與給 出模式完全吻合 ,這就要求模式識別過程具有較強的 模糊類比 、 識別和容錯能力 。模糊理論與人工神經(jīng)網(wǎng) 絡 (ANN ) ,具有樣本自學習能力 、 高容錯性的特征 , 是 實現(xiàn)復雜模式分類與辯識的有效工具 。國內(nèi)外已有不 少學者用人工神經(jīng)網(wǎng)絡來模擬燃燒問題 , 獲得了較好 的結(jié)果 ,筆者也曾提出將人工智能用于森林火災的預 測[ 10 ]。但是將模糊控制和人工神經(jīng)網(wǎng)絡有機結(jié)合 , 應用于 LNG的分層 、 渦旋 、 水擊 、 擴散 、 爆炸 、 轟燃現(xiàn)象 , 尚未見諸報道 。 其研究方法是 : 通過實驗 、 數(shù)值模擬 、 調(diào)研得到大 量有關 LNG安全性的基礎數(shù)據(jù) , 從檢測數(shù)據(jù) 、 貯存信 息中提取特征變量 ,選擇智能化程度高的信息處理技 術 ,構(gòu)造神經(jīng)網(wǎng)絡和模糊識別模型 , 并與 LNG分層和 渦旋的數(shù)學模型和分形模型 、 耦合映象格子模型 、 浮力 羽流混沌模型等混沌學模型 , 爆炸和轟燃的突變模型 有機結(jié)合 ,構(gòu)造具有較強分類與容錯 LNG安全系統(tǒng)的 預測 、 評價模型 。并用調(diào)研所得的 LNG事故現(xiàn)場數(shù)據(jù) 及實驗室實驗結(jié)果 ,驗證預測模型的可靠性 ,并不斷修 正、 完善模型 。LNG汽化后進入管網(wǎng) , 也存在管道腐蝕 、 泄漏 、 燃燒、 爆炸等安全性的問題 , 也宜根據(jù)管網(wǎng)特點 , 參考上 述方法 ,加以評價 、 監(jiān)測和預警 。2 燃氣互換性問題作為燃料 , 天然氣具有發(fā)熱量高 、 碳氫比低 、 硫含 量低 、 輻射系數(shù)低等特點 ,其物性均對燃燒過程產(chǎn)生影 響 ,其中發(fā)熱量和火焰?zhèn)鞑ニ俣葘Q定氣體燃料的燃第 34 卷 5 期 第 石油與天然氣化工365燒狀況 。與煤或油作原料的城市煤氣相比較 , 天然氣 發(fā)熱量高 ,燃燒速度慢 ,因此由燃燒器流出的天然氣 空氣混合物太富 ,需要進一步用空氣稀釋 ,所以天然氣 火焰屬于擴散型火焰 ,它包含一個內(nèi)焰和外焰 ,外焰的 加熱作用不僅使處于內(nèi)焰的燃料 空氣混合物可燃性 極限變寬 ,而且增加了混合物的燃燒速度 ,外焰的加熱 作用如果由于某種原因降低 ,則內(nèi)焰穩(wěn)定性也降低 。 燃氣互換性問題在國外研究已有一定歷史 , 在我 國則是 20 世紀 60 年代后期才起步 , 目前世界上最有 影響的燃氣互換性判定方法是美國燃氣協(xié)會 ( AGA ) [ 11, 12 ] 判定方法和德爾布 (Delburge )判定方法 。 在天然氣置換工程方面往往要花費大量的時間和 經(jīng)費 : 法國天然氣轉(zhuǎn)換工程始于 20 世紀 60 年代 ,分期 進行 ,將某一地區(qū)的管網(wǎng)分成若干小區(qū) ,在調(diào)查小區(qū)管 網(wǎng)系統(tǒng)的基礎上 ,確定需切斷和增設的管道 、 調(diào)壓器 、 閥門以及要替換的不適合天然氣的管道和調(diào)壓裝置 。 日本大阪煤氣公司的天然氣轉(zhuǎn)換工作是從 1975 年開 始 , 1990 年才全部完成 。其步驟是 : 先對原有輸配管 網(wǎng)進
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