液化天然氣儲(chǔ)運(yùn)及利用中的幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題(已修改)
2025-06-22 01:27 本頁(yè)面
【正文】 液化天然氣儲(chǔ)運(yùn)與利用中的幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題馬曉茜 廖艷芬(華南理工大學(xué)電力學(xué)院 ) 摘 要 隨著我國(guó)對(duì)液化天然氣 ( LNG) 的大量進(jìn)口和廣泛應(yīng)用 , LNG的儲(chǔ)運(yùn)和利用過(guò)程中安全 性、 環(huán)保和經(jīng)濟(jì)性問(wèn)題就顯得越來(lái)越突出 。文中提出 : 建立描述 LNG渦旋的分形模型 、 描述對(duì)流分層和 泄漏擴(kuò)散的時(shí)空混沌模型 、 描述爆炸和轟燃的突變模型 ,以及應(yīng)用模糊理論 、 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) ,結(jié)合非線性 理論 ,構(gòu)造出完整的預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)模型 ,實(shí)現(xiàn)對(duì) LNG儲(chǔ)運(yùn)常見(jiàn)事故的實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)和儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)安全性的智能 化評(píng)價(jià) 。通過(guò)燃?xì)饣Q性和污染物排放及控制特性的研究 ,得到天然氣置換其他燃?xì)獾淖顑?yōu)方法 ,以及 天然氣潔凈利用的方法 。研究燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組性能和安全性問(wèn)題 , 獲得機(jī)組運(yùn)行安全臨界 指數(shù) ,結(jié)合運(yùn)行參數(shù)對(duì)機(jī)組性能影響的敏感性分析 ,建立優(yōu)化運(yùn)行 、 經(jīng)濟(jì)調(diào)度的模型 ,形成調(diào)峰燃?xì)庹羝?聯(lián)合循環(huán)機(jī)組優(yōu)化運(yùn)行 、 經(jīng)濟(jì)調(diào)度輔助決策系統(tǒng) , 指導(dǎo)機(jī)組安全 、 經(jīng)濟(jì)運(yùn)行 。分析 LNG 氣化站運(yùn)行性 能、 燃?xì)廨啓C(jī)電站機(jī)組特性 ,建立冷能轉(zhuǎn)化和利用數(shù)學(xué)模型 , 以及 LNG冷能利用評(píng)估模型 , 通過(guò)效益分 析 ,經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià) ,優(yōu)化 LNG冷能利用系統(tǒng) ,實(shí)現(xiàn)冷能的經(jīng)濟(jì)利用 。 關(guān)鍵詞 液化天然氣 非線性問(wèn)題 燃?xì)饣Q 調(diào)峰發(fā)電 冷能利用 人工智能 安全措施 目 前 天 然 氣 在 世 界 能 源 結(jié) 構(gòu) 中 居 第 二 位 , 占 24% ,預(yù)計(jì)將會(huì)超過(guò)石油而位居第一 。在我國(guó) ,以煤為 主的能源結(jié)構(gòu)造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染 , 已經(jīng)嚴(yán)重威脅 經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展 , 我國(guó)政府已經(jīng)把調(diào)整能源 結(jié)構(gòu) ,加大天然氣在能源結(jié)構(gòu)中的比例定為能源發(fā)展 政策 。隨著西部開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略的推進(jìn) ,我國(guó)將形成四川 、 鄂 爾多斯 、 塔里木盆地和海域四個(gè)主要天然氣基地 , 此 外 ,周邊國(guó)家有豐富的天然氣資源供我國(guó)選擇利用 , 4 2005 年中國(guó)進(jìn)口天然氣將達(dá)到 320 10 t, 2010 年將 4 達(dá)到 2 000 t。隨著天然氣的到來(lái) , 如何安全 、 10 高 效、 、 清潔 合理地利用天然氣 , 成為社會(huì)各界高度關(guān)注 的問(wèn)題 。 在天然氣儲(chǔ)運(yùn)前將其液化 , 使其體積縮小到原來(lái) 體積的 1 /625 (即液化天然氣 LNG) , 是天然氣貯存與 輸送的一種重要方式 , 我國(guó)擬在廣東 、 福建 、 浙江建立LNG接收站 。但是 , LNG 儲(chǔ)運(yùn) 、 利用過(guò)程中存在以下 ( 1 )在 LNG儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程中存在著渦旋振動(dòng) 、 關(guān)鍵問(wèn)題 : 泄用的關(guān)鍵問(wèn)題 ,對(duì)指導(dǎo)我國(guó)天然氣的發(fā)展有著十分重 要的意義 。1 安全性問(wèn)題中的非線性機(jī)理LNG渦旋 ,是因不同組分密度差異 , 或因氮先蒸發(fā)而分層 ,或自動(dòng)分層后 ,發(fā)生的液層間強(qiáng)烈的混合現(xiàn) ( 象 ,當(dāng)系統(tǒng)分層平衡破壞 , 形成的“ 翻騰 ” Rollover) , 將引起液體蒸發(fā)率劇增和渦旋[ 1 ～3 ]。同時(shí) , LNG站內(nèi)LNG泵輸送過(guò)程中的震動(dòng)也會(huì)導(dǎo)致液體流動(dòng)的振動(dòng)和混沌 ,已有研究可以說(shuō)明 LNG分層 、 渦旋 、 振動(dòng)的原 因 ,但對(duì)內(nèi)部流動(dòng) 、 混合過(guò)程卻缺乏數(shù)學(xué)描述和定量計(jì) 算 。LNG渦旋是典型的非線性問(wèn)題 ,大渦串級(jí)成小渦 的過(guò)程是典型的分形 , 可用分形理論的間歇性 、 分?jǐn)?shù) 維、 標(biāo)度指數(shù)等概念來(lái)描述 ,以利于對(duì)渦旋和振動(dòng)強(qiáng)度 的定量預(yù)測(cè) 。同時(shí) ,不同密度差形成液體內(nèi)部對(duì)流運(yùn) 動(dòng) ,與大氣熱對(duì)流 ,火災(zāi)中煙氣羽流等有一定的相似 。 筆者曾研究火災(zāi)煙氣羽流 , 發(fā)現(xiàn)煙氣羽流也存在混沌 解[4]3露擴(kuò)散 、 爆炸燃燒等安全性問(wèn)題 ,汽化后天然氣在管網(wǎng) 中存在腐蝕 、 泄漏 、 爆炸等安全性問(wèn)題 。 ( 2 ) 替代其他 燃料存在燃?xì)饣Q性的問(wèn)題 。 ( 3 ) 天然氣燃燒溫度高 存在氮氧化物排放問(wèn)題 。 ( 4 ) LNG 發(fā)電機(jī)組調(diào)峰運(yùn)行 存在安全與經(jīng)濟(jì)性問(wèn)題 。 ( 5 ) LNG冷能利用問(wèn)題 。目 前 ,我國(guó) LNG工業(yè)處于起步階段 ,研究 LNG儲(chǔ)運(yùn)和利3 基金項(xiàng)目 : 國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目 ( 50474034) 。,目前正嘗試采用混沌學(xué)來(lái)描述 LNG 內(nèi)部對(duì)流 ,對(duì)這一非線性動(dòng)力系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和規(guī)律作出定量的 判斷 。 在考慮 LNG儲(chǔ)運(yùn)安全性時(shí) ,還應(yīng)充分考慮到貯存 和裝卸時(shí) ,若 LNG意外泄漏或溢出 , LNG急速氣化 、 擴(kuò) 散 ,并與空氣混合形成易燃 、 易爆的混合氣體 。氣化后364液化天然氣儲(chǔ)運(yùn)與利用中的幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題 2005甲烷的密度比空氣的小 ,形成浮力羽流 ,氣態(tài)天然氣浮 力羽流不斷卷吸周圍的大氣從而出現(xiàn)卷曲及劇烈的紊 亂 ,還可能引發(fā)火災(zāi) ,因而研究泄漏液化氣體在空氣中 的擴(kuò)散過(guò)程 ,了解空間位置各點(diǎn)的速度和濃度分布 ,對(duì) 于隨后的火災(zāi)研究具有重要意義 。當(dāng)盛有具有一定壓 力 LNG的儲(chǔ)罐失效時(shí) , 或處于外界火災(zāi)環(huán)境時(shí) , 很可 能發(fā)生沸騰液體膨脹蒸汽爆炸 ( BLEVE ) 現(xiàn)象 。同時(shí) LNG產(chǎn)生“ 翻騰 ”引起液體蒸發(fā)率劇增 , 加劇 BLEVE , [ 5 ～7 ] 的發(fā)生 。另外 ,泄露擴(kuò)散后的可燃?xì)?,達(dá)到可燃濃 度界限時(shí) ,在一定溫度下 , 或遇到明火會(huì)形成轟燃 , 繼 而形成難以控制的火災(zāi) 。 蒸汽爆炸和轟燃發(fā)生 、 發(fā)展的相關(guān)因素很多 ,具有 不連續(xù)性和突變性 。要理解蒸汽爆炸 , 則必須了解高 壓 LNG在加熱和突然降壓過(guò)程中的行為 ,由于蒸汽爆 炸和轟燃可能在毫秒數(shù)量級(jí)的時(shí)間內(nèi)發(fā)生 ,所以 ,對(duì)蒸 汽爆炸和轟燃現(xiàn)象的研究存在很大的困難 。突變理論 是一種拓?fù)鋽?shù)學(xué)理論 , 能直接處理多相關(guān)因素的不連 續(xù)性的問(wèn)題 , 特別適用于內(nèi)部機(jī)理未知系統(tǒng)的
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