МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ИСПАРЕНИЯ СЖИЖЕННОГО ПРИРОДНОГО ГАЗА И АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ ИСХОДНОГО СОСТАВА НА СКОРОСТЬ ИСПАРЕНИЯ

Середенко Е.С., Пахомов О.В., Баранов А.Ю. Математическая модель испарения сжиженного природного газа и анализ влияния исходного состава на скорость испарения // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2020. Т. 20. № 4. С. 603–610. doi: 10.17586/2226-1494-2020-20-4-603-610

Предмет исследования. Предложена модель испарения сжиженного природного газа, хранящегося в резерву- арах регазификационных терминалов, объединяющая строгую термодинамическую модель парожидкостного равновесия и реалистичную модель теплопередачи. Проведен анализ влияния исходного состава и запаса сжиженного природного газа, исходного содержания азота и значения наружной температуры воздуха на скорость испарения смеси. Метод. Численный эксперимент с использованием математической модели процесса испарения сжиженного природного газа основан на данных о составе сжиженного природного газа и времени его хранения в надземных резервуарах. Предложенный метод обеспечивает ряд преимуществ в сравнении с ранее разработан- ными моделями: поступление теплоты в низкотемпературную часть резервуара для хранения рассчитывается с учетом величины температуры наружного воздуха и состава сжиженного природного газа; коэффициент ис- парения не является входным параметром, а рассчитывается как часть моделирования; плотность сжиженного природного газа рассчитывается с использованием экспериментальной корреляции. Основные результаты. Важным параметром при оценке потерь сжиженного природного газа от его испаряемости является содержание в жидкости азота, который испаряется с большей скоростью, чем основной компонент смеси — метан. Анализ влияния исходного состава на скорость испарения сжиженного природного газа показал, что рост содержания азота в исходной смеси вызывает заметное снижение скорости испарения в связи с первоочередным испарением азота и, как следствие, увеличением скрытой теплоты парообразования смеси. Анализ величины исходного запаса сжиженного природного газа на темп испарения показал, что большая степень заполнения резервуара вызывает опережающее снижение потерь от испаряемости. Результатом является более ранее снижение количества отпарного газа для более заполненного резервуара. Анализ влияния температуры наружного воздуха на темп испарения смеси показал, что изменение температуры окружающей среды на 1 °C приведет к снижению количества отпарного газа на 0,2 %. Практическая значимость. Использование предложенной математической модели процесса испарения сжиженного природного газа позволит снизить образование отпарного газа при длительном хранении, сохранить исходное качество сжиженного природного газа, оптимизировать эксплуата- ционные параметры регазификационных терминалов, обеспечить надежность поставки высококачественного природного газа потребителям.

1. Бармин И.В., Кунис И.Д. Сжиженный природный газ вчера, сегодня, завтра. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2009. 256 с.

2. Акулов Л.Л. Установки и системы низкотемпературной техники. Ожижение природного газа и утилизация холода сжиженного природного газа при его регазификации: учебное пособие. СПб.: СПБГУНиПГ, 2006. 174 с.

3. Colson D., Haquin N., Malochet M. Reduction of boil-off generation in cargo tanks of liquid natural gas carriers – Recent developments of Gaztransport & Technigaz (GTT) cargo containment systems // Proc. 25th World Gas Conference (WGC 2012). Kuala Lumpur, Malaysia. 2012. P. 645–659.

4. Yang Y., Kim J., Seo H., Lee K., Yoon I. Development of the world’s largest above-ground full containment LNG storage tank // Proc. 23rd World Gas Conference. Amsterdam, Netherlands. 2006. P. 2508–2521.

5. Danesh A. PVT and Phase Behaviour of Petroleum Reservoir Fluids. The Netherlands: Elsevier Science, 1998. 388 p. doi: 10.1016/s0376-7361(98)x8021-0

6. LNG Custody Transfer Handbook. 3rd ed. Paris: GIIGNL, 2010.

7. Poling B., Prausnitz J., O´Connell J. The Properties of Gases and Liquids. 5th ed. New York: McGraw-Hill, 2007.

8. Albright's Chemical Engineering Handbook / ed. by L.F.Albrigh. Boca Raton: CRC Press, Taylor & Francis Group, 2009. 1928 p. doi: 10.1201/9781420014389

9. Conrado C., Vesovic V. The influence of chemical composition on vaporisation of LNG and LPG on unconfined water surfaces // Chemical Engineering Science. 2000. V. 55. N 20. P. 4549–4562. doi: 10.1016/S0009-2509(00)00110-X

10. White Paper on Natural Gas Interchangeability and Non-Combustion End Use. Natural Gas Council Plus. Interchangeability Work Group, USA, 2005. 32 p.

11. Bett K.E., Rowlinson J.S., Saville G. Thermodynamics for Chemical Engineers. London: MIT Press, 1975.

12.Shah J.M., Aarts J.J. Effect of weathering of LNG in storage tanks // Advances in Cryogenic Engineering. 1974. V. 19. P. 253–260.

13.Dimopoulos G.G., Frangopoulos C.A. A Dynamic model for liquefied natural gas evaporation during marine transportation // International Journal of Thermodynamics. 2008. V. 11. N 3. P. 123−131.

14.Miana M., Del Hoyo R., Rodrigálvarez V., Valdés J.R., Llorens R. Calculation models for prediction of liquefied natural gas (LNG) ageing during ship transportation // Applied Energy. 2010. V. 87. N 5. P. 1687–1700. doi: 10.1016/j.apenergy.2009.10.023

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License