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摘要：LNG的翻滚现象是LNG安全储存的重大隐患。目前对LNG储罐内翻滚发生的机理及过程还缺乏深入的研究。建立了LNG储罐内翻滚的物理模型和数学模型，并对密度差为0.5Kg/m3的2500m3储罐进行了试验，清楚演示了储罐内发生翻滚的过程。研究表明，在重力的作用下，储罐内不同分层间由于密度差的存在，分层间的LNG会发生剧烈混合现象，即翻滚。通过计算和分析，可以为储罐设计和实际生产操作提供依据。
关键词：LNG储罐；内翻滚现象；安全管理
1前言
在实际生产中，LNG的翻滚现象一直是LNG安全储存的一个重大隐患。为了防止LNG的分层与翻滚，一般将不同产地，不同气源的LNG分开在不同的储罐内储存。但是，随着近年来短期天然气贸易以及全球天然气市场的开放，接收终端面临着多种产地、多种性质的LNG，在保证储罐合理利用率最大的前提下，不同种类的LNG的混合已经不可避免。虽然目前国内LNG接收终端工程中大型LNG储罐的防分层与翻滚措施已经比较成熟，但多照搬国外设计成品，对其知其然而不知其所以然，因此，在储罐国产化研发和实施过程中，对于LNG储存中分层与翻滚的预防研究仍然非常重要，
在LNG储罐防分层与翻滚措施中，最重要的一项内容就是设置密度、温度和液位监测，防止LNG分层时相邻层的密度差和温度差超过一定的限度，从而引发分层程度加剧和发生翻滚现象。本文拟通过建立LNG储罐翻滚的物理模型和数学模型，对LNG储罐内发生翻滚的过程进行试验，进而为LNG储罐内分层发生翻滚的极限即判据的进一步研究提供理论支持。
2物理模型的建立
实际生产中，LNG储罐内的密度、温度、压力等参数是通过测量每隔一定高度的监测点处的数值来实现的，因此实际储罐中LNG的分层就是整个液位分为高度相同的多个分层，储罐内的翻滚发生在相邻的两个分层之间。研究表明，储罐的漏热使得储罐内LNG密度发生变化，LNG密度的变化产生分层，进而导致翻滚的发生，储罐中LNG液体之间的密度差是造成分层和翻滚的根本原因。结合以上两点，可以将LNG储罐分层与翻滚的模型简化如下：
（1）取2500m3储罐，直径为22m建立模型，储罐模型为二维模型，不考虑壁厚。
（2）取整个储罐中高度相同，均为1m的两层作为研究对象，各个分层内的LNG密度均匀一致。上分层密度为424Kg/m3，下分层密度为423.5Kg/m3。分层界面为固定界面。
（3）试验过程中不考虑传热的影响。即认为试验时传热已经导致了储罐内LNG的分层。因此忽略气相空间，只保留两层液相部分来试验LNG的翻滚过程。
3翻滚过程中密度随储存时间的变化
以密度差为0.5kg/m3、2500m3储罐为例，翻滚过程中LNG两分层之间的密度场和速度场随储存时间的变化如图1所示。从图中可以看出LNG储罐内发生翻滚的整个演变过程。
（1）100s时，由于重力作用，分层界面处贴近壁面的地方密度开始发生变化，上层重组分向下层移动，下层轻组分则向上运动，使分层界面弯曲下移。
（2）200s时，随着时间的增长、分层界面的下移，侧壁处分层界面与储罐侧壁出现间隙，上层LNG从边壁界面间隙处下移处大量涌入下分层，并挤压下分层液体向上分层移动，使中间部分的分层界面变得不再稳定。
（3）300s时，随着上分层液体涌入下分层的量逐渐增多，下分层较轻液体对分层界面的冲击逐渐增大，使整个分层界面扭曲变形直至破裂，上下层液体开始混合，发生剧烈翻滚。
（4）400s时，上下层液体继续混合，在重力的作用下，下部密度较大，上部密度较小，新的分层逐渐成型。
（5）500s时，在中部区域密度基本相同。
（6）600s分层形成，储罐内的LNG趋于稳定，翻滚结束。
4翻滚过程中速度随储存时间的变化
图2给出了不同时刻相邻两层LNG分层的速度变化情况，由图2可以看出，
（1）100s时，贴近罐壁处的界面的速度增大，由于两侧壁面附近的分层界面变得不规则，因此有出现小漩涡的趋势。
（2）200s时，在储罐两侧壁出现小漩涡，速度显著增加。
（3）300s时，整个储罐内的速度显著增加，在整个界面处中出现多个小漩涡，使上下层液体加速混合。
（4）400s时，内部小漩涡的速度减小，混合速度减缓。
（5）500s时，只有上下两层有一定速度缓慢的变化，速度明显降低，小漩涡逐渐消失，由于重力作用产生的新的分层趋于明显。
（6）600s时，翻滚结束，速度变得趋近于0。
5结论与认识
本文建立了LNG储罐内翻滚的物理模型，通过对LNG翻滚过程的试验，得到了既定密度差下LNG储罐中两个相邻分层发生翻滚的整个变化过程。由于上分层密度大于下分层密度，在重力的作用下，上层重的LNG有向下移动的趋势，使整个分层不稳定，随着两层LNG的流动和混合，对分层界面造成冲击，LNG的流动导致分层界面的破坏，进而使两层LNG发生翻滚。由于密度差是产生翻滚的根本原因和宏观特征表现参数，因此在实际的生产中，主要通过监测储罐内不同液位高度的LNG密度及其计算相邻层间密度差来防止LNG发生翻滚，为储罐设计和实际生产中监测点和监测频率的设置等提供依据。
6结束语
综上所述，加强对LNG储罐内翻滚现象安全管理的研究分析，对于其良好实践效果的取得有着十分重要的意义，因此在今后的LNG储罐内翻滚现象安全管理过程中，应该加强对其关键环节与重点要素的重视程度，并注重其具体实施措施与方法的科学性。
参考文献
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作者简介
杨威，身份证号码：21132419861011xxxx。
论文作者:杨威
论文发表刊物:《基层建设》2017年第13期
论文发表时间:2017/9/14
标签：储罐论文; 密度论文; 界面论文; 发生论文; 速度论文; 现象论文; 侧壁论文; 《基层建设》2017年第13期论文;