CN113074318A - 一种静置低温储罐日蒸发率动态计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及低温储罐技术领域，尤其涉及一种静置低温储罐日蒸发率动态计算方法。本发明包括以下步骤：待储罐中充装低温介质后，打开阀门将罐内残余气体排净，关闭所有阀门并静置，进入测试的第一阶段：读取储罐液位

计算液相容积V_l和气相容积V_g。储罐进入测试的第二阶段，并在此阶段再次静置指定时间，记录以下参数：第二阶段的静置时间Δt；第二阶段静置前后的罐内压力P1和P2；计算P1和P2所分别对应的第二阶段静置前后的罐内饱和温度T1和T2；计算气液两相密度；计算储罐日蒸发率α。本发明无需配备额外的测量装置或***，通过低温储罐自带的液位计和压力表即能方便快捷的计算得到低温储罐动态日蒸发率，计算过程简便快捷，适于现场应用。

Description

一种静置低温储罐日蒸发率动态计算方法

技术领域

本发明涉及低温储罐技术领域，尤其涉及一种静置低温储罐日蒸发率动态计算方法。

背景技术

低温储罐作为低温介质的载体，广泛应用于液氮、液氢、液氧、液氦和LNG等液化气的储存。低温液化气的温度很低，例如液氮温度-196℃，远低于所处环境温度，因此低温储罐与外界环境之间存在不可避免地存在热量交换。为了减少热量交换，延长无损储存时间，低温储罐的绝热性能起到至关重要的作用，而衡量低温储罐绝热性能的指标主要为储罐日蒸发率。目前，主要通过试验法和理论方法得到储罐日蒸发率；日蒸发量越小，说明罐体的质量越好。试验测定方法主要有称重法和蒸汽流量法，理论方法主要通过传热公式计算漏热量，间接得到储罐日蒸发率；而无论采用何种方法，整个测量装置较多且计算过程复杂，经济实用性一般，难以大规模推广，是目前试验测定方法的通病，亟待解决。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术的不足，提供一种静置低温储罐日蒸发率动态计算方法，本计算方法无需配备额外的测量装置或***，通过低温储罐自带的液位计和压力表即能方便快捷的计算得到低温储罐动态日蒸发率，计算过程简便快捷，适于现场应用。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种静置低温储罐日蒸发率动态计算方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1)、待储罐中充装低温介质后，打开阀门将罐内残余气体排净，关闭所有阀门并静置，进入测试的第一阶段；

步骤2)、读取储罐液位

单位为％；并依据下式计算液相容积V_l，单位为m³，

其中：

V为储罐有效容积，单位为m³；气相容积V_g＝V-V_l，单位为m³；

h_i为椭圆封头墙头高度，单位为m；

h为液位高度，根据公式

求得，单位为m；

r为内筒半径，单位为m；

ι为筒体长度，单位为m；

步骤3)、储罐进入测试的第二阶段，并在此阶段再次静置指定时间，记录以下参数：第二阶段的静置时间Δt，单位为h；第二阶段静置前后的罐内压力P1和P2，单位为MPa；

通过下式计算P1和P2所分别对应的第二阶段静置前后的罐内饱和温度T1和T2，单位为K；

饱和温度计算公式为：

T＝A1×P⁵+A2×P⁴+A3×P³+A4×P²+A5×P+A6

其中，A1、A2、A3、A4、A5、A6均为常数；

步骤4)、利用步骤3)中得到的饱和温度T1和T2，分别计算气液两相密度；

通过下式计算第二阶段静置前后的罐内饱和温度T1和T2所对应的液相密度为ρ_l，单位为kg/m³：

其中，

A、B和n均为常数；

T_C为液相临界温度；

通过下式计算第二阶段静置前后的罐内饱和温度T1和T2所对应的气相密度ρ_g，单位为kg/m³：

其中，

M为摩尔质量，单位为g/mol；

摩尔体积V_n＝ZRT/P；

压缩因子

对比压力P_r＝P/P_C；

对比温度T_r＝T/T_C；

R为通用气体常数；

B⁰和B¹为对比温度的函数；

ω为偏心因子；

P_C为液相临界压力；

步骤5)、计算储罐日蒸发率α，单位为％；

其中，

第二阶段计算的日蒸发量

单位为Kg/d；

m₁和m₂分别为第二阶段前后的气相质量，单位为kg；

为第二阶段静置前后的罐内饱和温度T1和T2所对应的液相密度的平均值，单位为kg/m³。

优选的，在步骤5)结束后，通过改变第二阶段的静置时间Δt或储罐液位

再重复步骤2)至步骤5)，可实现对储罐日蒸发率的动态研究。

优选的，所述储罐为卧式真空绝热低温储罐。

优选的，储罐内液位及压力均通过储罐自带液位计和压力表测得。

优选的，第一阶段静置时间为24h。

优选的，静置过程需在储罐未发生安全阀超压排放的前提下进行。

本发明的有益效果在于：

1)、本发明另辟蹊径的从低温介质物性出发，计算过程简洁方便，避免常规方法从传热公式出发所导致的计算过程繁琐乃至未知参数较多且需根据经验取值的问题。

2)、本发明适用于各种液位条件，实现日蒸发率的动态测量。计算过程可保持储罐无损储存，尤其适用于低温储罐长期存储。

3)、基于有限测量数据，利用本发明的计算方法，可应用于低温储罐静置储存故障诊断领域，辅助判断储罐保冷性能退化/失效，储罐自增压和供应过程是否出现故障。

4)、本发明的相关参数的获取可直接利用低温储罐自带的液位计和压力表来读取，而不用配备额外的测量装置或测试***，提高了本发明的经济性和实用性。

附图说明

图1为本发明的计算方法流程图；

图2为卧式储罐的结构参数图；

图3为实施例1中的低温储罐日蒸发率随时间的动态变化图。

具体实施方式

为便于理解，此处对本发明的具体结构及工作方式作以下进一步描述：

本发明的具体工作流程如图1所示，包括以下步骤：

步骤1)、待储罐中充装低温介质后，打开阀门将罐内残余气体排净，关闭所有阀门并静置24h；储罐为卧式真空绝热低温储罐；

步骤2)、静置指定时刻后，通过储罐自带液位计，读取储罐液位

单位为％；并依据下式计算液相容积V_l，单位为m³，

其中：

V为储罐有效容积，单位为m³；气相容积V_g＝V-V_l，单位为m³；

h_i为椭圆封头墙头高度，单位为m；

h为液位高度，根据公式

求得，单位为m；

r为内筒半径，单位为m；

ι为筒体长度，单位为m；

步骤3)、储罐进入测试的第二阶段，并在此阶段再次静置指定时间，通过储罐自带压力表，记录以下参数：第二阶段的静置时间Δt，单位为h；第二阶段静置前后的罐内压力P1和P2，单位为MPa；

通过下式计算P1和P2所分别对应的第二阶段静置前后的罐内饱和温度T1和T2，单位为K；

饱和温度计算公式为：

T＝A1×P⁵+A2×P⁴+A3×P³+A4×P²+A5×P+A6

其中，A1、A2、A3、A4、A5、A6均为常数；

步骤4)、利用步骤3)中得到的饱和温度T1和T2，分别计算气液两相密度；

通过下式计算第二阶段静置前后的罐内饱和温度T1和T2所对应的液相密度为ρ_l，单位为kg/m³：

其中，

A、B和n均为常数；

T_C为液相临界温度；

通过下式计算第二阶段静置前后的罐内饱和温度T1和T2所对应的气相密度ρ_g，单位为kg/m³：

其中，

M为摩尔质量，单位为g/mol；

摩尔体积V_n＝ZRT/P；

压缩因子

对比压力P_r＝P/P_C；

对比温度T_r＝T/T_C；

R为通用气体常数；

B⁰和B¹为对比温度的函数；

ω为偏心因子；

P_C为液相临界压力；

步骤5)、计算储罐日蒸发率α，单位为％；

其中，

第二阶段计算的日蒸发量

单位为Kg/d；

m₁和m₂分别为第二阶段前后的气相质量，单位为kg；

为第二阶段静置前后的罐内饱和温度T1和T2所对应的液相密度的平均值，单位为kg/m³；

步骤6)、通过如图1所示的改变第二阶段的静置时间Δt或储罐液位

再重复步骤2)至步骤5)，可实现对储罐日蒸发率的动态研究。

实施例1：

为便于理解本发明，此处以液氮为例，采用上述计算方式进行对应的静置低温储罐日蒸发率动态计算，具体包括以下步骤：

步骤1)、储罐中充装液氮后，打开阀门将罐内残余气体排净，关闭所有阀门并静置24h。

步骤2)、静置完成后，读取储罐液位

单位为％；根据图2所示卧式储罐结构尺寸，计算液氮容积V_l，单位为m³，

其中：

V为储罐有效容积，单位为m³；气相容积V_g＝V-V_l，单位为m³；

h_i为椭圆封头墙头高度，单位为m；

h为液位高度，根据公式

求得，单位为m；

r为内筒半径，单位为m；

ι为筒体长度，单位为m。

储罐结构尺寸V、r、ι、h_i均已知的情况下，读取液位

计算得到的液氮和氮气容积分别为0.34596m³和0.15304m³。

得到下表：

步骤3)、低温储罐进入测试的第二阶段预定时刻，第二阶段内记录以下参数：第二阶段的静置时间Δt，单位为h；第二阶段静置前后的罐内压力P1和P2，单位为MPa；

通过下式计算P1和P2所分别对应的第二阶段静置前后的罐内饱和温度T1和T2，单位为K；

饱和温度计算公式为：

T＝1.2036×P⁵+10.9233×P⁴+37.342×P³+61.6276×P²+61.7289×P+77.35

第二阶段开始前P1＝0.72MPa，带入上述饱和温度公式得到压力下饱和温度：

T1＝1.2036×0.72⁵+10.9233×0.72⁴+37.342×0.72³+61.6276×0.72²+61.7289×0.72+77.35＝101.0823K

同理可得，Δt＝23.74h后，P2＝0.85MPa压力下，饱和温度：T2＝103.0583K

步骤4)、计算气液两相密度；液氮密度为ρ_l，单位为kg/m³：

其中，T_C＝126.1K为液氮临界温度；

第二阶段开始前饱和温度T1对应液氮密度ρ₁为：

同理可得，Δt＝23.74h后，饱和温度T2下液氮密度ρ₂＝669.8925kg/m³。

计算氮气密度ρ_g，单位为kg/m³：

其中，

M为摩尔质量，单位为g/mol；

摩尔体积V_n＝ZRT/P；

压缩因子

对比压力P_r＝P/P_C；

对比温度T_r＝T/T_C；

R＝8.314；

ω＝0.04；

P_C＝3.394MPa，为液氮临界压力；

获得下表：

P1	T1	P<sub>r</sub>	T<sub>r</sub>	B<sup>0</sup>	B<sup>1</sup>	Z	ρ<sub>g1</sub>
								0.72	101.0823	0.2121	0.8016	-0.5181	-0.2964	0.8597	27.9022
P2	T2	P<sub>r</sub>	T<sub>r</sub>	B<sup>0</sup>	B<sup>1</sup>	z	ρ<sub>g2</sub>
								0.85	103.0583	0.2504	0.8173	-0.4998	-0.2624	0.8436	32.9257

步骤5)、计算储罐日蒸发率α，单位为％；

第二阶段计算的日蒸发量

V＝0.499m³

因此第二阶段预定时间计算的储罐日蒸发量为：

最终获得储罐日蒸发率为0.23％。

步骤6)、改变第二阶段的静置时间Δt或储罐液位

再重复步骤2)至步骤5)，即可获得如图3所示的低温储罐日蒸发率随时间的动态变化图。

当然，对于本领域技术人员而言，本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。

Claims (6)

1.一种静置低温储罐日蒸发率动态计算方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1)、待储罐中充装低温介质后，打开阀门将罐内残余气体排净，关闭所有阀门并静置，进入测试的第一阶段；

步骤2)、读取储罐液位

单位为％；并依据下式计算液相容积V_l，单位为m³，

其中：

V为储罐有效容积，单位为m³；气相容积V_g＝V-V_l，单位为m³；

h_i为椭圆封头墙头高度，单位为m；

h为液位高度，根据公式

求得，单位为m；

r为内筒半径，单位为m；

ι为筒体长度，单位为m；

步骤3)、储罐进入测试的第二阶段，并在此阶段再次静置指定时间，记录以下参数：第二阶段的静置时间Δt，单位为h；第二阶段静置前后的罐内压力P1和P2，单位为MPa；

通过下式计算P1和P2所分别对应的第二阶段静置前后的罐内饱和温度T1和T2，单位为K；

饱和温度计算公式为：

T＝A1×P⁵+A2×P⁴+A3×P³+A4×P²+A5×P+A6

其中，A1、A2、A3、A4、A5、A6均为常数；

步骤4)、利用步骤3)中得到的饱和温度T1和T2，分别计算气液两相密度；

通过下式计算第二阶段静置前后的罐内饱和温度T1和T2所对应的液相密度为ρ_l，单位为kg/m³：

其中，

A、B和n均为常数；

T_C为液相临界温度；

通过下式计算第二阶段静置前后的罐内饱和温度T1和T2所对应的气相密度ρ_g，单位为kg/m³：

其中，

M为摩尔质量，单位为g/mol；

摩尔体积V_n＝ZRT/P；

压缩因子

对比压力P_r＝P/P_C；

对比温度T_r＝T/T_C；

R为通用气体常数；

B⁰和B¹为对比温度的函数；

ω为偏心因子；

P_C为液相临界压力；

步骤5)、计算储罐日蒸发率α，单位为％；

其中，

第二阶段计算的日蒸发量

单位为Kg/d；

m₁和m₂分别为第二阶段前后的气相质量，单位为kg；

为第二阶段静置前后的罐内饱和温度T1和T2所对应的液相密度的平均值，单位为kg/m³。

2.根据权利要求1所述的一种静置低温储罐日蒸发率动态计算方法，其特征在于：在步骤5)结束后，通过改变第二阶段的静置时间Δt或储罐液位

再重复步骤2)至步骤5)，可实现对储罐日蒸发率的动态研究。

3.根据权利要求1或2所述的一种静置低温储罐日蒸发率动态计算方法，其特征在于：所述储罐为卧式真空绝热低温储罐。

4.根据权利要求1或2所述的一种静置低温储罐日蒸发率动态计算方法，其特征在于：储罐内液位及压力均通过储罐自带液位计和压力表测得。

5.根据权利要求1或2所述的一种静置低温储罐日蒸发率动态计算方法，其特征在于：第一阶段静置时间为24h。

6.根据权利要求5所述的一种静置低温储罐日蒸发率动态计算方法，其特征在于：静置过程需在储罐未发生安全阀超压排放的前提下进行。

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