设计LNG气瓶时降低静态蒸发率理论计算与实际的试验研究.pdf

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设计LNG气瓶时降低
静态蒸发率理论计算与实际的试验研究
夏园园赵腾飞段武刘偕偕余谦(西安徳森新能源装备有限公司,陕西西安710043)
摘要:为研究车用液化天然气(LNG)气瓶设计时降低理论工程上漏热的一般计算方法,分别计算出气瓶各部分的漏
计算静态蒸发率(NE),以我公司275L气瓶试制试验过程为热量。
例,来用液氯(LN)为エ作介质,对現论计算与试验結果进行比3设计LNG气瓶时实际静态蒸发率的试验方法
较,绘制关系曲线,总结出设计ING气瓶时降低NER的方法,
I.NG气瓶的蒸发率是指气瓶在额定充满率下,静置达到热
为后期设计者降低LNG气瓶NFR提供一定参考和借鉴
平衡后,24小时内自然蒸发损失的深冷液体质量与内容器有效
关鍵词:LNG气瓶;漏热;静态蒸发率;环境温度
容积下深冷液体质量的百分比,单位为百分比每天(%/d)"。蒸
从2011年开始,LNG气瓶企业数量逐年通增,国内厂家生发率能较为直观地反映气瓶使用时的保温保冷性能。LNG气
产的LNG气瓶整体结构大同小异,制造工艺也不尽相同。作为瓶的日蒸发率公式为
供气系统中的关键设备,LNG气瓶既要保证液体约以-162℃的
a=△m/(P。*V)×100(2
温度存在,又要以恒定的压力保证液体稳定的流入气化装置。
式中:△m为24内蒸发损耗的低温液体的质量, held。
由于LNG的易爆特性,LNG汽车的燃料储存需要使用无损存储
目前测量低温容器蒸发率的主要方法有两种:称重法和蒸
方式,而LNG必须存储在约-162℃的低温状态,漏热不可避免
气流量测量法。
因此如何从本质方面降低LNG气瓶的静态蒸发率成为各大企
称重法比较简单,适用于小型容器。容器装好低温液体
业关注的主要问题。本文仅主要从理论计算的几个方面研究
后,置于重量计上,待达到热平衡时,测出24h内液化气体损耗
如何降低ING气瓶的静态蒸发率.
的数量。本文即采用称重法,对蒸气流量测量法不做具体
1LNG气瓶的结构
阐述。
ING气瓶是车载燃料系统的核心部件。气瓶由内胆、外4设计LNG气瓶时降低理论计算NER与实际平
売、绝热层、保护圈和管路系统组成。
均NER的试验研究过程
2设计LNG气瓶时理论静奁蒸发率的公式计算
以我公司275.车用ING气瓶设计研发过程为依据,理论
方法
静态蒸发率<2.225%Ml。
Q(Y*。Vの)×100(1)
4.1首次试制
式中:Q。为「NC气瓶的总漏热量,W;y。为低温液体的
4.1.1理论计算过程
汽化替热,kMhg;Pa为低温液体的密度,kglm';V为⊥NG气瓶
带入各系统参数和物性参数,Q1为3.463(34.2%)W、Q3
的有效容积,I(一般取公称容积的90%リ)
为1.196(11.8%)W,Q。为1.787(17.7%)W,Q为3.67(36.3%)
从公式(1)可以看出,影响.NG气瓶静态蒸发率的主要因W,计算出结果のa为10.117V。将Q。带入公式(1)可得理论
素为Qa,而ING气瓶的漏热一般可分为四个部分:第一,绝热计算静态蒸发率为2.19%。
材料的漏热Q1;第二,夹层管路的漏热Q2;第三,前端支撑结构
4.1.2实际试验过程
的漏热Q;第四,后端支撑结构的漏热Q。结合传热理论采用
4.1.2.试验流程
表1275L车用气瓶NER平均值
编号时间/1.6重量/kg时间/1.7重量/kg时间/1.8重量kg平均NER(%/a)
01
l6:40
16:4
02
16:42
385.2
16:42
16:42
376.2
16:48
388.7
16:48
384
16:48
379
17年08月化x29
万方数据
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表2275L车用气瓶NER平均值
编号时/3.
重量/kg
时/3.2
重量/kg时间/3.3重量/kg平均NER(%/d)
391,2
388,6
384.6
380.7
1.975
390.8
9:05
386.8
383.0
1.950
试验时,首先用热氮气对LNG气瓶瓶体内部进行吹扫,保
结合表2数据可算出,二次试制的3只275L气瓶的平均静
证气瓶内部无空气及水蒸气存在;然后打开ING气瓶的放空蒸发率为1.925%ん,小于理论要求的2.225%A,因此,设计
阀,关闭其他阀门,将I.N2充入NG气瓶内,每只气瓶加液至放合格
空喷液时停止加液,再用叉车将充好液氮的气瓶铲至通风良4.3两次试制过程计算与实际NER分析
好,地势平坦的空地静置48h达到热平衡后并进行称重,记为
结合我公司企标规定的2751气瓶NER与4.1、4.2条的理论
mn;经过24hと后再次对气瓶称重,记为m,则△m=m-ma;将称计算NER与实际平均NER可以清楚地看出,计算的静态蒸发
量结果代入公式(7)即可求得静态日蒸发率。注:整个气瓶静率数值比实际測量值小,这主要是由于各项传热的复杂性以及
置过程中放空阀保持常开,称重时关闭放空阀
传热计算中略了气瓶其他构件的辐射及管道和阀门结霜等
4.1.2.2试验结果与分析
的影响;也未考虑环境温度的改变对绝热层有效导热系数及低
本文试验对首次试制的3只275L气瓶连续3天进行静态蒸温气瓶内压カ变化的影响,两者的误差很小,两次试制过程计
发率试验,得到的实际日蒸发率数及平均日蒸发率如表1所示。算结果与试验结果误差仅为3.1%和2.4%,低于普遍可以接受
结合表数据可算出,首次试制的3只275.气瓶的平均静的误差范围(5%)
态蒸发率为258%A、大于理论要求的22%0,设计不合格。5结语
4.2二次试制
(1)实际平均NER均大于理论计算NER。
根据首次试制数据得出Q>2ンの>Q,而降低ING(2)我公司275L车用LNG气瓶试制试验过程中两次时间
气瓶漏热量的有效方法为:①采用热流密度小的绝热村料:2)间隔较近,因此未考虑环境温度对口蒸发率的影响。若两次试
増长导热路径:3械薄壁管;采用低导热系数的支撑材料。制时温差大,则必须将实际平均NFR换算成标准环境温度下
我公司的绝热工艺为成熟工艺,因此绝热材料漏热量不做(20℃,101.325kPa)的NER。
更改。夹层管漏热量仅占总漏热的11.8%,因此对气瓶前端支
(3)总结设计LNG气瓶时降低理论计算NER的方法,为后
撑及后端支撑进行设计优化,降低漏热.
期设计者降低LNG气瓶NER提供一定参考和借鉴.
作者秦峰在专利细说明了减海支管撃厚可以有效降参考文献:
低气瓶静态蒸发率。
[1]QDS001-2015,车用液化天然气瓶S
作者杨帆在专利详细说明了斤端支撑轴与轴套之间増加
2lCB/T18443.5-2010低温绝热压力容器试验方法一一静
导热系数小的环氧玻璃钢可以有效降低气瓶静态蒸发率。
落发率测定[S
4.2.1理论计算过程
3]王贵仁.陈叔平.张春燕,等.低温容器的漏热分析与试
结构优化后带入各系统参数和物性参数,、Q。不交,、验研究J石治化工设条.20070