翻滚现象是指两层不同密度的LNG在储罐内迅速上下翻动混合,瞬间产生大量的汽化气的现象。在发生翻滚现象时,罐内LNG的汽化量为平时自然蒸发量的10~50倍,这样将会导致储罐内的气压迅速上升并超过设定的'安全压力,使储罐出现超压现象。如果不及时通过安全释放阀排放,就有可能造成贮槽的机械损伤,对设备造成损坏,同时大量排放蒸发气,不仅造成经济上的损失,对环境也造成污染。
一般LNG的组分为氮气、甲烷、乙烷、丙烷、正丁烷、异丁烷、正戊烷、异戊烷。因产地不同,其成分可能略有变化。
翻滚从现象来看分成两类:①LNG贮罐在长期贮存中,因其中较轻的组分(主要是N2和CH4)优先蒸发,而自发形成翻滚现象。②LNG贮罐中原来留有液化天然气,在充装密度不同、温度不同的新LNG一段时同(几个小时甚至几十天)后,突然产生翻滚的现象。
翻滚是一种热不稳定性现象,这种热不稳定性是由密度变化引起的,其产生的必要条件是分层界面受到扰动。界面扰动既包括“边界层穿透”,也包括界面的“涡旋混合”。分层界面的破坏首先出现在流动边界层,因为此处的流动最为活跃,但是由于边界层流动只局限在分界面附近,因此它对分层界面的直接破坏仅仅发生在流动边界层内。除边界层穿透破坏之外,上层液体的射流作用也会破坏分层循环流动,因为上层液体的射流冲击作用既可以直接破坏分层界面,又可通过“涡漩混合”不断扩大其破坏范围。
也就是说,LNG的翻滚实际上是一种剧烈蒸发的过程。在储罐中,密度小的液体会集聚在密度大的液体之上,抑制了下层液体的挥发。当储罐内的LNG出现明显的分层现象时,由于上层LNG静压的抑制作用,使得外界传人的热量无法通过下层的LNG液体的蒸发而散失,导致下层LNG处于过饱和状态,下层液体就会温度升高,少量的N2就会首先汽化,破坏两层液体的界面,使得LNG储罐内出现扰动,也就是翻滚现象。如果储罐内上层的LNG密度大于下层,下层LNG突然上升,导致边界层破坏,液体挥发,产生剧烈扰动,储罐内的温度上升,压力也急剧上升,使翻滚现象进一步加剧。
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