Использования природного газа в качестве одного из наиболее перспективных источников энергии в последние годы набирает популярность. Природный газ имеет свои преимущества: ни одно другое традиционное топливо не является настолько гибким, эффективным и подходящим для решения различных задач. Ежегодно открываются новые источники газа, однако большая часть мировых запасов газа разбросана вдали от крупных центров потребления. В результате актуальными становятся вопросы транспортировки и хранение газа. Сжижение газа при криогенных температурах уменьшает его объем более чем в 600 раз, что значительно упрощает процесс хранение и транспортировки газа.
CAD-модель резервуара (сектор 45 градусов)
Расчетная сетка для несферического резервуара
Температурное состояние резервуара после 10 дней хранения продукта
Задача
Выполнить расчет температурного состояния вертикального стального резервуара для хранения сжиженного газа на СПГ-танкере в нестационарной постановке для интервалов времени хранения 10 (8,6е05 сек) и 15 дней (1,3e06 сек), соответственно.
Решение
Для оценки температурного состояния резервуара с СПГ использовался решатель Ansys Mechanical. Размер конечно-элементной сетки составил 342,000 элементов and 455,000 узлов. Расчет был выполнен для фрагмента резервуара (сектор 45o), что позволило ускорить процесс получения первичных результатов. Учитывались четыре слоя изоляции резервуара: внутренний и внешний слои – из нержавеющей стали ( двунаправленная теплопроводность), второй слой – из криогенного перлита (изотропная теплопроводность), третий слой – из эпоксидной смолы (двунаправленная теплопроводность) и стекловолокна (изотропная). Начальная температура газа в резервуаре задавалась равной 108 К (-165,15 oС). На наружной поверхности резервуара задавалось граничное условие третьего рода: температура окружающей среды 5 oC и коэффициент теплоотдачи 5 Вт/м2 oC.
Результат
Результатом работы являются нестационарные температурные поля многослойной стенки резервуара СПГ. Градиент температуры по толщине стенки составил -167,7–3,9 oC. Разница в средней температуре многослойной оболочки резервуара за интервал времени 5 дней составила 1 oC. Заказчику рекомендовано заменить изоляционный материал и увеличить его толщину.
