Авторы

Прогнозирование параметров отпарного газа в криогенных резервуарах. Часть 2. Анализ результатов моделирования.

DOI: 10.17586/1606-4313-2025-24-2-14-22
УДК 621.64

Прогнозирование параметров отпарного газа в криогенных резервуарах. Часть 2. Анализ результатов моделирования.

Зайцев А. В., Сафтли А. .

Ссылка для цитирования: Зайцев А.В., Сафтли А. Прогнозирование параметров отпарного газа в криогенных резервуарах. Часть 2. Анализ результатов моделирования. // Вестник Международной академии холода. 2025. № 2. С. 14-22. DOI: 10.17586/1606-4313-2025-24-2-14-22 [Zaitsev A.V., Saftli A. Prediction of parameters for boil-off gas in cryogenic tanks. Part 2. Analysis of modeling results. Journal of International Academy of Refrigeration. 2025. No 2. p. 14-22.DOI: 10.17586/1606-4313-2025-24-2-14-22]

Аннотация
В статье рассматриваются полученные различными авторами результаты теоретических и экспериментальных исследований, связанных с процессами накопления отпарного газа при хранении сжиженного природного газа в резервуарах различного назначения. Исторически применяемые модели изменялись в соответствии с развитием возможностей информационных технологий, от применения простых инженерных методов до современных численных методов с использованием вычислительной механики жидкости и газа. Последовательно рассматривая разнообразные получаемые количественные и качественные результаты изменения параметров отпарного газа, можно сделать выводы о процессах в частных случаях конкретных изучаемых объектов. Тем не менее, в настоящее время не выработан единый подход к выбору метода моделирования и, соответственно, к трактовке результатов моделирования. Признано, что теплопередача играет решающую роль в процессе термического испарения. Характерным примером прогнозирования количества и скорости образования отпарного газа является тепловой расчет резервуара Q_max, выполненный на модуле резервуара в Aspen Hysys для бака 260 тыс. м3 при условиях фазового равновесия, давлении 1,17 бар, температуре окружающей среды 25 °C, при различных степенях заполнения. Получена скорость образования отпарного газа (BOR) 0,012 масс.% в сутки при 80% заполнении, с увеличением до 0,12 масc.% в сутки при 10 % заполнении бака. Для обобщения получаемых результатов прогнозирования параметров отпарного газа следует продолжить их накопление и статистическую обработку.

Ключевые слова: сжиженный природный газ (СПГ), отпарной газ, резервуар, фазовое равновесие, теплоприток, моделирование, вычислительная динамика жидкости и газа (CFD).

Список литературы

1. M. M. Foss. Introduction to LNG: An Overview on Liquefied Natural Gas (LNG), Its Properties, Organization of the LNG Industry and Safety Considerations, Energy Economics Research at the Bureau Economic Geology. The University of Texas, January 2003.

2. TIAX, U.S. and Canadian Natural Gas Vehicle Market Analysis: Liquefied Natural Gas Infrastructure. Final Report for America's Natural Gas Alliance (ANGA), 2011.

3. Hyun-Seung Kim, Churl-Hee Cho. An Economical Boil-Off Gas Management System for LNG Refueling Stations: Evaluation Using Scenario Analysis. Energies. 2022, 15(22), 8526. DOI: 10.3390/en15228526.

4. Ryu Young-Don, Cheol-hee Yu, Dong-won Lee, Bon-deuk Koo. A Study on Development of Mobile LNG Yard Tractor Refueling Standards. Journal of the Korean Institute of Gas, 2018, vol. 22, no. 6, pp. 59-64. DOI: 10.7842/kigas.2018.22.6.59

5. Saleem A., Farooq S., Karimi I.A., Banerjee R. A CFD simulation study of boiling mechanism and BOG generation in a full-scale LNG storage tank. Computers & Chemical Engineering, 12 July 2018, Vol. 115, P. 112-120.

DOI: 10.1016/j.compchemeng.2018.04.003.

6. Neill D.T., Hashemi H.T., Sliepcevich C.M. Boil-off rates and wall temperatures in aboveground LNG storage tanks, 1968.

7. Pleban E.J. Analytical Heat Transfer Investigation of Insulated Liquid Methane Wing Tanks for Supersonic Cruise Aircraft. Final Report for National Aeronautics and Space Administration (NASA), 1970.

8. Chen Q.-S., Wegrzyn J., Prasad V. Analysis of temperature and pressure changes in liquefied natural gas (LNG) cryogenic tanks. Cryogenics. 44 (2004) 701-709.

9. Miana M., Legorburo R. et al. Calculation of boil-off rate of liquefied natural gas in mark III tanks of ship carriers by numerical analysis. Appl. Therm. Eng. 2016:93:279-96.

10. Shapiro B. Creating reduced order modelling for electronic systems: an overview and suggested use of existing model reduction and experimental system identification tools. IEEE Trans. Compon. Packag. Technol. 26 (2003) 165-172.

11. Somarathne S., Seymour M., Kolokotroni M., CFD Thermal, Simulation of a typical office by efficient transient solution methods. Build. Environ. 40 (2005) 887-896.

12. He F., Ma L. Thermal management of batteries employing active temperature control and reciprocating cooling flow. Int. J. Heat Mass Transf. 83 (2015) 164-172.

13. Silva W.A. Discrete-time linear and nonlinear aerodynamic impulse responses for efficient CFD analyses (Ph.D. dissertation), College William Mary, Williamsburg, VA, 1997.

14. I.G.C. Code, International Code for the Construction and Equipment of Ships. Carrying Liquefied Gases in Bulk, International Maritime Organization, 2003.

15. Jeong H.W., Kim T.H., Kim S.S., Shin W.J. Thermal Analysis of Insulation system for KC-1 Membrane LNG Tank. J. Ocean Eng. Technol. 31 (2017) 91-102, DOI: 10.5574/KSOE.2017.31.2.091.

16. Jeon G.M., Park J.C., Choi S. Multiphase-thermal simulation on BOG/BOR estimation due to phase change in cryogenic liquid storage tanks. Applied Thermal Engineering, 5 February 2021. vol. 184(9) p. 116264. DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2020.116264.

17. Dimopoulos G.G., Frangopoulos C.A. A Dynamic Model for Liquefied Natural Gas Evaporation During Marine Transportation. International Journal of Thermodynamics, 2008. vol. 11, pp. 123-131.

18. Ebenezer Adom, Sheikh Zahidul Islam and Xianda Ji. Modelling of Boil-Off Gas in LNG Tanks: A Case Study. International Journal of Engineering and Technology, 2010. Vol. 2 (4), 292-296.

19. Migliore C., Tubilleja C., Vesovic V. Weathering prediction model for stored liquefied natural gas (LNG), J. Nat. Gas Sci. Eng. 2015. Vol. 26. P. 570-580. DOI: 10.1016/j.jngse.2015.06.056.

20. Włodek T. Analysis of boil-off rate problem in Liquefied Natural Gas (LNG) receiving terminals. 2nd International Conference on the Sustainable Energy and Environmental Development. Series: Earth and Environmental Science. 2019. 214(1):012105.

21. Włodek T. Prediction of boil off rate in liquefied natural gas storage processes. International Multidisciplinary Scientific Geoconference Int. Multidiscip. Sci. GeoConference Surv. Geol. Min. Ecol. Manag. SGEM 2017:17:405e14. DOI: 10.5593/sgem2017H/15/S06.051.

22. Zhongdi Duan, Hongxiang Xue, Xueru Gong, Wenyong Tang. A thermal non-equilibrium model for predicting LNG boil-off in storage tanks incorporating the natural convection effect. Energy. 233 (2021) 121162.

23. Lin Y., Ye C., Yun Yu Y., Wei Bi S. An approach to estimating the boil-off rate of LNG in type C independent tank for floating storage and regasification unit under different filling ratio. Appl Therm Eng. 2018;135:463e71. DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2018.02.066.

24. Yu K., Ge Z., Korpus R. CFD predictions of FLNG BOG including the influence of filling, offloading, and vessel motion. Offshore Technology Conference, 2016. DOI: 10.4043/27228-MS.

25. Jiahang Li, Shengzhu Zhang, Qingshan Feng, Xu Wang, Zongzhi Wu, Bo Sun. Simulation analysis and field verification of static evaporation characteristics of full-scale LNG storage tanks. Applied Thermal Engineering. 253(2024)123721. DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2024.123721.

26. Pingping Deng, Jierong Liang, Yongqiang Wu, Tingxun Li. Dynamic boil-off characterization for discharge process of LNG vehicle tank. Energy. 2019. 186(9). DOI: 10.1016/j. energy.2019.07.143.

27. Mohd Shariq Khan, David A. Wood, Muhammad Abdul Qyyum, Khursheed B. Ansari, Wahid Ali, Aref Wazwaz, Arnab Dutta. Graphical approach for estimating and minimizing boil-off gas and compression energy consumption in LNG regasification terminals. Journal of Natural Gas Science and Engineering. 2022. Vol. 101. P. 104539. DOI: 10.1016/j.jngse.2022.104539.

28. Effendy S., Khan M.S., Farooq S., Karimi I.A. Dynamic modelling and optimization of an LNG storage tank in a regasification terminal with semi-analytical solutions for N2-free LNG. Comput. Chem. Eng. 2017. DOI: 10.1016/j.compchemeng.2017.01.012.62.

29. Huerta F., Vesovic V. A realistic vapour phase heat transfer model for the weathering of LNG stored in large tanks. Energy. 2019. Vol. 174. p. 280-291.

30. Khan, S. Effendy, I. Karimi, A. Wazwaz, Improving design and operation at LNG regasification terminals through a corrected storage tank model. Appl. Therm. Eng. 2019. Vol. 149. P. 344-353.

31. Al Ghafri S.Z., Perez F., Park K.H., Gallagher L., Warr L., Stroda A., Siahvashi A., Ryu Y., Kim S., Kim S.G. Advanced boil-off gas studies for liquefied natural gas. Appl. Therm. Eng. 2021. Vol. 189. P. 116735.

32. Yu P., Yin Y.-C., Wei Z.-J., Yue Q.-J. A prototype test of dynamic boil-off gas in liquefied natural gas tank containers. Appl. Therm. Eng. 2020. Vol. 180. P. 115817.

33. Mohd Shariq Khan, Muhammad Abdul Qyyum, Wahid Ali, Aref Wazwaz, Khursheed B. Ansari 4. Moonyong Lee. Energy Saving through Efficient BOG Prediction and Impact of Static Boil-off-Rate in Full Containment-Type LNG Storage Tank. Energies. 2020, vol. 13, p. 5578. DOI: 10.3390/en13215578.