液化天然气船液货舱绝热技术及传热计算分析

【摘要】：众所周知，液化天然气作为一种具有高热值无污染的清洁能源，越来越得到广泛的应用。近几十年来，由于石油危机的冲击和煤炭、石油带来的环境问题日益突出，天然气的开发利用受到人们的重视。许多发达国家已经将天然气作为和石油一样具有战略意义的重要物质。随着我国国民经济的飞速发展，对天然气的需求量与日俱增，现有的产量已经不能满足市场需求，每年必须大量进口液化天然气。由于以液态来贮存和运输天然气具有很高的经济性、灵活性等优点，所以液化天然气船在世界天然气市场起着举足轻重的作用。液化天然气船的设计、建造和营运在国外已经具备很成熟的技术，而我国在这些方面还一直处于空白。因此，要解决我国能源矛盾突出的问题，应该大力发展液化天然气船技术。现如今其关键技术主要集中在液货舱围护系统结构及其绝热性能上。 发展大型、高科技、高附加值船舶已是世界船舶市场竞争的焦点和热点。为此，我国交通部已把“高技术性能船舶设计制造工程”列为十二大高技术项目之一，并将LNG船列为该项目中的主要新船型之一。随着广东LNG项目的立项与建设，沪东中华造船厂与法国大西洋公司(GTT)合作开始建造LNG船，可以预见在未来的三五年之内，我国也将拥有自己的LNG船和船队。这将结束我国没有LNG船的历史，LNG船的发展前景十分广阔。 面对即将到来的大规模LNG海上运输形势，如何提高从事LNG船舶管理人员的技术水平，加强对他们的培训对于保障LNG船舶运输的安全性显得非常迫切和重要。但是目前国内尚未开发出相应的应用软件和仿真系统来进行这方面的工作。因此基于这种考虑，本文针对液货舱的绝热技术和传热计算做了部分基础性的研究。 在本文中，首先介绍了液化天然气的特性和液化天然气船的应用发展概况、技术特征以及开发重点。对LNG船两种典型的液货舱系统从结构、构造材料、焊接性能、绝热材料性能等方面作了详细的叙述和对比，并对两种新型的绝热技术作了简单的介绍；其次，对液货舱的传热进行了详细的定性分析，利用传热学基本理论重点针对MOSS型液货舱做了传热计算，得到了液货舱热负荷、蒸发率、绝热层厚度等参数的计算值，通过和实船设计值的验证表明采用的分析方法正确可行；接着，对MOSS型液货舱在装载条件下支撑裙的温度场和热流密度分布做了理论推导，结合计算结果提出了减少支撑裙漏热的措施；在对预冷过程进行传热分析时，根据船舶在卸完货后舱内的气体状态，结合前一章的分析建立了舱内气体温度和压力在预冷过程前后随时间变化的数学模型，通过计算得出了船舶在空载航行时舱内温度和压力与时间之间的关 上海海事大学硕士学位论文 液化天然气船液货舱绝热技术及传热计算分析 系，并对计算结果与实船记录值做了比较分析，阐述了误差产生的主要原因。最后根 据计算结果提出了LNG船的预冷方案。 本文的研究工作对LNG船的设计以及LNG船在实际营运中进行预冷的操作、培训 和仿真研究提供了理论上的依据。对提高LNG船的营运经济性和安全性具有一定的指 导和参考意义，并将对我国LNG船技术的发展起到积极的促进作用。 【关键词】：液化天然气船 液货舱 绝热技术 传热计算
【学位授予单位】：上海海事大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2004
【分类号】：U674
【目录】：

• 主要符号表9-10
• 第一章 引言10-14
• 1.1 课题的提出10-11
• 1.2 国内外相关研究综述11-12
• 1.3 本课题要解决的主要问题意义及研究方法12-14
• 1.3.1 本课题要解决的主要问题及意义12-13
• 1.3.2 本课题采用的研究方法13-14
• 第二章 液化天然气及液化天然气船综述14-26
• 2.1 液化天然气的定义及其特性14-16
• 2.2 气体液化的主要方法16-17
• 2.3 液化天然气船的应用发展及其技术特征17-18
• 2.4 液化天然气船的技术开发重点18-25
• 小结25-26
• 第三章 液化天然气船液货舱及其绝热技术26-40
• 3.1 液化天然气船液货舱的结构型式26-32
• 3.1.1 Technigaz薄膜型液货舱27
• 3.1.2 Gaz Transport薄膜型液货舱27-29
• 3.1.3 Moss Rosenberg Verft球型独立式液货舱29-30
• 3.1.4 两种主要液货舱舱型的对比30-32
• 3.2 液化天然气船液货舱的构造材料32-34
• 3.2.1 液货舱材料的性质32-33
• 3.2.2 两种构造材料的焊接性能评价33-34
• 3.3 液化天然气船液货舱的绝热材料34-36
• 3.4 降低蒸发率的途径36-39
• 小结39-40
• 第四章 液化天然气船液货舱传热分析及绝热层厚度计算40-54
• 4.1 液化天然气船液货舱的传热分析40-41
• 4.2 液货舱热负荷的定性分析41-47
• 4.2.1 普通型绝热液货舱的热负荷42-44
• 4.2.2 真空型绝热液货舱的热负荷44-46
• 4.2.3 液货舱蒸发率的定义及计算方法46-47
• 4.2.4 液货舱平均传热系数的计算47
• 4.3 液货舱绝热层厚度的设计及其计算47-49
• 4.3.1 设计及其计算的思路48
• 4.3.2 液货舱绝热层厚度的计算48-49
• 4.4 实船的传热分析计算及验证49-53
• 小结53-54
• 第五章 液化天然气船液货舱的温度分布计算54-73
• 5.1 液货舱在装载状态下的温度分布54-60
• 5.1.1 支撑裙的作用及其温度场分布的推导55-60
• 5.1.2 减少支撑裙漏热的措施60
• 5.2 预冷过程前后液货舱内气体温度分布计算60-72
• 5.2.1 液货舱预冷目的以及预冷计算的意义60-61
• 5.2.2 液货舱预冷的方法61-63
• 5.2.3 预冷时液货舱内气体温度和压力分布计算方法63-71
• 5.2.4 液货舱预冷方案的确定71-72
• 小结72-73
• 第六章 总结与展望73-75
• 6.1 本课题的研究总结73
• 6.2 未来展望73-75
• 致谢75-76
• 参考文献76-79

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