低温液氢加注技术研究进展

液氢的安全高效加注是对其进行转移、储存和使用的关键。从加注模式、加注结构和加注工艺等方面综述了国内外液氢加注技术的研究进展。在常重力环境下,有排气和无排气加注均能通过加注结构和工艺的合理设计实现加注目的。典型的无排气顶部加注过程包含初始快速升压、相对稳定加注和末期快速升压3个阶段,而无排气底部加注无明显的阶段性特征。对于常重力加注,不同的顶部加注结构主要影响加注初期接收罐内的压力和温度变化,而不同的底部加注结构还显著影响加注初期的流场特征。不同加注工艺主要通过初始闪蒸、壁面沸腾、液相蒸发、气相冷凝及气相压缩等机制对加注过程产生影响。对于微重力环境下的液氢无排气加注,加注位置和加注结构对加注过程的影响小于不同加注工艺的影响。加注过程中内胆壁面的热变形程度与其冷却程度呈正相关,热应力集中区域不依赖于热变形的分布。为加快实现在更广泛的应用场景下的安全、高效加注液氢,还需进一步深化对加注过程的理论分析、仿真研究和实验研究,同时结合经济性,加强系统性加注工艺流程的仿真研究。

液氢无排气加注特性模拟研究

为获得对液氢地面无排气加注性能及其影响因素的系统认识,建立二维轴对称液氢无排气加注数值模型,借助Fluent软件研究不同进液温度、进液流量、初始壁温和罐内初始压力对液氢无排气加注特性的影响规律。采用Lee模型和用户自定义程序(UDF)描述液氢在加注中的蒸发、冷凝等相变问题,并考虑气液界面张力。结果表明:在地面加注条件下,液氢储罐内胆中气相空间的压力在加注初期快速升高,然后趋于平稳,到加注后期再次明显增大。当所加入液体温度对应的饱和蒸气压大于容器内部压力时,初期加注将导致闪蒸现象,初始阶段压升显著;进液流量不仅影响加注总时间,还影响加注初期的汽化增压、体系温降程度及加注末期的气氢压缩效应;初始壁温影响加注初期的壁面沸腾增压效应;初始压力对加注初期的压力变化影响较大,当初始压力高于液氢饱和压力时,罐内不发生闪蒸。

天然气燃料动力船燃料加注模式研究

针对天然气燃料加注方案,分析国内外船舶天然气燃料加注的现状、主要加注模式及其特点。结合我国内河水域的特点,提出适合我国天然气燃料动力船加注模式的建议。

基于工业物联网的地热井阻垢剂加注装置研制

为解决西藏地区高温地热井结垢问题,该文研制了一套基于工业物联网的阻垢剂加注装置,设计了五层架构:现场层、控制层、操作层、管理层、企业层。现场层、控制层、操作层为本地系统,基于S7-1200、触摸屏、WinCC界面实现阻垢剂加注现场监控,并通过西门子工业网关(IoT 2050)向云服务器传输加注压力、流量、深度等生产数据。管理层、企业层为远程系统,通过生产执行系统(MES)监控多个地热井的阻垢剂加注装置,进行多井联产管理。该装置在西藏谷露某地热井进行现场测试,阻垢剂加注流量调节范围可达0~60 L/h,压力0~2.5 MPa,深度0~300 m,可以满足实际需要。

基于BOG回收的多槽车对船LNG加注方案设计

针对中大型LNG双燃料船舶槽车加注时间长、BOG排放多问题,提出可进行BOG回收的多槽车加注方案并进行设计优化。以国内新建某LNG受注船具体加注需求为例,通过模拟在加注过程中不同压力工况下BOG产生量,针对性开展多槽车加注及BOG回收方案的关键设备选型、工艺流程计算,并详述使用多槽车向船上进行干燥惰化、冷舱、加注及BOG回收详细操作步骤。该方案可实现连续加注作业,解决中大型LNG船舶加注及BOG回收技术问题,有利于船舶航运业向绿色、低碳转型。

油罐车自主加注臂密封圈响应面优化及分析

为了提高油罐车自主加注臂前端快接装置的密封性能,设计了一种内胀式橡胶密封圈,并结合响应面法和有限元法对密封圈进行了优化和分析。首先,基于有限元软件ANSYS Workbench对密封圈进行建模和仿真,研究了密封圈的倒圆半径、厚度和压缩量对密封圈性能的影响;然后,将密封圈与管壁的接触面积、接触压力和所受等效应力作为优化目标,利用Design⁃Expert软件建立了密封结构的优化模型,并通过多目标优化获得最优设计方案;最后,进行了密封圈优化前后的性能对比和分析。数值测试表明,在最大3 MPa介质压力下,优化后密封圈的接触压力提升了1.3 MPa,有效接触面积更大,且接触带更加集中,有利于实现快接装置和油罐车加注口的有效密封,同时等效应力降低了4.3%,有助于延长密封圈的使用寿命。

船舶采用LNG加注与装卸货同步作业风险评估研究

为了有效评估沿海港口船舶采用LNG加注与装卸货同步作业的潜在风险和相应缓解措施,本文选定上海洋山港二期码头为作业地点,以一艘20 000m3LNG加注船为14 800TEU双燃料集装箱船实施LNG加注并同时进行装卸货作业为研究对象,基于国内外广泛认可的风险评估方法进行危险源辨识和失效概率分析,拟定了4个LNG泄漏场景,采用三维计算流体力学软件FLACS分析了LNG泄漏后的可燃气体对两船的波及范围,同时考虑到集装箱装卸货对LNG加注船及作业的影响,提出了LNG加注与装卸货同步作业的限制区域、警戒区域及安全保障措施建议。

甲醇燃料船加注泄漏模拟及影响因素分析

为研究甲醇燃料船加注作业泄漏事故对人员安全和环境污染的影响,指导甲醇加注作业安全开展,基于有害大气空中定位(ALOHA)模型模拟分析甲醇泄漏事故的影响范围和影响因素。根据点火条件、泄漏源位置和消防系统响应等因素构建甲醇泄漏事件树,在此基础上对泄漏导致的毒性扩散、闪火和蒸气云爆炸等3类典型场景进行模拟计算,并分析不同环境条件对甲醇泄漏后果的影响。结果表明,在设定场景下,毒性扩散最大距离为1450 m,闪火伤害最大距离为225 m,蒸气云爆炸最大直径为65 m;大气温度和风速对甲醇泄漏后果有重要影响,甲醇蒸气云爆炸最大直径、毒性扩散和闪火伤害最大距离随大气温度的升高而增大,随风速的增加而减小;相对湿度和云层覆盖率对甲醇泄漏的后果基本无影响。研究成果可供甲醇燃料加注作业的开展参考。

炼化企业管道供氢加氢站加注流程优化

对炼化企业依托副产氢资源,建设管道供氢加氢站的技术和流程进行研究,提出了简化流程、节省投资、降低能耗等方面的设计优化措施。取消加氢站内储氢瓶组、顺控柜系统、加氢机预冷流程后,仍可满足加氢站进行氢能车辆加氢时车载瓶内温度不超85℃的安全要求,同时可满足加注效率和较好的用户体验要求。优化设计的35 MPa压力等级的3000 kg/12 h管道供氢加氢站,较常规典型流程的同样压力等级和功能的2000 kg/12 h管道供氢加氢站:单位加氢规模的站内主要设备投资降低50%以上;单位加氢规模的主要设备装机功率由1025 kW降至630 kW,降幅38.5%;单位加氢规模的主要能耗由6.15 kW·h/kg降至2.52 kW·h/kg,降幅50%以上。

12000m^(3) LNG加注船液货舱初步设计分析

针对中国海油计划建造的12000 m^(3)LNG运输加注船,结合LNG加注船技术特点及国际现有和计划建造的LNG燃料动力海船情况,对液货舱的舱容确定、型式选择、材料选择、设计蒸汽压力确定等方面进行分析,形成12000 m^(3)LNG运输加注船的液货舱基础参数方案,同时分析液货舱罐体尺寸初步选择及优化需要考虑的因素,为后续液货舱进一步设计提供技术基础。

LNG双燃料加注模拟器应用于甲醇燃料加注训练的适应性探讨

随着甲醇燃料动力船的兴起,甲醇燃料动力船的船员培训需求急剧增加。目前,未见专门的甲醇燃料加注模拟器。在以LNG动力船为原型开发的模拟器上进行甲醇燃料加注训练,燃料的不匹配引申出模拟器培训适应性不匹配问题。文章梳理当前适用于IGF规则的双燃料加注模拟器开发应用现状,对比甲醇和LNG燃料的加注作业过程,分析了LNG双燃料加注模拟器与甲醇燃料加注训练的适应性。从加注系统对比分析、LNG双燃料加注模拟器实现的训练功能要求等方面说明了以LNG动力船为原型的双燃料加注模拟器可适用于甲醇加注训练,在没有出现专门的甲醇加注模拟器的条件下可以替代培训。

新型内河LNG燃料加注趸船

为了解决天然河流水位高差与航道宽度季节性变化大而导致的LNG船舶燃料加注困难的问题,提出了一种介于岸基式加注站与加注船之间的新概念——内河LNG燃料加注趸船。为此,分析了LNG加注趸船概念提出的背景、船型的市场需求和分级管理理念,并从安全屏障角度讨论了LNG加注趸船的安全设计原则,重点阐述了LNG的安全储存理念及其实现手段,从储罐的选型、设计压力的确定、选材、泄漏防护原则及其试验验证等方面明确了LNG安全储存的实现方式。在LNG系统方面,提出了LNG补给及加注系统的工艺安全要点,阐明了轻型加注臂的技术特点,同时论述了锚泊与系泊的安全考虑。结论认为:①基于分级管理,采用国际海事组织的C型独立罐,并进行工艺安全、锚泊和系泊设计的LNG加注趸船是可行的;②至2025年,我国长江和珠江上500 m^3规模LNG加注趸船的需求量将接近30艘;③该船型的安全性、可靠性已经得到了实践的检验,目前已发展出第四代船型。

4种不同加注结构在无排放加注中的性能比较

以175 L立式低温绝热气瓶为载体,对L型、U型、侧喷淋和直管4种不同的加注结构进行了实验研究,根据各结构随着供液压力变化对气瓶压力、最终充满率和加注时间的性能影响,得出直管加注结构更适用于小型立式低温容器的加注结构。通过分析各加注结构的结构特性及效果,验证了MMCAP(Martin Marietta Crgogenic Analysis Program)分析模型关于液面扰动比气相空间气液混合更容易提高冷凝率的预测是合理的。

LNG船对船加注风险分析及安全管理建议

近年来,越来越多的改建或新建大型远洋船舶使用LNG燃料,全球各大港口加速布局LNG加注产业,船对船加注方式加注量更大、效率更高、操作更加灵活。通过对某8500 m3LNG加注船对14800 TEU双燃料船加注典型作业方案及首单加注流程进行分析,总结船对船加注方式的风险和安全管理建议。

LNG加注船蒸发气管理探究

随着国际海事组织(IMO)“限流令”的持续推进和实施,2022年全球船舶硫排放管控力度持续升级,排放控制区(ECA)内硫限值由0.5%升级为0.1%。LNG是我国优先推广的清洁能源之一,水运行业推广应用LNG是发展绿色交通,实现水运行业节能减排、优化用能结构的有效措施。LNG加注船舶在航行和加注作业时,由于环境温度变化、船舶晃荡、绝缘材料透热等因素,液货舱、燃料舱和管道内的LNG不可避免的与外界环境发生热交换,从而产生BOG闪蒸气。随着BOG的产生和聚集,液货舱和燃料舱内的压力将会逐渐升高,存在液货舱安全阀起跳的风险。文中重点介绍LNG加注船舶在加注期间产生的BOG管理方法和措施,以达到维持舱压、规避安全阀起跳风险的目的。

基于大数据技术的LNG加注站智能选址方案设计

为实现“双碳”目标,国家大力推动交通清洁能源的使用,因此合理布局和建设LNG加注站就非常重要。基于交通车辆卫星定位数据的算法技术,运用机器学习模型和大数据架构等先进技术,实现对LNG加注站的智能识别,并对路段流量和LNG重卡加注行为进行智能统计分析,搭建站点价值分析模型,进行LNG加注站的规划布局和建站选址。根据对交通大数据的分析,确定了全国6000余个LNG加注站的位置分布和其中的高价值站点,借助地图进行标注并打造加注站数据系统,大幅度提高了LNG加注站选址的科学性及效率。

无排放加注影响因素的试验研究

通过搭建低温液体无排放加注试验台,定量控制进液温度、进液流量、初始壁面温度、加注结构和加注高度5个影响因素,并分析了其对加注特性参数(压力、最终充满率和加注时间)的影响规律.结果表明:进液温度、初始壁面温度对接收容器内压力产生正面影响;进液流量影响加注时间,而加注高度和加注结构对无排放加注产生综合影响.

液氧深度过冷大流量加注关键技术研究

为了提高火箭运载系数和工作稳定性,有必要对液氧(LO_(2))深度过冷大流量加注进行研究。重点分析了国内外液氧深度过冷大流量加注的工程应用方案及关键设计参数,总结给出了液氧深度过冷大流量加注技术难点,提出了泵抽真空过冷与高压氮气引射抽真空过冷两种液氧深度过冷大流量加注设计方案。通过对液氧深度过冷大流量加注关键技术研究,为我国深度过冷液氧在低温火箭上大规模应用与地面加注系统的能力提升提供了技术参考。

车载储氢瓶分级加注流热固耦合仿真研究

针对新开发的Ⅲ型车载快充储氢气瓶,建立了气瓶快速加注的三维数值模型,并基于CFD软件研究了不同分级控制方式和预冷温度对加注流量、储氢压力及瓶内氢气温升的影响规律,揭示了等流量加注和等压加注两种分级加注方式在各级加注过程中及切换加注压力时的流量、压力和温升变化规律,提出了高压加注的分级控制策略。结果表明:3级加注各级内加注过程的流量、压力和温升变化趋势相似,但中压和高压加注相较于前1级加注,压力上升和温升幅度减小。相较于分级等压加注过程时间短、瞬时流量大、升压和升温迅速,分级等流量加注过程符合标准要求,能够显著降低瓶内温升。

过冷推进剂温度和加注量精确控制方案及对火箭影响分析

针对某运载器提出的高精度低温推进剂温度和加注量精确控制要求,研究了高精度温度和加注量控制方案,对温度偏差和加注量偏差给火箭总体性能带来的影响进行了分析,给出了相关建议,为后续该类加注系统应用于移动式加注现场提供支撑。