液氢储罐预冷过程研究_姜坤.pdf

MECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEER网址： 电邮：2023 年第 8 期机械工程师液氢储罐预冷过程研究姜坤（中交水运规划设计院有限公司，北京 100007）0引言随着全球经济的不断增长和产业升级发展，世界各国对能源的需求也不断增加，化石燃料的消费快速上升，全球二氧化碳的排放量也在连连升高。目前，世界正在经历一场能源变革，各国正努力向着“清洁、低碳、安全、高效”的能源发展方向迈进，能源变革已经是大势所趋1-3。氢能作为一种可再生的二次能源，具有热值高、使用后清洁无污染等特点，且氢气可以方便高效地转化为电能或热能，兼之氢能的制备来源广泛、方法多样，是一种理想的能源载体。通过氢气的桥接作用，实现可再生能源的大规模储存和运输，既可作为液体燃料实现绿色能源转换为热能，也可作为燃料电池的氢源，实现氢能到电能的转换，从而实现节能减排，实现由化石能源经济向可再生能源经济的转变，实现可持续发展的氢能经济。据 中国移动源环境管理年报（2021）显示4，2020年，全国统计可知，共有机动车3.72亿辆，较2018年5的机动车保有量3.27亿辆增加0.45亿辆，增幅13.8%。受近两年新冠肺炎疫情影响，机动车的活动有所下降，全国机动车四项污染物排放总量方面，在2018年时是4065.3 万t，2020年总量为1593 万t，相对有所减少。其中，一氧化碳（CO）769.7 万t，较2018年的3089.4 万t减少2319.7 万t；碳氢化合物（HC）190.2 万t，较2018年的368.8 万t减少178.6万t；氮氧化物（NOx）626.3 万t，较2018年的562.9 万t增加63.4 万t；颗粒物（PM）6.8 万t，较2018年的44.2 万t减少37.4 万t。虽然近两年受新冠肺炎疫情影响，污染物排放总量有所下降，但汽车仍是大气污染排放的主要来源，在20182020年期间，其排放的一氧化碳、氮氧化合物和颗粒物均超过90%，碳氢化合物的排放量也超过70%。而货车排放的氮氧化合物和颗粒物量明显高于客车，载重量越高的货车，排放量越多。其次，2015年，我国签署 巴黎协定，目标是在2030年中国单位GDP的二氧化碳排放要比2005年下降至少60%，提高非化石能源在总的能源当中的比例，使非化石能源的比例达到20%左右6。因此，这就导致我国的CO2减排也比较迫切，发展低碳能源也比较重要，低碳绿色能源的开发在节能减排过程中发挥着不可替代的作用。最后，我国目前的能源供应体系结构也比较单一，能源安全体系面临严峻挑战。近年来，我国能源对外依存度逐年递增。国家能源局数据显示，2020年中国原油对外依存度已经超过了70，天然气对外依存度也超过了40%。因此，发展新型低碳能源，开发满足低使用成本和使用要求的新能源是未来经济社会发展的重要研究方向。根据 氢能产业发展中长期规划（20212035 年）7，氢能是未来国家能源体系的重要组成部分，是用能终端实现绿色低碳转型的重要载体，氢能产业是战略性新兴产业和未来产业重点发展方向。到2030年，形成较为完备的氢能产业技术创新体系、清洁能源制氢及供应体系，产业布局合理有序，可再生能源制氢广泛应用，有力支撑碳达峰目标实现。到 2035 年，形成氢能产业体系，构建涵盖交通、储能、工业等领域的多元氢能应用生态。可再生能源摘要：液氢储罐是氢存储型加氢站的关键存储设备，为了深入研究其结构设计及使用工艺流程，文中对30 m3液氢储罐进行了热性能分析。根据预冷过程的工艺流程分析结果，探讨进口介质流量、降温速率、预冷时间之间的相互影响规律。利用数值仿真模拟储罐低温氢气预冷过程中的罐内温度场、流场分布情况，为今后实际工程中预冷过程进口物料控制策略提供参考。关键词：加氢站；液氢；低温容器；预冷；仿真中图分类号:TB 658文献标志码:A文章编号：10022333（2023）08009906Study on Precooling Process of Liquid Hydrogen Storage TankJIANG Kun(CCCCWater Transportation Consultants Co.,Ltd.,Beijing100007,China)Abstract:Liquid hydrogen storage tank is a key storage equipment of liquid hydrogen storage type hydrogenation station.To study its structure design and process flow,this paper analyzes the thermal performance of 30 m3liquid hydrogenstorage tank.According to the analysis results of the process flow of the precooling process,the interaction rules amongthe inlet medium flow,cooling rate and precooling time are discussed.The numerical simulation is carried out to simulatethe temperature field and flow field distribution in the tank during the low-temperature hydrogen precooling process of thetank,which provides a reference for the control strategy of imported materials in the precooling process in the future.Keywords:hydrogenation station;liquid hydrogen;cryogenic vessel;precooling;simulation99MECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEER2023 年第 8 期网址： 电邮：机械工程师制氢在终端能源消费中的比重明显提升，对能源绿色转型发展起到重要支撑作用。因此，发展氢能在汽车领域的使用，对于氢能的行业发展具有重要意义。加氢站作为氢燃料汽车与制氢工厂间的纽带，在整个氢能利用环节起桥梁作用。1加氢站用液氢储罐简述加氢站根据站场建设方式不同，分为独立加氢站和合建加氢站。独立加氢站是指仅具有加氢功能的加氢站，氢气的来源可以是离站制氢方式供氢，也可以是站内制氢方式供氢。独立加氢站需要独立选址，独立投资建设，项目总投资相对较高，运行成本也较高。合建加氢站指依托已建或新建加气站、加油站或者充电站，通过统一建设或改造方式，在原有功能基础上增加加氢功能，该种建设方式可利用已有的加油加气站位置，有利于降低建设难度和工程投资，有利于分摊运行成本。供氢方式既可为离站制氢也可为站内制氢，从而使合建加氢站具有加气、加油、充电和加氢多种功能8-10。液氢加氢站工艺流程一般有卸氢流程、增压流程、加氢流程及安全泄放流程等，主要储氢设备为液氢储罐，本文以30 m3立式双层液氢储罐进行分析，液氢储罐内罐的设计压力为1.2 MPa，液氢系统工作压力为0.40.8 MPa，系统的设计温度为-253。为实现液氢型加氢站的主要工艺流程，液氢储罐需设置多种开孔，如进出液管、排液管、放空管等，如图1所示。按照容器的综合分类，本文液氢储罐属于固定式压力容器，其典型形式为高真空多层（多屏）绝热低温结构，采用双层罐结构，两罐之间为真空夹层，夹层空间内装设绝热材料或者保护屏，并抽真空。2液氢储罐预冷过程分析2.1低温储罐预冷过程简介低温储罐在实际应用前，通常需要进行储罐的预冷工作。通过低温气体或液体将低温储罐从环境温度冷却到使用温度，使罐内能够积集液体的过程称为预冷过程。在此过程中，通过汽化掉一定的液体，经过相对较长的一定时间后，使储罐的内外支撑结构、内罐及绝热层等达到热平衡状态，这时才能使储罐投入使用11-15。对于液氢、液氦等储存温度低于77 K的低温储存容器（如液氢和液氦储罐），可以采用分级预冷法16。鉴于储存液体储存温度较低，液化提取困难，比如液氢制取的理想卡诺效率仅为7.1%,实际循环效率仅为卡诺效率的20%30%，因此，获取液氢温度下1 W的冷量，大约需要耗功为4570 W，直接预冷到使用温度时需要的冷量较大，能耗比分级预冷法高17。因此，通常对于低于77 K储存温度的低温液体储存容器，可以先采用液氮将储罐冷却到80 K（液氮温度），然后再用储存液体冷却储罐将温度冷却到储存液体温度。这样的话可以大量降低储存液体如液氢、液氦的使用量，从而降低预冷过程的使用成本18-21。2.2预冷过程热力学分析由传热学可知，一般的传热方式主要是热传导、热对流、热辐射，其计算公式如式（1）式（7）所示。1）热传导。根据傅里叶定律，获得其由固体导热带来的温度变化，获得其内部的温度分布规律22。通过单层圆筒壁的热流量的计算公式如下：q=T2T1ln（r1/r2）/（2kl）=T2T1R12；（1）R12=ln（r1/r2）2kl。（2）通过单层球壁的热流量的计算公式如下：q=T2T1（r2r1）/（4r1r2k）=T2T1R12；（3）R12=r2r14r1r2k。（4）式中：k为导热系数，W/（m K）；T为温度，K；T1为内壁温度；T2为外壁温度；r为半径，m；r1为内径；r2为外径；R为热阻，K/W；R1-2为圆筒壁热阻；l为定性长度，m。2）热对流。由于热对流的微观机理比较复杂，难以通过计算获得解析解。因此目前工业上普遍用牛顿冷却定律来对热对流的温度分布规律进行描述。外容器与空气发生的对流换热可由下式表示：q=hc（TambT4）=TambT4Rc；（5）Rc=1hc。（6）式中：hc为对流换热系数，W/（m2 K）；Tamb为环境温度，K；T4为外壳外壁面温度，K；Rc为热阻，K/W。图1典型液氢储罐主要开孔情况图100MECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEER网址： 电邮：2023 年第 8 期机械工程师3）热辐射。热辐射不需要介质就可以传播，其温度传递方式的不同导致其温度分布规律也与其它两种传热方式不同。通过绝热层的热辐射可用斯蒂芬-玻尔兹曼定律来计算：q=A（T24+T23）（T4+T3）（1+n）（T4T3）=A（T4T3）Rrad。（7）式中：A为外壁面面积；为黑度（辐射率）；为黑体辐射常数，其值为5.6710-8W/（m2 K4）；n为绝热层层数；Rrad为热阻。预冷过程中，预冷介质进入储罐内，与罐内气体以及固体壁面发生热对流、热传导，预冷介质温度上升，从出口排出，罐内气体及壁面温度降低，完成热传递。同时，内壁面温度接近20 K，外壁面温度接近300 K，两者存在约280 K的温差，且内外壁面之间为高真空环境，因此，漏热主要为热辐射。为了充分利用预冷介质的冷量，需要尽可能降低两者之间的热辐射。从式（7）中可以看出，行之有效的措施是降低内罐的表面发射率，比如在内罐的外表面设置多层铝箔绝热材料。因此，预冷介质提供的冷量主要包括两大部分23：1）储罐内胆，储罐内残余气体的热容，降低到目标温度所需要的冷量；2）储罐漏热消耗的冷量。液氢储罐的预冷过程模型如图2所示。2.3预冷过程理论计算模型完整地分析整个传热过程是非常困难的。为了方便进行理论分析，基于实际使用工况，做出合理的简化假设如下：1）预冷过程中罐内的压力为恒定值。2）预冷介质流体在储罐内发生传热过程，其热力状态参数及流速等参数在不同的截面上是不同的，即使在同一个界面上，各个参数也存在差异，为了能够获得预冷过程的解析解，按照集总参数的分析方法，整个容器内的温度、压力等看作是均匀的。3）不考虑储罐的漏热。基于此，建立储罐预冷过程的数学计算模型。储罐内的气体状态方程可以写作：PV=mRgT。（8）等式两边同时微分，可得：dm=PVRgT2dT。（9）式中：m为储罐内的气体质量，kg；dm为罐内气体的质量变化，kg；P为罐内绝对压力，Pa；V为内罐总容积，m3；Rg为气体常数，kJ/（kg K）；T为罐内气体温度，K。瞬态工况下，储罐内的物料平衡式为“进入储罐的总质量=排出气体质量+储罐内气体的变化量”，即m?1dt=m?2dt+dm。（10）式中：m?1为进入储罐流体的质量流量，kg/s；m?2为流出储罐流体的质量流量，kg/s；t为时间，s。从热力学角度分析，上述预冷过程可以简化为开口系统在dt时间内，质量流量为m?1的工质流入储罐，吸收储罐本身以及气体的热量dQ后，从出口流出。完成该工程后储罐内工质质量增加了dm，出口界面的热力参数随时间在不停地变化。因此，上述过程为不稳定流动或者瞬态流动过程。为方便进行预冷过程的估算，首先假设储罐绝热性能良好，外界向储罐内传热量为0，即忽略外界对储罐内的热传导、热对流和热辐射作用。因此，在预冷过程中，微小的时间段内，进入系统能量的计算公式为dE1=m?1H1dt。（11）流出系统能量的计算公式为dE2=m?2H2dt。（12）控制容积即储罐内的能量变化为dECV。基于能量平衡原理，可以得到储罐内能量的瞬态平衡关系为：dE1=dE2+dECV；（13）H1=+Cp1Ts；（14）H2=CpgT；（15）dECV=msCpsdT+mgCpgdT+CpgTdm。（16）式中：H1、H2分别为进入、流出系统的焓值，J/kg；Cps为内罐的比热容，J/（kg K）；Cpg为气体的比热容，J/（kg K）；Cp1为预冷流体的比热容，J/（kg K）；为预冷流体的潜热，J/kg；Ts为预冷流体的饱和温度，K。将上式联立，整理可得：dTdt=（+CpgTCp1Ts）m?1ms sCps+mgCpg。（17）式（17）即为冷却速率与罐内气体温度以及冷却介质质量流量的关系，因此，可以获得在不同的冷却速率下冷却介质流量随着温度变化的规律。内罐的材质为06Cr18Ni11Ti不锈钢，其比热容Cps随温度的变化而变化，温度越低，比热容越小，为了计算的 精 确，数 值 采 用 NIST 旗 下 的 cryogenic materialproperties中的比热容数据，通过拟合数学公式，将其根据实时计算的温度进行调用，固体比热容随温度的变化如图3所示，获得的拟合公式为图2液氢储罐预冷过程示意图m2m1Cps/（J kg-1 K-1）温度/K0100200300400500Refprop 数据拟合数据050100200300150250图 3不锈钢比热容随温度的变化101MECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEER2023 年第 8 期网址： 电邮：机械工程师Cps（T）=108.8+5.232T0.01672T2+1.971E5T3。（18）同理预冷介质的比热容Cpg也是随温度发生变化的，对于流体的物性，则通过Excel VB编辑器，调用Refpop中的dll数据文件，将其保存为Microsoft office加载项。通过上述设置，可以直接利用Excel调用Refprop中流体介质的数据。2.4预冷过程的结果分析根据前述预冷工艺，预冷过程中首先利用液氮将温度降低到80 K。在不同的降温速率下,利用液氮的降温过程计算结果如图4所示。在同一降温速率下，随着温度的降低，预冷所需的质量流量在某一温度下存在最大值，随温度的降低呈现先增加、再减小的趋势。这是因为随着降温的进行，固体的比热容越来越低，所需的冷量减少。此外，随着降温速率的增加，所需的预冷的质量流量增大，接近预冷温度时，预冷质量流量的变化幅度增大，在储罐内 胆 应 力满 足 的 情况下，能够显 著 降 低预冷时间。对 上 述 预冷 过 程 对时 间 做 积分，可以得到 其 所 需的 总 预 冷介 质 约 为1925 kg，为实际预冷进行液氮的储备提供指导。液氮预冷完成以后，通过常温氢气的正压吹扫置换以后，进行液氢介质的预冷，预冷的初始温度设定为85K（考虑到置换过程中的温升），分析在不同的降温速率情况下，液氢 预 冷 的特 征，同理，可以得到 液 氢 预冷情况下，预 冷 的 质量 流 量 随温 度 的 变化其如图5所示。从图 5的 数 据 可知，使用液氢预冷将储罐从85 K冷却到氢气的饱和温度（21.77 K0.15 MPa）情况下，在同样的降温速率下，随着温度的降低，预冷液氢的质量流量呈现先减小、后增大的趋势，出现这种情况，一方面是由于液氢储罐的固体比热容进一步下降的原因，导致总的热容减小，所以呈现了预冷流量随着温度降低而减小的趋势，而随着温度的进一步降低，氢气的比热容略微上升，所需的液氢的冷却流量进一步增大。且从图中可以看出，随着降温速率的增大，这种效应被放大，预冷流量的变化幅度进一步增大。将上述预冷过程对时间做积分，可以得到其所需的总的预冷介质约为90 kg，为实际预冷进行液氢的储备提供指导。在工程应用中，监控温度的变化具有时间滞后效应，因此，需要结合预冷的流量进行系统控制，进一步地将上述公式进行离散化设置，可以近似获得储罐在特定预冷流量下的温度分布的瞬态变化。从以上不同的液氮预冷流量下储罐温度随时间的变化可以得到，随着预冷流量的增大，预冷时间缩短，降温速率增大。根据表1可知，为了控制总的降温在35 K/h的范围，可 以 选 用3040 kg/h的 预 冷 流量 进 行 控制，结合储罐 的 温 度点监控，进行以流量调节为主、以温度监控为辅的预冷调节方案。同理，可以获得液氢预冷过程中的温度随时间的变化，如表2所示。因此，宜选用68 kg/h的预冷流量进行控制，结合储罐的温度点监控，进行以流量调节为主、以温度监控为辅的预冷调节方案。2.5小结本节首先简要分析加氢站用液氢储罐在正式投入使用前所需的预冷方式及流程，形成了预冷基本操作步骤和注意事项。从预冷成本的方面考虑，建议采用液氮+液氢预冷的形式，从安全性的方面考虑，在加注液氢之前，必须通过氢气正压吹扫的方式，严格控制罐内的氢气杂质含量。随后，根据储罐预冷过程的特点，将储罐系统简化为开口系统，根据质量守恒及能量守恒定律，利用集总参数法建立储罐预冷过程的数学模型。在假设降温速率为恒定的情况下，预冷质量流量与温度为一一对应关系。由于在降温过程中，储罐壁面的比热容随温度的变化巨大，因此，在计算过程中，实现了固体比热容随温度的调用，使得计算结果更加准确。依据上述计算模型，分别以液氮、液氢为预冷工质，开展了不同降温速率下的预冷质量流量随温度的变化规律研究，并给出了液氮、液氢的预冷储备建议值。在实际的工程应用，监控降温速率具有时间滞后效应，因此，为了调控方便，在设定预冷流量的工况下，分析了液氮、液氢的温度及温度变化率随时间的变化，从而得到建议的预冷流量变化范围。上述理论分析，为预冷工作图4液氮预冷过程中预冷流量随温度的变化T/K51050100200300150250m/（kg h-1）15202530354045504 K/h5 K/h3 K/h2 K/h1 K/h图5液氢预冷过程中预冷流量随温度的变化T/K080m/（kg h-1）104 K/h5 K/h3 K/h2 K/h1 K/h468290706050403020表1不同液氮流量下降温速率对照表序号预冷流量/（kg h-1）降温速率/（K h-1）1101.01.52202.03.03303.04.04404.05.05505.07.0表2不同液氢流量下降温速率对照表序号预冷流量/（kg h-1）降温速率/（K h-1）121.01.5242.03.0363.04.0485.06.0102MECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEER网址： 电邮：2023 年第 8 期机械工程师图6储罐物理模型图8储罐内部流线分布图7储罐内部温度分布的开展提供了基本的思路和理论参考，具有重要的工程实际意义。3数值仿真分析3.1数值仿真模型建立液氢储罐预冷过程涉及到非常复杂、随机、非线性问题，为了能够快速获得可供使用的工程数据，对上述模型进行合理假设与简化。以建立容积为30 m3的储罐作为物理模型，模型如图6所示。该模型的基本参数为：内径为2100 mm，高度为9810 mm。考虑到储罐的对称性，为了提高计算效率问题，选取储罐的1/2作为计算区域。对储罐整体进行网格划分，网格质量对计算精度和稳定性有很大的影响，因此，对储罐整体进行全局网格控制，并对进、出口以及曲率变化较大的区域进行加密处理，边界层厚度设置5层。为平衡计算时间以及网格质量对于模拟结果的影响24，保证最终的网格质量0.7。3.2仿真结果分析储罐内部对称面上温度分布云图以及流线分布如图7和图8所示。由图可知，整个储罐温度在高度方向上分布不均匀。从底部到顶部截面平均温度逐渐升高。随着预冷流体从加液管流出，由于气体射流以及重力的作用，冷流体在储罐的下半部分聚集，预冷流体与罐内的流体混合，与壁面及储罐内流体换热。结合流线图来看，流体向底部运动过程中，遇到壁面的阻碍作用，流体改变运动方向，从底部向顶部运动，从出口排出。与流体流线重合部分，由于存在冷流体的冷量交换，其温度较其他区域更低。在加液管的右侧，由于加液管的位置影响内部流场，储罐右上角温度较高，同时此处也是降温过程中最慢的部位。图9图13为距离Z轴不同距离的切面上的温度分布。图中表明，在不同的空间位置，各部分的温度分布也存在差异。底部区域温度较低，上部区域温度较高且存在较大的温度梯度。同时在靠近加液管周围，预冷流体通过管壁与罐内流体存在热传导以及热对流作用，导致加液管周围的气体温度较其他区域的温度更低。综上所述，在实际工程应用中，为能够完整监测储罐空间温度分布，优先在温度梯度较大部位及降温最不利部位设置温度测点，如工程条件允许，可在罐壁以及罐顶位置增设温度检测点，如图14所示。在顶部进、出口管的中间区域的温度也高于其他区域，可以推测当罐内温度测量系统监测到储罐的温度下降到目标温度时，储罐顶部侧壁的过渡区域温度还没有达到目标温度。因此，在设置温度测点的过程中，需要在进气管一侧沿着高度方向适当增加温度测点，以实现充分预冷储罐。4结论本文建立了30 m3的液氢储罐的三维轴对称模型，模拟以低温氢气为预冷介质的储罐预冷过程，开展氢气进入储罐后的温度场、流线分布分析，获得以下结论：1）储罐内三维温度场分布不均匀，从底部到顶部的温度逐渐升高，顶部的温度梯度较大。2）预冷过程中罐内流场与温度场相互影响，受加液管阻碍作用，加液管与周围壁面的位置温度相对较图9温度分布在XY平面的投影图（距离z轴-1 m）图10温度分布在XY平面的投影图（距离z轴-0.5 m）图11温度分布在XY平面的投影图（距离z轴0 m）103MECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEERMECHANICAL ENGINEER2023 年第 8 期网址： 电邮：机械工程师图12温度分布在XY平面的投影图（距离z轴0.5 m）图13温度分布在XY平面的投影图（距离z轴1 m）图14储罐温度监测点布置图高。因此，温度测点以温度梯度最大及降温最慢的位置优先布置，从而给出其温度监控点的布置示意图。由于时间、现场条件等的限制因素，本文仅以低温氢气为预冷工质开展了预冷过程的三维稳态数值仿真，模拟结果只能定性地表明在预冷结束后的罐内不同截面的温度分布，后续可以进一步开展瞬态预冷过程中，三维温度场随时间的变化规律，同时耦合瞬态动力学分析，研究降温过程中储罐的应力、应变随时间的变化。后续，也可以进一步分析采用液氮、液氢等工质在预冷过程中的相变非稳态传热过程。参考文献1LI P,CHENG H.Thermal Analysis and Performance study forMultilayer Perforated Insulation Material Used in SpaceJ.Applied Thermal Engineering,2006,26(16):2020-2026.2邵志刚,衣宝廉.氢能与燃料电池发展现状及展望J.中国科学院院刊,2019,34(4):469-77.3张景新.新能源“风口”下的中国氢经济之路J.新材料产业,2019(2):48-50.4生态环境部.中国移动源环境管理年报(2021)EB/OL.http:/ Aviation:Structural Sizing and Stress Analysis J.Aerospace Science and Technology,2019,95.12李金娟.LNG储罐预投产工艺技术研究D.青岛:中国石油大学(华东),2018.13徐艳华.大型LNG储罐预冷规律研究D.青岛:中国石油大学(华东),2016.14游古平.液化天然气(LNG)储罐预冷方式比较研究D.重庆:重庆交通大学,2018.15刘丹,卫博.大型LNG储罐预冷工艺研究J.河南化工,2019,36(6):40-43.16徐烈,方荣生.低温容器设计制造与使用M.北京:机械工业出版社,1987.17LI J C,LIANG G Z.Simulation of Mass and Heat Transfer inLiquid Hydrogen Tanks during PressurizingJ.Chinese Journalof Aeronautics,2019,32(9):2068-2084.18王子敬,肖嵩,黄英.LNG储罐预冷的热力学研究J.城市燃气,2016(6):11-14.19张晨,陈峰,王亚群,等.大型LNG储罐预冷分析模型与工程应用研究J.化工管理,2020(7):161-164.20王江涛.大型LNG储罐预冷和低压泵调试运行方案分析J.化工设计,2020,30(5):5-9.21匡以武,耑锐,王文,等.液化天然气储罐预冷过程温度场数值模拟J.化工学报,2015,66(增刊2):138-142.22戴斌.LNG场站低温工艺设备及管道安装工程实践J.建筑施工,2016,38(5):602-604.23张强强.LNG储罐预冷常见问题与解决途径J.煤气与热力,2020,40(2):16-19,45.24张强强,李连强,贾砼,等.LNG储罐预冷后期温降困难的分析及建议J.天然气与石油,2020,38(5):25-30.（编辑邵明涛）作者简介：姜坤（1990）,男,硕士研究生,工程师,主要从事低温工程和储运工艺系统研究等工艺设计工作。收稿日期：2022-08-30104