Приложение В (обязательное). Расчет повышения давления в сосуде при бездренажном хранении сжиженного природного газа и допустимая степень заполнения криогенного топливного бака

Приложение В
(обязательное)

Расчет
повышения давления в сосуде при бездренажном хранении сжиженного природного газа и допустимая степень заполнения криогенного топливного бака

Время повышения давления от начального до конечного значения (длительность бездренажного хранения) t, ч, вычисляют по формуле

,

(В.1)

где - степень заполнения сосуда жидкостью;

M_s - масса жидкости в сосуде, кг;

c_s - теплоемкость жидкости, ;

M_w - масса стенок сосуда, кг;

c_w - теплоемкость материала стенки сосуда, ;

T_s - конечная равновесная температура жидкости, К;

T_s0 - начальная равновесная температура жидкости, К;

Q - тепловой поток к сосуду, Вт

Пример - Расчет времени, за которое давление в КТБ, заполненном СПГ, повысится до предельного значения, если объем бака 300 л (0,3 м³), масса внутреннего сосуда 160 кг, материал - сталь 12Х18Н9Т, степень заполнения 0,85, теплоприток к баку 6 Вт, начальное давление в баке 0,1 МПа, рабочее давление 1 МПа, теплоемкость стали 12X18Н9Травна 300 .

Из рисунка А.1 определяем температуры равновесной жидкости при давлениях 0,1 МПа и 1,0 МПа:

T_s0 = 111 К,

T_s = 148 К.

Определяем плотность жидкости при начальном давлении (рисунок А.2)

 = 424 кг/м³

и массу жидкости в сосуде при полном заполнении

.

Время повышения температуры от T_s0 до T_s вычисляем по формуле (В.1)

.

Таким образом, время бездренажного хранения полного бака составит около 24 сут, при этом давление в баке повысится до 10 бар (1 МПа).

Определим время, за которое давление в том же баке поднимется с 0,3 МПа до 1 МПа, если масса газа равна 42 кг (степень заполнения равна 0,3)

.

Видно, что уменьшение массы жидкости в сосуде и повышение начального давления (и, соответственно, начальной температуры) приводят к сокращению длительности бездренажного хранения.

Максимально допустимую при заправке СПГ степень заполнения КТБ вычисляют по формуле

,

(В.2)

где - плотность жидкости при максимальном значении давления, кг/м³.

- плотность жидкости при давлении заправки, кг/м.

Пример - Расчет максимальной степени заполнения КТБ при заправке СПГ в случае, если давление заправки равно 0,1 МПа, а рабочее давление сосуда равно 1,0 МПа. Из рисунка А.1 определяем значение температур, равновесных давлению заправки (0,1 МПа) и рабочему давлению (1,0 МПа). Имеем T_s0 = 111 К и T_s = 148 К. Из рисунка А.2 определяем плотности жидкости при 111 К и 148 К, соответственно  = 420 кг/м и  = 360 кг/мг³. Значение максимально допустимой степени заполнения КТБ при заправке вычисляем по формуле (В.2)

.