Алексей Кузнецов 
Китайские ученые из Университета Гуйчжоу разработали новую динамическую модель для более точного прогнозирования образования отпарного газа (BOG) в резервуарах для хранения сжиженного природного газа (СПГ). Результаты исследования показывают, что существующие стационарные методы расчетов могут занижать реальный объем потерь газа примерно на 50%, что ведет к экономическим убыткам и неэффективному использованию энергии. Новая модель призвана решить эту проблему, предоставляя инженерам более точный инструмент для проектирования и эксплуатации СПГ-терминалов. Результаты исследования опубликованы в научном журнале Computers and Chemical Engineering.
Сжиженный природный газ – это метан, охлажденный до температуры –162 °C, при которой он переходит в жидкое состояние, уменьшаясь в объеме более чем в 600 раз. Однако даже в самых современных изолированных хранилищах СПГ постоянно подвергается тепловому воздействию. Тепло проникает как из окружающей среды сквозь стенки резервуара, так и выделяется внутренним оборудованием, в частности – погружными электрическими насосами (SEMP), которые используются для перекачки сжиженного газа. Это приводит к медленному, но непрерывному испарению СПГ, в результате чего образуется так называемый отпарной газ. Этот газ необходимо утилизировать: либо сжигать, что приводит к потерям ценного ресурса и загрязнению атмосферы, либо собирать и повторно сжижать, что требует значительных энергозатрат.
Проблема существующих методов расчета заключается в том, что они, как правило, основаны на стационарных моделях, которые не учитывают динамические процессы, происходящие во время работы оборудования. Научная группа под руководством Джинью Ана создала трехмерную компьютерную модель резервуара объемом 10 000 кубических метров с использованием методов вычислительной гидродинамики в программном пакете ANSYS Fluent. Модель детально имитирует процессы теплопередачи, двухфазного потока жидкости и газа, а также фазовые переходы, вызванные работой насоса. Исследователи проанализировали поведение системы при трех различных уровнях заполнения резервуара – 80%, 55% и 30%.
Для проверки точности модели исследователи использовали эксплуатационные данные реального промышленного резервуара объемом 160 000 кубометров, подтвердив высокую надежность своих расчетов – погрешность модели составила всего около 1%. Результаты моделирования показали, что работа погружного насоса является одним из ключевых, но часто недооцениваемых факторов. Выделяемое им тепло вызывает не только прямое испарение, но и падение давления в резервуаре, что, в свою очередь, провоцирует так называемое мгновенное вскипание СПГ. На долю этого явления, по расчетам ученых, может приходиться до 30% от общего объема образующегося отпарного газа.
Новая динамическая модель, учитывающая эти факторы, показала, что реальный объем потерь газа при работе насосов примерно на 50% превышает значения, прогнозируемые традиционными стационарными моделями. Понимание этих процессов позволяет точнее проектировать системы рециркуляции и повторного сжижения отпарного газа, оптимизировать их работу, что в итоге приводит к значительному энергосбережению, сокращению экономических потерь и снижению негативного воздействия на окружающую среду. Разработанная модель снижает погрешность прогнозирования с 30% до 10%, предоставляя отрасли более надежный инструмент для повышения устойчивости и эффективности инфраструктуры хранения СПГ.
