一种LNG薄膜罐保冷计算与日蒸发率预测系统

本发明涉及液态天然气薄膜罐绝热储存，特别涉及一种lng薄膜罐保冷计算与日蒸发率预测系统。

背景技术：

1、lng储存和运输过程中，保冷技术是确保液态天然气安全、高效储存和运输的关键因素。lng薄膜罐作为一种高效的储存方式，因其卓越的绝热性能和结构安全性，广泛应用于lng的储存和运输中。薄膜罐采用了先进的薄膜绝热材料设计，有效减少了液态天然气的蒸发损失，确保了储存过程的稳定性。

2、现有的lng薄膜罐储存的液化天然气的温度为-162℃，低温lng与外界环境之间的温差高达近190℃，lng储液会通过罐体与外界进行热量传递，致使lng吸收热蒸发，一方面lng的蒸发会导致直接经济损失，另一方面大量的lng蒸发为bog（boil-off gas）会使储罐压力上升，安全风险增高，同时bog的处理成本增加。

3、日蒸发率作为衡量薄膜罐结构设计是否合理的重要指标，工程上要求储罐日蒸发损失不大于0.05%，lng薄膜罐保冷结构是保证储罐日蒸发损失不大于0.05%的重要组成部分，然而在当前的lng薄膜罐保冷结构的设计中，传热计算与保冷性能评估仍然存在较大挑战。

4、公开号为cn118313306a的一种储罐内lng传热现象和日蒸发率(bor)预测方法，为简化计算过程，忽略材料界面之间的接触热阻，使预测结果的不准确。接触热阻是指由于材料表面的不平整、粗糙度以及材料之间的微观间隙等因素，导致热量在材料界面传递时遇到的额外阻力，在lng薄膜罐的绝热结构中，不同绝热材料之间以及绝热材料与罐体结构之间都存在着材料界面，接触热阻在这些界面上对热量传递有着不可忽视的影响。由于不考虑接触热阻，现有方法显著高估了从环境向罐内lng传递的热量，这一高估直接导致了蒸发量（bog）预测值高于实际值，基于忽略接触热阻的模型进行设计时，为了达到目标蒸发率，设计人员往往会选择过厚或性能过高的绝热材料，这会导致不必要的材料成本增加。

5、此外，现有的设计方案往往依赖于经验，设计人员主要依据以往类似项目的经验来选择绝热材料和确定保冷结构，缺乏有效的工具来进行全面、准确的保冷性能预测和优化。这种基于经验的设计方法难以应对不同工况和不同结构的lng薄膜罐，无法充分考虑各种复杂因素对保冷性能的影响，导致设计方案可能无法达到最优效果。

6、因此亟需搭建一个lng薄膜罐保冷计算与日蒸发率预测平台，在确保工程在满足保冷性能要求的前提下，降低材料和建造成本，为未来不同容积lng薄膜罐的设计提供理论依据。

技术实现思路

1、为了克服以上现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种lng薄膜罐保冷计算与日蒸发率预测系统，该系统能够综合考虑薄膜罐的保冷结构参数、环境条件以及液态天然气的物理特性，精确预测罐体的日蒸发率，确保日蒸发率符合工程要求，从而为lng薄膜罐的结构设计提供科学指导。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

3、一种lng薄膜罐保冷计算与日蒸发率预测系统，包括计算平台输入模块、计算模块、数据可视化模块[111.1][author1.2]；

4、其中，计算平台输入模块负责接收并整理各类输入参数，将其精准传入计算模块；计算模块基于接收的输入参数进行运算处理，输出lng薄膜罐传入总热量、lng薄膜罐日蒸发损失两项核心参数，同时将运算过程中产生的其他结果参数同步传输至数据可视化模块，以直观化呈现形式，方便工作人员对各类结果数据进行快速查看、核对与分析。

5、所述计算平台输入模块包括：基础环境参数模块，薄膜罐结构参数配置模块、材料热学特性配置模块，其中，

6、所述基础环境参数模块用于输入环境温度设定、太阳辐射强度、太阳辐射有效时间参数；

7、所述薄膜罐结构参数配置模块用于输入侧壁高度参数、侧壁内径参数、拱顶高度参数、罐底半径参数、材料分层数量参数、材料分层厚度参数；

8、所述材料热学特性配置模块用于输入材料导热系数、对流换热系数、分层界面接触热阻。

9、所述计算模块包括初始参数设置模块、动态参数更新模块、核心传热学计算模块、日蒸发损失计算模块以及计算结果管理模块；

10、所述初始参数设置模块为核心传热学计算模块提供其运行所需的全部基础参数；动态参数更新模块对所述基础参数进行修正，修正后的参数输送至核心传热学计算模块，供其完成lng薄膜罐各部位热流量的精准计算；日蒸发损失计算模块接收并整合核心传热学计算模块的输出结果，基于该结果完成日蒸发率的预测并输出预测数据；计算结果管理模块对日蒸发损失计算模块的预测数据进行判断，当预测结果超出预设标准时，自动触发预警提醒。：

11、所述初始参数设置模块用于建立薄膜罐三维结构特征数据库并配置环境温度范围、材料导热系数、接触热阻等多层次计算边界条件，为用户提供参数输入的标准；

12、所述动态参数更新模块用于存储lng薄膜罐三维结构特征数据库、环境温度范围、材料导热系数、接触热阻的多层次计算边界条件的更改参数，确保计算过程中参数修改的实时响应；

13、所述核心传热学计算模块基于热阻网路图，分析构成薄膜罐的五大部位的热量传递方式，构建侧壁、热角保护、罐底、罐顶和固体构件的传热模型，精确计算各部位的热流量；

14、所述日蒸发损失计算模块用于整合各部位热流量传递与太阳辐射补偿，应用lng物性转换模型，结合汽化潜热、密度容积的参数实现日蒸发率（bog）的精确预测与保冷性能评估；

15、所述计算结果管理模块用于对日蒸发率指标进行判断，进行日蒸发率超标预警。

16、所述初始参数模块包括基础环境参数子模块、薄膜罐结构参数子模块、材料热学特性参数子模块，其中，

17、所述基础环境参数子模块用于存储数据，包括环境温度、太阳辐射强度与太阳有效辐射时间；

18、所述薄膜罐结构参数子模块用于存储lng薄膜罐三维储罐几何特征数据库，包括薄膜罐内罐内切圆直径、罐壁高度、外罐内切圆直径、拱顶高度、分层保冷材料厚度的数据，构建完整的薄膜罐空间结构模型；

19、所述材料热学特征子模块，用于存储分层保冷材料的热物理参数，包括材料的导热系数、相邻两层材料之间的接触热阻、空间的对流换热系数。

20、所述动态参数更新模块包括：基础环境参数子模块、薄膜罐结构参数子模块、材料热学特性参数子模块，同初始参数模块，动态参数更新模块通过实时会话状态管理技术实现参数的动态调整。

21、所述核心传热学计算模块包括侧壁热流量计算子模块、热角保护系统热流量计算子模块、薄膜罐底部热流量计算子模块、薄膜罐拱顶热流量计算子模块、薄膜罐固体构件热流量计算子模块以及太阳能辐射计算子模块；其中，

22、侧壁热流量计算子模块，基于多层圆筒壁热传递模型，通过分析一维热阻网络图，精确计算环境温度与薄膜内壁温差引起的热流量、外部环境与薄膜罐外罐空气自然对流热流量，最终输出通过侧壁区域传递的总热流量；

23、热角保护系统热流量计算子模块，基于多层圆筒壁热传递模型，分析罐壁底部5m热角保护区域建立热阻网络图，精确计算环境温度与热角保护系统温差引起的热流量、外部环境与热角保护系统空气自然对流热流量，最终输出通过热角保护系统传递的总热流量；

24、薄膜罐底部热流量计算子模块，基于多层平面壁热传递模型，分析罐底一维网络热组图，精确计算环境温度与薄膜罐底内壁温差引起的热流量，最终输出通过薄膜罐底传递的总热流量；

25、薄膜罐拱顶热流量计算子模块，建立拱形多层热传递模型，精确计算环境温度与薄膜拱顶内壁温差引起的热流量、外部环境与薄膜罐拱顶外壁空气自然对流换热引起的热流量、薄膜罐拱顶内壁与罐内气相空间自然对流热换热引起的流量，最终输出通过拱顶区域传递的总热流量；

26、薄膜罐固体构件热流量计算子模块，通过分析固体构件底一维网络热组图，精确计算环境温度与薄膜罐内部温差引起的热流量，最周输出通过固体构件传递的总热流量；

27、太阳能辐射计算子模块，用于计算太阳对薄膜罐外壁的辐射传热引发的热流量，由于薄膜罐底部不受到太阳辐射，计算区域包括薄膜罐侧壁、热角保护系统以及薄膜罐拱顶三部分，最终输出热辐射传递的总热流量。

28、所述日蒸发损失计算模块包括：总热量整合计算子模块、lng容积与充装率计算子模块、日蒸发率计算子模块，其中，

29、总热量整合计算子模块，用于实时整合核心传热学计算模块中五个子模块的热流量数据；

30、lng容积与充装率计算子模块，用于结合动态参数更新模块中的薄膜罐结构参数进行lng容积与lng在薄膜罐中充装率计算；

31、日蒸发率计算子模块，整合汽化潜热、有效容积等参数，实现总热流量到日蒸发损失的转换，最终输出精确至0.000001%的bog值，形成保冷性能核心评价指标。

32、所述数据可视化模块包括：实时计算结果子模块、热力学分布可视化子模块、薄膜罐结构可视化模块、技术说明子模块，其中，

33、实时计算结果模块，用于显示环境温度、总热流量数值与日蒸发率数值；

34、热力学分布可视化子模块，用表格的形式显示各部分的热流量与占比，其中热流量的占比借助饼图的形式清晰可视化；

35、薄膜罐结构可视化模块，本模块在地面坐标系上构建三维薄膜罐结构剖视图，并在剖视图上进行热流量分布的空间映射，对各部位热流量进行标注；

36、技术说明子模块，用于对薄膜罐结构进行注解、对热角保护系以及各部位传热特性的说明。

37、本发明的有益效果：

38、本发明提供的lng薄膜罐保冷计算与日蒸发率预测平台可以进行精确的保冷性能预测，计算平台输入模块包含参数的全面性使得设计人员可借助该平台动态模拟评估采用不同材料与结构的薄膜罐在全季节（四季）及全天候（24小时）工况下的保冷性能，从而有效减少实际测试过程中所需的时间成本；其次，平台内置动态参数设置模块，支持对保冷结构参数的实时优化调整，并快速响应，避免了在工程实施阶段因硬件调整而产生的人力和成本浪费；最后，该平台还为技术开发人员提供了快速迭代与测试新容积、新结构薄膜罐的能力，极大提高了研发效率，并加速了产品的优化与创新。