引言

　　目前，國際石油價格仍處于高位，各國將能源消費紛紛轉向天然氣，不少國家準備大量進口天然氣。因此，對天然氣的海上運輸工具--液化天然氣(LNG)船的需求量將顯著增加，對液化天然氣船舶管理的要求也越來越高。天然氣液態儲存是將經過脫水、脫烴和脫酸等凈化處理的天然氣，在常壓下通過制冷降溫至-162℃左右進行液態儲存。液態儲存天然氣可以將天然氣的體積縮小600多倍。【1】LNG在充注和儲存過程中，由于其中組分密度的不同，就有可能出現翻滾(rollover現象。發生翻滾現象時，根據現有設備能力，應該可以將汽化氣輸出，而事實上，由于這種汽化是在瞬間產生的，并且量極大，很難將其及時排出，這樣就會造成儲罐瞬間超壓，對設備造成損害，影響其使用壽命。所以，預防翻滾現象的發生，對保障船舶安全營運具有很大的意義。

　　1 翻滾現象及產生的原因

　　1.1 翻滾現象分析及分類

　　翻滾現象是指兩層不同密度的LNG在儲罐內迅速上下翻動混合，瞬間產生大量的汽化氣的現象。在發生翻滾現象時，罐內LNG的汽化量為平時自然蒸發量的10～50倍，這樣將會導致儲罐內的氣壓迅速上升并超過設定的安全壓力，使儲罐出現超壓現象。如果不及時通過安全釋放閥排放，就有可能造成貯槽的機械損傷，對設備造成損壞，同時大量排放蒸發氣，不僅造成經濟上的損失，對環境也造成污染。【2】

　　一般LNG的組分為氮氣、甲烷、乙烷、丙烷、正丁烷、異丁烷、正戊烷、異戊烷。因產地不同，其成分可能略有變化。

　　翻滾從現象來看分成兩類：①LNG貯罐在長期貯存中，因其中較輕的組分(主要是N2和CH4)優先蒸發，而自發形成翻滾現象。②LNG貯罐中原來留有液化天然氣，在充裝密度不同、溫度不同的新LNG一段時同(幾個小時甚至幾十天)后，突然產生翻滾的現象。【3～4】

　　翻滾是一種熱不穩定性現象，這種熱不穩定性是由密度變化引起的，其產生的必要條件是分層界面受到擾動。界面擾動既包括“邊界層穿透”，也包括界面的“渦旋混合”。分層界面的破壞首先出現在流動邊界層，因為此處的流動最為活躍，但是由于邊界層流動只局限在分界面附近，因此它對分層界面的直接破壞僅僅發生在流動邊界層內。除邊界層穿透破壞之外，上層液體的射流作用也會破壞分層循環流動，因為上層液體的射流沖擊作用既可以直接破壞分層界面，又可通過“渦漩混合”不斷擴大其破壞范圍。

　　也就是說，LNG的翻滾實際上是一種劇烈蒸發的過程。在儲罐中，密度小的液體會集聚在密度大的液體之上，抑制了下層液體的揮發。當儲罐內的LNG出現明顯的分層現象時，由于上層LNG靜壓的抑制作用，使得外界傳人的熱量無法通過下層的LNG液體的蒸發而散失，導致下層LNG處于過飽和狀態，下層液體就會溫度升高，少量的N2就會首先汽化，破壞兩層液體的界面，使得LNG儲罐內出現擾動，也就是翻滾現象。如果儲罐內上層的LNG密度大于下層，下層LNG突然上升，導致邊界層破壞，液體揮發，產生劇烈擾動，儲罐內的溫度上升，壓力也急劇上升，使翻滾現象進一步加劇。

　　1.2 翻滾現象產生的原因

　　(1)儲罐內LNG由于各組分密度不同，導致密度大的組分在下，密度小的組分在上，密度差會形成分層，有時即使僅差1 kg/m3也會分層，而分層是引發翻滾的第一步。有關資料介紹，如果儲罐內LNG有兩層，當其密度差為6.9kg/m3時，存放72h后就會產生翻滾現象。【1】

　　(2)LNG進儲罐的溫度有細微變化，引起LNG的密度稍有變化，溫度高的LNG密度較小，溫度低的LNG密度較大，密度小的液體上浮，密度大的液體在下，產生分層的現象。一般的，當溫差為0.79 K時，存放72 h后將產生翻滾現象。

　　(3)由于不同階段添加的LNG的組分不同，導致新日LNG的兩層液體密度不同，罐內液體存在密度差，產生分層現象，在存儲和運輸過程中就會有擾動現象，劇烈的擾動就是翻滾現象。