市場經(jīng)濟背景下綏德油庫罐內(nèi)溫度場模擬研究

摘? 要：油品的儲存過程中，儲油罐內(nèi)部溫度場對于油品的安全性和經(jīng)濟性的影響至關(guān)重要。依據(jù)綏德當(dāng)?shù)貧鉁刭Y料，連續(xù)測量模型罐油品的溫度變化和分布情況，采用CFD軟件模擬獲得油品部分在高溫時段的溫度場分布圖。通過對實驗和模擬結(jié)果的分析，總結(jié)影響溫度場變化的主要影響因素。

關(guān)鍵詞：油氣空間;罐內(nèi)油品;溫度場;模擬研究

基金項目：陜西省教育廳項目（No.17JK0903）;陜西省科技廳項目（No.2016KRM062）。

綏德油庫隸屬于中油陜西銷售榆林公司，又稱為嗚咽泉油庫。油庫位于陜西省榆林市綏德縣鎮(zhèn)定南街2號。于1969年建成投產(chǎn)，最近一次改造是2002年8月。系4級油庫，二次分銷庫，資源主要來自延長集團永坪煉油廠、靖邊煉油廠、交口河煉油廠，以及系統(tǒng)內(nèi)寧夏大元煉油廠。入庫方式為公路，出庫方式為公路。主要輻射榆林區(qū)內(nèi)加油站85座，配送半徑200公里。

一、實驗部分

（一）基本數(shù)據(jù)

設(shè)施設(shè)備情況：油庫庫區(qū)占地47333平方米，現(xiàn)有儲油罐88座，總罐容為0.44萬方，其中汽油0.12萬方，柴油0.32萬方，共有93號、97號汽油，+5號、0號、-10號、-20號、-35號柴油等7個品種。接卸設(shè)施方面：公路收油臺一座，汽柴油各3條卸油管線，公路發(fā)油臺一座，汽柴油各3只鶴管。油庫現(xiàn)有消防栓4座，消防水帶15盤，35公斤推車式干粉滅火器17具，8公斤手提式干粉滅火器20具，石棉被14塊，消防沙池2座。

考慮到氣溫對于實驗的影響較大，為了實驗效果更為明顯宜選取當(dāng)?shù)仄呋虬嗽路莸臍鉁貫閷嶒灥臍庀髼l件依據(jù)。實驗時需要將實驗油品（本實驗用油為汽油）從油罐下部裝樣口閥門裝入，在液位計處出現(xiàn)液位，可由此讀出油品的液高。氣體空間測溫時所裝油品體積大約為20升，油品高度為90毫米，油品部分測溫時所裝油品大約為90升，油品高度為390毫米。

多通道溫度巡檢儀的連接：油罐內(nèi)溫度場探針共在3個不同位置裝有熱電阻，分別用以測量罐內(nèi)不同的3個位置處的溫度，其編號分別為1，2，3，4。探針從油罐后上部傳出，再通過導(dǎo)線和多通道溫度巡檢儀相連接。

（二）實驗步驟

1、往油罐中加入油品，至液高為90毫米時為止。

2、打開加熱裝置和測溫裝置，時刻關(guān)注普通溫度計的讀數(shù)。

3、從環(huán)境溫度達到氣象資料中溫度最低的6時開始，通過加熱裝置控制實驗環(huán)境溫度使之達到與資料中整點時溫度一致并記錄此時所測的罐內(nèi)溫度情況（用加熱方法使室內(nèi)溫度變化，當(dāng)室內(nèi)溫度每達到一個整點的溫度時測量并記錄此時模擬油罐內(nèi)的溫度。）

4、依次按2中方法記錄時間點6時到17時（不包含16時）罐內(nèi)溫度的變化情況。

5、記錄完15時、17時罐內(nèi)溫度后分別停止加熱，通過罐體自然溫降的方法依次記錄16時、18時至5時罐內(nèi)溫度的變化情況，即當(dāng)環(huán)境溫度下降到以上整點時間點的溫度時觀察并記錄此時罐內(nèi)的溫度。

6、匯總實驗所記錄的數(shù)據(jù)。

（三）實驗數(shù)據(jù)匯總

根據(jù)實驗所得數(shù)據(jù)得出一天內(nèi)油罐氣體空間溫度和實驗環(huán)境溫度與時間的關(guān)系如下所示：其中，“位置1”、“位置2”、“位置3”和“位置4”為罐內(nèi)測溫點高度從低到高依次為70毫米、130毫米、350毫米、570毫米，此部分實驗罐內(nèi)油品高度為90毫米。

二、CFD模擬

由CD-adapco Group公司開發(fā)的新一代通用計算流體力學(xué)（CFD）分析軟件。其采用最先進的連續(xù)介質(zhì)力學(xué)數(shù)值技術(shù)且可生成網(wǎng)格所需的一系列作業(yè)，相比于原來的四面體網(wǎng)格，在保持相同計算精度的情況之下，可以實現(xiàn)計算性能約3到10倍的提高。

（一）笛卡爾坐標(biāo)系中三維非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱微分方程的一般形式：

（二）邊界條件：

使用模擬軟件解決問題，為獲取所求問題唯一解就需要對計算域設(shè)定各種參數(shù)值，即為邊界條件。其包括位置信息和參數(shù)信息兩部分內(nèi)容。

此次選取邊界條件位置為油罐對稱位置面上一點（即底面中心點處），參數(shù)為溫度。依據(jù)實驗和相關(guān)資料分析可知油罐底部溫度變化非常有限，可近似認為其溫度不變，原點處溫度不變，沿各方向上溫度變化率為零，即：

（三）溫度載荷

在管壁處施加溫度載荷，將環(huán)境溫度和時間聯(lián)系成的函數(shù)關(guān)系再以表格的參數(shù)形式輸入，便于長時段動態(tài)處理。方程表示如下：

（四）對流邊界條件

環(huán)境溫度、油品傳熱系數(shù)和對流換熱系數(shù)均已知，采用第三類邊界條件（即Robin條件），為對流邊界條件施加在罐體頂部。

應(yīng)用到此次計算改變?nèi)缦拢?/p>

（五）環(huán)境溫度

油品上部為氣體空間，同外界環(huán)境溫度一樣，將氣體溫度和時間聯(lián)系成的函數(shù)關(guān)系，再以表格的參數(shù)形式輸入。

（六）初始條件：

確定初始溫度，確定使用14時環(huán)境溫度，將其定義為[T1]，即：

以上式中，[Ty]為任意時刻油品的溫度，[?C];[Tf]為環(huán)境溫度，[?C];[tm]為周期變化的油品平均溫度，[?C];[tn]為周期變化的灌頂平均溫度，[?C];[Am]為油品溫度波的振幅，[m];[An]為灌頂油品溫度波的振幅，[m];[T]為溫度波的周期，[s];[τ]為油品存放的時間，[s];[λy]為油品導(dǎo)熱系數(shù)[wm·?C];[ρy]為油品密度，[kgm3];[cy]為油品比熱容[Jkg·?C]。

（七）模擬結(jié)果

模擬結(jié)果顯示：油品內(nèi)部主體部分的油溫基本保持不變，只有油品邊壁部分和上表層部分溫度有變化，隨著深度的增加這種現(xiàn)象逐漸減弱直至消失。油品邊緣部分易受條件影響，且隨著時間的流逝和環(huán)境溫度的增加這部分溫度變化幅度會有些許增加，并有逐漸深入油品內(nèi)部的發(fā)展趨勢。此階段的模擬結(jié)果與實驗結(jié)果所反映出的油品溫度場的分布情況和變化的規(guī)律相一致。此外，罐內(nèi)油品的平均溫度在該時段一直處于上升狀態(tài)，升溫速度開始較快，而后漸趨于平緩，但其變化范圍在1℃以內(nèi)。

三、結(jié)語

本文采用STAR-CCM+軟件模擬獲得油品部分在高溫時段的溫度場分布圖。通過對實驗和模擬結(jié)果的分析，探究了氣體空間和油品兩部分溫度場變化的主要影響因素及其規(guī)律性問題。

通過研究，得知在連續(xù)24小時氣體空間受環(huán)境溫度和太陽輻射的影響溫度變化較大，存在明顯的溫度梯度;油品部分因外界和其本身性質(zhì)影響，溫度變化主要在于油品表層部分，主體部分溫度基本不變。

參考文獻：

[1]杜紅勇，譚寧，安蓉等.油田企業(yè)原油呼吸損耗測試及計算方法[J].中國設(shè)備工程.2008（08）.

作者簡介：

梁穎（1985-），女，漢族，陜西榆林人，碩士，講師;研究方向：多相管流及油品蒸發(fā)損耗的計量。