成慶林，衣 犀，孫 巍，范家偉

(東北石油大學(xué) 提高油氣采收率教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江 大慶 163318)

浮頂罐是目前國(guó)內(nèi)外常用的大型原油儲(chǔ)罐類型，一般分為單盤浮頂罐和雙盤浮頂罐兩種。由于浮頂罐罐頂面積大，通過罐頂散失的熱量往往占據(jù)儲(chǔ)罐散熱的最大份額，以往浮頂罐浮頂傳熱系數(shù)計(jì)算的研究中主要以單盤為主，對(duì)于雙盤浮頂傳熱系數(shù)往往使用經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行估算［1－7］。雙盤浮頂罐浮頂結(jié)構(gòu)中頂板與底板間的空氣隔層能夠起到較好的隔熱作用，具有良好的保溫效果，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，近年發(fā)展迅速，在大型儲(chǔ)罐中逐漸得到了廣泛應(yīng)用。因此研究雙盤浮頂罐罐頂?shù)膫鳠嵋?guī)律，完善其傳熱系數(shù)的計(jì)算，對(duì)于優(yōu)化雙盤浮頂罐的工藝設(shè)計(jì)，保障儲(chǔ)罐安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有重要意義。

1 傳熱過程

雙盤浮頂罐浮頂?shù)膫鳠徇^程(圖1)包括①油品至浮頂?shù)臒o限空間自然對(duì)流換熱;②浮頂鋼板的導(dǎo)熱;③浮頂內(nèi)部有限空間的自然對(duì)流換熱;④浮頂向周圍介質(zhì)無限空間自然對(duì)流換熱和空氣外掠平板的強(qiáng)制對(duì)流換熱。

圖1 雙盤浮頂罐浮頂?shù)膫鳠徇^程

(1)浮頂類型

從圖2 中可以看出，降溫過程中單、雙盤浮頂傳熱系數(shù)差異顯著，降溫過程開始時(shí)相差約3．1 W/m2·℃左右，隨著降溫過程進(jìn)行差異略微減小，至降溫過程終了，相差約2．4 W/m2·℃左右。相比于單盤浮頂雙盤浮頂?shù)膫鳠嵯禂?shù)更小，具有更好的保溫效果。

圖2 單雙盤浮頂罐罐頂傳熱系數(shù)對(duì)比

2 傳熱系數(shù)

實(shí)際應(yīng)用中還應(yīng)考慮到保溫層和浮頂上沉積物的影響，由于相比于其他各項(xiàng)，鋼板熱阻過小，鋼板的傳熱忽略不計(jì)。由此雙盤浮頂罐浮頂傳熱系數(shù)的計(jì)算式［8］如下

自罐頂至周圍大氣的外部放熱系數(shù)a2ding應(yīng)按照空氣外掠平板的強(qiáng)制對(duì)流換熱公式計(jì)算

對(duì)于浮船內(nèi)傳熱系數(shù)的計(jì)算，按照有限空間自然對(duì)流［9］傳熱計(jì)算［10］

3 求解過程

在上述計(jì)算中，用到罐頂平均溫度tding，可根據(jù)熱平衡方程用試算法求解

先假定一個(gè)tding進(jìn)行試算，求出a1ding和Kding，再將tding、a1ding和Kding代入上式進(jìn)行計(jì)算，如果兩邊相等，或者滿足

則可以認(rèn)為假定的tding是合適的。如不能滿足上述條件，則要重新設(shè)定tding，再進(jìn)行上述賦值計(jì)算，直到滿足條件為止，以此確定Kding值。

4 實(shí)例計(jì)算

以北方地區(qū)一座容積10 萬m3的地上雙盤浮頂罐罐內(nèi)油品從49℃降溫至25℃的過程為例，計(jì)算參數(shù)取自文獻(xiàn)［11］。

圖3 環(huán)境溫度對(duì)雙盤浮頂罐罐頂傳熱系數(shù)的影響

(2)環(huán)境溫度

由圖3 可見，其他條件不變，環(huán)境溫度20℃時(shí)罐 頂 傳 熱 系 數(shù) 由 1． 619 W/m2·℃ 降 至1．319 W/m2·℃，環(huán)境溫度0℃時(shí)罐頂傳熱系數(shù)由1．802 W/m2·℃降至1．566 W/m2·℃，環(huán)境溫度－20℃時(shí)，罐頂傳熱系數(shù)由1． 91 W/m2·℃降至1．693 W/m2·℃。可以看出，環(huán)境溫度越高，浮頂傳熱系數(shù)越小，并且隨著儲(chǔ)罐降溫過程的進(jìn)行，環(huán)境溫度越高，浮頂傳熱系數(shù)降低的趨勢(shì)越大。

(3)風(fēng)速

由圖4 可見，其他條件不變，環(huán)境平均風(fēng)速2．5 m/s時(shí)罐頂傳熱系數(shù)由1． 91 W/m2·℃降至1．693 W/m2·℃，環(huán)境平均風(fēng)速4 m/s 時(shí)罐頂傳熱系數(shù)由1．929 W/m2·℃降至1．709 W/m2·℃，環(huán)境平均風(fēng)速5.5 m/s時(shí)，罐頂傳熱系數(shù)由1．944 W/m2·℃降至1．724 W/m2·℃?？梢钥闯?，外界環(huán)境中風(fēng)速越大，雙盤浮頂傳熱系數(shù)越大，變化趨勢(shì)基本一致。

(4)儲(chǔ)罐容積

圖4 環(huán)境風(fēng)速對(duì)罐頂傳熱系數(shù)的影響

圖5 儲(chǔ)罐容積對(duì)罐頂傳熱系數(shù)的影響

其他條件不變，從圖5 可以看出，5 萬m3的儲(chǔ)罐罐頂傳熱系數(shù)由1．935 W/m2·℃降至1．726 W/m2·℃，10 萬m2的儲(chǔ)罐罐頂傳熱系數(shù)由1．91 W/m2·℃降至1．693 W/m2·℃，15 萬m3的儲(chǔ)罐罐頂傳熱系數(shù)由1．879 W/m2·℃降至1．641 W/m2·℃。可以看出，容積越大的儲(chǔ)罐其浮頂傳熱系數(shù)越小，并且隨著溫降過程的進(jìn)行，浮頂傳熱系數(shù)下降趨勢(shì)越大。

5 結(jié)論

(1)雙盤浮頂罐相比單盤浮頂罐具有更好的保溫效果，在我國(guó)油罐大型化的趨勢(shì)下，雙盤浮頂儲(chǔ)罐具有更廣闊的發(fā)展前景。

(2)雙盤浮頂傳熱系數(shù)隨風(fēng)速增大而增加，隨環(huán)境溫度增加而減小，其中環(huán)境溫度對(duì)于浮頂傳熱系數(shù)的影響尤為明顯。

(3)雙盤浮頂罐罐頂傳熱系數(shù)隨容積的增加而減小，因此發(fā)展大型及超大型儲(chǔ)罐對(duì)于減小儲(chǔ)罐散熱，降低經(jīng)濟(jì)損耗具有積極意義。

［1］侯磊，白宇恒，黃維秋．浮頂罐內(nèi)原油溫降計(jì)算方法研究［J］．科技通報(bào)，2010，26(1):159 －164．

［2］張毅，張有渝，謝兵，等． 大型浮頂原油罐罐壁保溫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工［J］．天然氣與石油，2013，31(1):78 －80．

［3］成慶林，孫巍，邵帥，等． 浮頂儲(chǔ)油罐傳熱系數(shù)的變化規(guī)律及影響因素研究［J］． 節(jié)能技術(shù)，2014，32(2):151 －154．

［4］安少剛，張玉香，惠賢斌，等． 花土溝站浮頂罐儲(chǔ)油溫降時(shí)間規(guī)律計(jì)算機(jī)編程分析［J］．中國(guó)石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2014(6):194 －195．

［5］俞杰． 油罐加熱保溫設(shè)計(jì)思路的改進(jìn)［J］． 內(nèi)將科技，2011(1):127．

［6］黃維和．大型浮頂油罐罐頂保溫設(shè)計(jì)的探討［J］．油氣儲(chǔ)運(yùn)，1984，3(6):7 －15．

［7］王雪坤．30 000 m3油罐浮頂保溫節(jié)能分析［J］． 科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2012(2):55．

［8］郭光臣，董文蘭，張志廉． 油庫(kù)設(shè)計(jì)與管理［M］． 東營(yíng):東營(yíng)出版社，1991．

［9］張文良．單盤式與雙盤式浮頂油罐的合理選用［J］．石油化工設(shè)備技術(shù)，1993，14(1):20 －24．

［10］楊世銘，陶文銓．傳熱學(xué)［M］．北京:高等教育出版社，2006．

［11］孫巍．大型浮頂罐維溫加熱理論模型改進(jìn)及負(fù)荷確定［D］．大慶:東北石油大學(xué)，2014．