市場經濟背景下綏德油庫罐內溫度場模擬研究

摘? 要：油品的儲存過程中，儲油罐內部溫度場對于油品的安全性和經濟性的影響至關重要。依據綏德當地氣溫資料，連續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果的分析，總結影響溫度場變化的主要影響因素。

關鍵詞：油氣空間;罐內油品;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定南街2號。于1969年建成投產，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，以及系統內寧夏大元煉油廠。入庫方式為公路，出庫方式為公路。主要輻射榆林區內加油站85座，配送半徑200公里。

一、實驗部分

（一）基本數據

設施設備情況：油庫庫區占地47333平方米，現有儲油罐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。接卸設施方面：公路收油臺一座，汽柴油各3條卸油管線，公路發油臺一座，汽柴油各3只鶴管。油庫現有消防栓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地七或八月份的氣溫為實驗的氣象條件依據。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，時刻關注普通溫度計的讀數。

3、從環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溫度情況（用加熱方法使室內溫度變化，當室內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）罐內溫度的變化情況。

5、記錄完15時、17時罐內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時罐內溫度的變化情況，即當環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的溫度。

6、匯總實驗所記錄的數據。

（三）實驗數據匯總

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

二、CFD模擬

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

（一）笛卡爾坐標系中三維非穩態導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定各種參數值，即為邊界條件。其包括位置信息和參數信息兩部分內容。

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），參數為溫度。依據實驗和相關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，將環境溫度和時間聯系成的函數關系再以表格的參數形式輸入，便于長時段動態處理。方程表示如下：

（四）對流邊界條件

環境溫度、油品傳熱系數和對流換熱系數均已知，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。

應用到此次計算改變如下：

（五）環境溫度

油品上部為氣體空間，同外界環境溫度一樣，將氣體溫度和時間聯系成的函數關系，再以表格的參數形式輸入。

（六）初始條件：

確定初始溫度，確定使用14時環境溫度，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]為油品導熱系數[wm·?C];[ρy]為油品密度，[kgm3];[cy]為油品比熱容[Jkg·?C]。

（七）模擬結果

模擬結果顯示：油品內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部的發展趨勢。此階段的模擬結果與實驗結果所反映出的油品溫度場的分布情況和變化的規律相一致。此外，罐內油品的平均溫度在該時段一直處于上升狀態，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。

三、結語

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律性問題。

通過研究，得知在連續24小時氣體空間受環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.油田企業原油呼吸損耗測試及計算方法[J].中國設備工程.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損耗的計量。