大型油罐保溫設(shè)計

柴志宏

［廣廈（舟山）能源集團(tuán)有限公司，浙江舟山 316000］

在石油儲運(yùn)行業(yè)，一般將5×10 000m3及以上的浮頂儲罐和1×10 000m3及以上的固定頂儲罐稱為大型儲罐。大型儲罐通常使用立式圓筒形金屬儲罐，立式圓筒形儲罐主要包括浮頂儲罐、固定頂儲罐、內(nèi)浮頂儲罐。浮頂儲罐一般用于儲存原油和燃料油，固定頂儲罐一般用于儲存揮發(fā)性較小的介質(zhì)，內(nèi)浮頂儲罐一般用于儲存揮發(fā)性較大且品質(zhì)要求較高的介質(zhì)。我國于2006年完成了國內(nèi)首座15×10 000m3儲罐建設(shè)，并儲備了20×10 000m3及以上儲罐設(shè)計技術(shù)。

大型儲罐的保溫需求由當(dāng)?shù)厮鶅Υ娴挠推愤\(yùn)動黏度和外界溫度所決定。當(dāng)外界溫度降低，且運(yùn)動黏度較大，油品就會失去流動性，使油品輸送難以進(jìn)行或輸送流量大幅降低。解決這一問題的方法是對儲存油品進(jìn)行加熱，需要往儲罐內(nèi)的加熱器連續(xù)通入蒸汽，消耗大量的能源。通常當(dāng)?shù)丨h(huán)境溫度在儲存油品凝固點(diǎn)以下或冰點(diǎn)以下的儲罐，都需要加熱，我國長江以南地區(qū)的重質(zhì)原油和重質(zhì)燃料油儲罐因?yàn)橛推愤\(yùn)動黏度較大，也需要加熱。為節(jié)約能源消耗，最為有效的辦法是對大型儲罐進(jìn)行保溫，也是最重要的節(jié)能措施之一，以維持油品在一定時間內(nèi)的可流動性。

1 保溫計算

大型儲罐保溫計算的主要內(nèi)容是根據(jù)設(shè)備外表面溫度（即介質(zhì)溫度）、保溫層外表面溫度確定保溫層厚度、散熱量等。詳見圖1。

圖1 大型浮頂油罐保溫示意

熱介質(zhì)從儲罐通過保溫層結(jié)構(gòu)表面散熱是非穩(wěn)定傳熱過程，為簡化計算，按穩(wěn)定傳熱計算，對一般工程，精度足可滿足生產(chǎn)過程和節(jié)能的要求。

大型儲罐的直徑通常在30~100m，室外布置，計算時可以按平面計算。經(jīng)大量核算，按圓桶面和按平面計算，其結(jié)果基本一致。

2 散熱損失的計算

式中：q為單位表面積熱損失量，W/m2；t為設(shè)備外表面溫度，K；ts為保溫層外表面溫度，K；ta為年平均溫度，K；δ為保溫層厚度，m；а為保溫層外表面向大氣的放熱系數(shù)，W/（m2·K）；λ為保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)，W/（m·K）；

2.1 單位表面積熱損失量q

大型儲罐散熱損失的計算采用熱平衡法計算保溫層厚度，同時允許熱損失量應(yīng)取GB 4272《設(shè)備及管道保溫技術(shù)通則》規(guī)定的允許最大散熱損失值（q）的0.8~0.9倍，允許最大散熱損失值（q）的詳見表1。重質(zhì)原油和重質(zhì)燃料油的輸送溫度通常在40~60℃，故大型儲罐散熱允許熱損失值（q）應(yīng)小于46.4W/m2。

表1 常年運(yùn)行工況允許最大散熱損失

2.2 保溫層外表面向大氣的放熱系數(shù)а

根據(jù)GB 50264—2013《工業(yè)設(shè)備及管道絕熱工程設(shè)計規(guī)范》中規(guī)定，在用熱平衡法進(jìn)行厚度計算時，室外放熱系數(shù)(а)應(yīng)按下列公式進(jìn)行計算：

當(dāng)WD小于或等于0.8m2/s 時а=0.08D+4.2W0.618/D0.382

當(dāng)WD大于0.8m2/s時а=4.53W0.805/D0.195

D為保溫層外徑

W為年平均風(fēng)速（m/s）

2.3 保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)λ

大型儲罐保溫材料的選擇一般采用巖棉和復(fù)合硅酸鹽材料。通常巖棉和復(fù)合硅酸鹽材料在大型儲罐保溫時的導(dǎo)熱系數(shù)基本不變，分別為0.044W/（m·K）和0.058W/（m ·K）。

保溫計算

根據(jù)平面保溫層的散熱損失公式，得

以我國南方一海島某大型儲罐為例，儲罐容積為10×10 000m3，直徑80m，罐內(nèi)油品為380號燃料油，進(jìn)油溫度和發(fā)油溫度均為50℃，保溫層外表面溫度20℃，保溫層材料采用復(fù)合硅酸鹽。該地區(qū)年平均氣溫16.8℃，年平均風(fēng)速5m/s。因此：

q=a(ts-ta）得q=22.50W/m2，且小于允許熱損失值的0.8倍。

因此，該儲罐保溫層厚度取80mm即可。

3 保溫結(jié)構(gòu)材料

保溫結(jié)構(gòu)由保溫層、保溫支持圈、保護(hù)層、固定筋、困扎帶、自攻螺絲、抽芯鉚釘?shù)冉M成。詳見圖2。

圖2 油罐罐壁保溫結(jié)構(gòu)示意圖

3.1 保溫材料

保溫層的厚度和保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)是影響保溫效果的重要因素，保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)與其他物性不同，它不是獨(dú)立存在的物性。它與材料的密度和含水率密切相關(guān)；與熱量傳遞時的條件如溫度范圍和溫差大小密切相關(guān)；還與材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)有關(guān)。因此，保溫材料及其制品應(yīng)具有產(chǎn)品質(zhì)量證明書和出廠合格證，有明確的導(dǎo)熱系數(shù)方程或?qū)嵯禂?shù)表；保溫材料不允許露天堆放，要求存放處于干燥通風(fēng)，嚴(yán)禁保溫材料受潮，已受潮的必須進(jìn)行干燥處理，經(jīng)鑒定合格后方可使用，當(dāng)經(jīng)過處理后仍不能恢復(fù)合格性能時，則不得使用。

目前，大型油罐的保溫材料一般使用巖棉和硅酸鹽材料的制品為多，禁止使用含有石棉的保溫材料。

3.2 金屬構(gòu)件

保溫支持圈、豎向固定筋等金屬構(gòu)件可以采用Q235B。保護(hù)層可以選用0.6mm厚的瓦楞彩鋼板（壓型板，GB/T 3880）或鋁板。

3.3 保溫材料表

保溫材料見表2。

表2 保溫材料表

4 結(jié)構(gòu)設(shè)計

儲罐保溫結(jié)構(gòu)設(shè)計按照不同的位置分為：儲罐底部罐壁保溫設(shè)計（Ⅰ）、罐壁保溫設(shè)計（Ⅱ）、儲罐加強(qiáng)圈處保溫設(shè)計（Ⅲ）和儲罐抗風(fēng)圈處保溫設(shè)計（Ⅳ）四部分，詳見圖3所示。

圖3 保溫結(jié)構(gòu)設(shè)計圖

4.1 儲罐底部罐壁保溫設(shè)計

儲罐底部保溫設(shè)計如圖4所示。

圖4 儲罐底部保溫設(shè)計

4.2 罐體保溫設(shè)計

罐體保溫設(shè)計如圖5所示。

圖5 罐體保溫設(shè)計

4.3 儲罐加強(qiáng)圈處保溫設(shè)計

儲罐加強(qiáng)圈處保溫設(shè)計如圖6所示。

圖6 儲罐加強(qiáng)圈處保溫設(shè)計

4.4 儲罐抗風(fēng)圈處保溫設(shè)計

儲罐抗風(fēng)圈處保溫設(shè)計如圖7所示。

圖7 儲罐抗風(fēng)圈處保溫設(shè)計

5 結(jié)束語

我國大力推動能源生產(chǎn)和消費(fèi)革命，控制能源消費(fèi)總量，加強(qiáng)節(jié)能降耗，支持節(jié)能低碳產(chǎn)業(yè)和新能源、可再生能源發(fā)展，確保國家能源安全。通過對大型儲罐的保溫處理，儲罐表面熱損失量可以減少90%以上，將極大降低了儲罐加熱能耗,節(jié)能效果明顯。