市场经济背景下绥德油库罐内温度场模拟研究

摘  要：油品的储存过程中，储油罐内部温度场对于油品的安全性和经济性的影响至关重要。依据绥德当地气温资料，连续测量模型罐油品的温度变化和分布情况，采用CFD软件模拟获得油品部分在高温时段的温度场分布图。通过对实验和模拟结果的分析，总结影响温度场变化的主要影响因素。

关键词：油气空间;罐内油品;温度场;模拟研究

基金项目：陕西省教育厅项目（No.17JK0903）;陕西省科技厅项目（No.2016KRM062）。

绥德油库隶属于中油陕西销售榆林公司，又称为呜咽泉油库。油库位于陕西省榆林市绥德县镇定南街2号。于1969年建成投产，最近一次改造是2002年8月。系4级油库，二次分销库，资源主要来自延长集团永坪炼油厂、靖边炼油厂、交口河炼油厂，以及系统内宁夏大元炼油厂。入库方式为公路，出库方式为公路。主要辐射榆林区内加油站85座，配送半径200公里。

一、实验部分

（一）基本数据

设施设备情况：油库库区占地47333平方米，现有储油罐88座，总罐容为0.44万方，其中汽油0.12万方，柴油0.32万方，共有93号、97号汽油，+5号、0号、-10号、-20号、-35号柴油等7个品种。接卸设施方面：公路收油台一座，汽柴油各3条卸油管线，公路发油台一座，汽柴油各3只鹤管。油库现有消防栓4座，消防水带15盘，35公斤推车式干粉灭火器17具，8公斤手提式干粉灭火器20具，石棉被14块，消防沙池2座。

考虑到气温对于实验的影响较大，为了实验效果更为明显宜选取当地七或八月份的气温为实验的气象条件依据。实验时需要将实验油品（本实验用油为汽油）从油罐下部装样口阀门装入，在液位计处出现液位，可由此读出油品的液高。气体空间测温时所装油品体积大约为20升，油品高度为90毫米，油品部分测温时所装油品大约为90升，油品高度为390毫米。

多通道温度巡检仪的连接：油罐内温度场探针共在3个不同位置装有热电阻，分别用以测量罐内不同的3个位置处的温度，其编号分别为1，2，3，4。探针从油罐后上部传出，再通过导线和多通道温度巡检仪相连接。

（二）实验步骤

1、往油罐中加入油品，至液高为90毫米时为止。

2、打开加热装置和测温装置，时刻关注普通温度计的读数。

3、从环境温度达到气象资料中温度最低的6时开始，通过加热装置控制实验环境温度使之达到与资料中整点时温度一致并记录此时所测的罐内温度情况（用加热方法使室内温度变化，当室内温度每达到一个整点的温度时测量并记录此时模拟油罐内的温度。）

4、依次按2中方法记录时间点6时到17时（不包含16时）罐内温度的变化情况。

5、记录完15时、17时罐内温度后分别停止加热，通过罐体自然温降的方法依次记录16时、18时至5时罐内温度的变化情况，即当环境温度下降到以上整点时间点的温度时观察并记录此时罐内的温度。

6、汇总实验所记录的数据。

（三）实验数据汇总

根据实验所得数据得出一天内油罐气体空间温度和实验环境温度与时间的关系如下所示：其中，“位置1”、“位置2”、“位置3”和“位置4”为罐内测温点高度从低到高依次为70毫米、130毫米、350毫米、570毫米，此部分实验罐内油品高度为90毫米。

二、CFD模拟

由CD-adapco Group公司开发的新一代通用计算流体力学（CFD）分析软件。其采用最先进的连续介质力学数值技术且可生成网格所需的一系列作业，相比于原来的四面体网格，在保持相同计算精度的情况之下，可以实现计算性能约3到10倍的提高。

（一）笛卡尔坐标系中三维非稳态导热微分方程的一般形式：

（二）边界条件：

使用模拟软件解决问题，为获取所求问题唯一解就需要对计算域设定各种参数值，即为边界条件。其包括位置信息和参数信息两部分内容。

此次选取边界条件位置为油罐对称位置面上一点（即底面中心点处），参数为温度。依据实验和相关资料分析可知油罐底部温度变化非常有限，可近似认为其温度不变，原点处温度不变，沿各方向上温度变化率为零，即：

（三）温度载荷

在管壁处施加温度载荷，将环境温度和时间联系成的函数关系再以表格的参数形式输入，便于长时段动态处理。方程表示如下：

（四）对流边界条件

环境温度、油品传热系数和对流换热系数均已知，采用第三类边界条件（即Robin条件），为对流边界条件施加在罐体顶部。

应用到此次计算改变如下：

（五）环境温度

油品上部为气体空间，同外界环境温度一样，将气体温度和时间联系成的函数关系，再以表格的参数形式输入。

（六）初始条件：

确定初始温度，确定使用14时环境温度，将其定义为[T1]，即：

以上式中，[Ty]为任意时刻油品的温度，[?C];[Tf]为环境温度，[?C];[tm]为周期变化的油品平均温度，[?C];[tn]为周期变化的灌顶平均温度，[?C];[Am]为油品温度波的振幅，[m];[An]为灌顶油品温度波的振幅，[m];[T]为温度波的周期，[s];[τ]为油品存放的时间，[s];[λy]为油品导热系数[wm·?C];[ρy]为油品密度，[kgm3];[cy]为油品比热容[Jkg·?C]。

（七）模拟结果

模拟结果显示：油品内部主体部分的油温基本保持不变，只有油品边壁部分和上表层部分温度有变化，随着深度的增加这种现象逐渐减弱直至消失。油品边缘部分易受条件影响，且随着时间的流逝和环境温度的增加这部分温度变化幅度会有些许增加，并有逐渐深入油品内部的发展趋势。此阶段的模拟结果与实验结果所反映出的油品温度场的分布情况和变化的规律相一致。此外，罐内油品的平均温度在该时段一直处于上升状态，升温速度开始较快，而后渐趋于平缓，但其变化范围在1℃以内。

三、结语

本文采用STAR-CCM+软件模拟获得油品部分在高温时段的温度场分布图。通过对实验和模拟结果的分析，探究了气体空间和油品两部分温度场变化的主要影响因素及其规律性问题。

通过研究，得知在連续24小时气体空间受环境温度和太阳辐射的影响温度变化较大，存在明显的温度梯度;油品部分因外界和其本身性质影响，温度变化主要在于油品表层部分，主体部分温度基本不变。

参考文献：

[1]杜红勇，谭宁，安蓉等.油田企业原油呼吸损耗测试及计算方法[J].中国设备工程.2008（08）.

作者简介：

梁颖（1985-），女，汉族，陕西榆林人，硕士，讲师;研究方向：多相管流及油品蒸发损耗的计量。