雙盤式浮頂儲罐罐頂傳熱系數(shù)的計算分析

成慶林，衣 犀，孫 巍，范家偉

(東北石油大學 提高油氣采收率教育部重點實驗室，黑龍江 大慶 163318)

浮頂罐是目前國內(nèi)外常用的大型原油儲罐類型，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)儲罐散熱的最大份額，以往浮頂罐浮頂傳熱系數(shù)計算的研究中主要以單盤為主，對于雙盤浮頂傳熱系數(shù)往往使用經(jīng)驗數(shù)據(jù)進行估算［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，在大型儲罐中逐漸得到了廣泛應用。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)的計算，對于優(yōu)化雙盤浮頂罐的工藝設計，保障儲罐安全經(jīng)濟運行具有重要意義。

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限空間自然對流換熱;②浮頂鋼板的導熱;③浮頂內(nèi)部有限空間的自然對流換熱;④浮頂向周圍介質(zhì)無限空間自然對流換熱和空氣外掠平板的強制對流換熱。

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，降溫過程開始時相差約3．1 W/m2·℃左右，隨著降溫過程進行差異略微減小，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)對比

2 傳熱系數(shù)

實際應用中還應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，鋼板熱阻過小，鋼板的傳熱忽略不計。由此雙盤浮頂罐浮頂傳熱系數(shù)的計算式［8］如下

自罐頂至周圍大氣的外部放熱系數(shù)a2ding應按照空氣外掠平板的強制對流換熱公式計算

對于浮船內(nèi)傳熱系數(shù)的計算，按照有限空間自然對流［9］傳熱計算［10］

3 求解過程

在上述計算中，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tding進行試算，求出a1ding和Kding，再將tding、a1ding和Kding代入上式進行計算，如果兩邊相等，或者滿足

則可以認為假定的tding是合適的。如不能滿足上述條件，則要重新設定tding，再進行上述賦值計算，直到滿足條件為止，以此確定Kding值。

4 實例計算

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，計算參數(shù)取自文獻［11］。

圖3 環(huán)境溫度對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，罐頂傳熱系數(shù)由1． 91 W/m2·℃降至1．693 W/m2·℃?？梢钥闯?，環(huán)境溫度越高，浮頂傳熱系數(shù)越小，并且隨著儲罐降溫過程的進行，環(huán)境溫度越高，浮頂傳熱系數(shù)降低的趨勢越大。

(3)風速

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

(4)儲罐容積

圖4 環(huán)境風速對罐頂傳熱系數(shù)的影響

圖5 儲罐容積對罐頂傳熱系數(shù)的影響

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

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，在我國油罐大型化的趨勢下，雙盤浮頂儲罐具有更廣闊的發(fā)展前景。

(2)雙盤浮頂傳熱系數(shù)隨風速增大而增加，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)展大型及超大型儲罐對于減小儲罐散熱，降低經(jīng)濟損耗具有積極意義。

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