摘? 要：油品的儲(chǔ)存過程中，儲(chǔ)油罐內(nèi)部溫度場(chǎng)對(duì)于油品的安全性和經(jīng)濟(jì)性的影響至關(guān)重要。依據(jù)綏德當(dāng)?shù)貧鉁刭Y料，連續(xù)測(cè)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(shí)段的溫度場(chǎng)分布圖。通過對(duì)實(shí)驗(yàn)和模擬結(jié)果的分析，總結(jié)影響溫度場(chǎng)變化的主要影響因素。

關(guān)鍵詞：油氣空間;罐內(nèi)油品;溫度場(chǎng);模擬研究

基金項(xiàng)目：陜西省教育廳項(xiàng)目（No.17JK0903）;陜西省科技廳項(xiàng)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(zhèn)定南街2號(hào)。于1969年建成投產(chǎn)，最近一次改造是2002年8月。系4級(jí)油庫，二次分銷庫，資源主要來自延長(zhǎng)集團(tuán)永坪煉油廠、靖邊煉油廠、交口河煉油廠，以及系統(tǒng)內(nèi)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(qū)內(nèi)加油站85座，配送半徑200公里。

一、實(shí)驗(yàn)部分

（一）基本數(shù)據(jù)

設(shè)施設(shè)備情況：油庫庫區(qū)占地47333平方米，現(xiàn)有儲(chǔ)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(hào)、97號(hào)汽油，+5號(hào)、0號(hào)、-10號(hào)、-20號(hào)、-35號(hào)柴油等7個(gè)品種。接卸設(shè)施方面：公路收油臺(tái)一座，汽柴油各3條卸油管線，公路發(fā)油臺(tái)一座，汽柴油各3只鶴管。油庫現(xiàn)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(duì)于實(shí)驗(yàn)的影響較大，為了實(shí)驗(yàn)效果更為明顯宜選取當(dāng)?shù)仄呋虬嗽路莸臍鉁貫閷?shí)驗(yàn)的氣象條件依據(jù)。實(shí)驗(yàn)時(shí)需要將實(shí)驗(yàn)油品（本實(shí)驗(yàn)用油為汽油）從油罐下部裝樣口閥門裝入，在液位計(jì)處出現(xiàn)液位，可由此讀出油品的液高。氣體空間測(cè)溫時(shí)所裝油品體積大約為20升，油品高度為90毫米，油品部分測(cè)溫時(shí)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(nèi)溫度場(chǎng)探針共在3個(gè)不同位置裝有熱電阻，分別用以測(cè)量罐內(nèi)不同的3個(gè)位置處的溫度，其編號(hào)分別為1，2，3，4。探針從油罐后上部傳出，再通過導(dǎo)線和多通道溫度巡檢儀相連接。

（二）實(shí)驗(yàn)步驟

1、往油罐中加入油品，至液高為90毫米時(shí)為止。

2、打開加熱裝置和測(cè)溫裝置，時(shí)刻關(guān)注普通溫度計(jì)的讀數(shù)。

3、從環(huán)境溫度達(dá)到氣象資料中溫度最低的6時(shí)開始，通過加熱裝置控制實(shí)驗(yàn)環(huán)境溫度使之達(dá)到與資料中整點(diǎn)時(shí)溫度一致并記錄此時(shí)所測(cè)的罐內(nèi)溫度情況（用加熱方法使室內(nèi)溫度變化，當(dāng)室內(nèi)溫度每達(dá)到一個(gè)整點(diǎn)的溫度時(shí)測(cè)量并記錄此時(shí)模擬油罐內(nèi)的溫度。）

4、依次按2中方法記錄時(shí)間點(diǎn)6時(shí)到17時(shí)（不包含16時(shí)）罐內(nèi)溫度的變化情況。

5、記錄完15時(shí)、17時(shí)罐內(nèi)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(shí)、18時(shí)至5時(shí)罐內(nèi)溫度的變化情況，即當(dāng)環(huán)境溫度下降到以上整點(diǎn)時(shí)間點(diǎn)的溫度時(shí)觀察并記錄此時(shí)罐內(nèi)的溫度。

6、匯總實(shí)驗(yàn)所記錄的數(shù)據(jù)。

（三）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)匯總

根據(jù)實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)得出一天內(nèi)油罐氣體空間溫度和實(shí)驗(yàn)環(huán)境溫度與時(shí)間的關(guān)系如下所示：其中，“位置1”、“位置2”、“位置3”和“位置4”為罐內(nèi)測(cè)溫點(diǎn)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(shí)驗(yàn)罐內(nèi)油品高度為90毫米。

二、CFD模擬

由CD-adapco Group公司開發(fā)的新一代通用計(jì)算流體力學(xué)（CFD）分析軟件。其采用最先進(jìn)的連續(xù)介質(zhì)力學(xué)數(shù)值技術(shù)且可生成網(wǎng)格所需的一系列作業(yè)，相比于原來的四面體網(wǎng)格，在保持相同計(jì)算精度的情況之下，可以實(shí)現(xiàn)計(jì)算性能約3到10倍的提高。

（一）笛卡爾坐標(biāo)系中三維非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)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(duì)計(jì)算域設(shè)定各種參數(shù)值，即為邊界條件。其包括位置信息和參數(shù)信息兩部分內(nèi)容。

此次選取邊界條件位置為油罐對(duì)稱位置面上一點(diǎn)（即底面中心點(diǎn)處），參數(shù)為溫度。依據(jù)實(shí)驗(yàn)和相關(guān)資料分析可知油罐底部溫度變化非常有限，可近似認(rèn)為其溫度不變，原點(diǎn)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(huán)境溫度和時(shí)間聯(lián)系成的函數(shù)關(guān)系再以表格的參數(shù)形式輸入，便于長(zhǎng)時(shí)段動(dòng)態(tài)處理。方程表示如下：

（四）對(duì)流邊界條件

環(huán)境溫度、油品傳熱系數(shù)和對(duì)流換熱系數(shù)均已知，采用第三類邊界條件（即Robin條件），為對(duì)流邊界條件施加在罐體頂部。

應(yīng)用到此次計(jì)算改變?nèi)缦拢?/p>

（五）環(huán)境溫度

油品上部為氣體空間，同外界環(huán)境溫度一樣，將氣體溫度和時(shí)間聯(lián)系成的函數(shù)關(guān)系，再以表格的參數(shù)形式輸入。

（六）初始條件：

確定初始溫度，確定使用14時(shí)環(huán)境溫度，將其定義為[T1]，即：

以上式中，[Ty]為任意時(shí)刻油品的溫度，[?C];[Tf]為環(huán)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(shí)間，[s];[λy]為油品導(dǎo)熱系數(shù)[wm·?C];[ρy]為油品密度，[kgm3];[cy]為油品比熱容[Jkg·?C]。

（七）模擬結(jié)果

模擬結(jié)果顯示：油品內(nèi)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(xiàn)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(shí)間的流逝和環(huán)境溫度的增加這部分溫度變化幅度會(huì)有些許增加，并有逐漸深入油品內(nèi)部的發(fā)展趨勢(shì)。此階段的模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果所反映出的油品溫度場(chǎng)的分布情況和變化的規(guī)律相一致。此外，罐內(nèi)油品的平均溫度在該時(shí)段一直處于上升狀態(tài)，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(nèi)。

三、結(jié)語

本文采用STAR-CCM+軟件模擬獲得油品部分在高溫時(shí)段的溫度場(chǎng)分布圖。通過對(duì)實(shí)驗(yàn)和模擬結(jié)果的分析，探究了氣體空間和油品兩部分溫度場(chǎng)變化的主要影響因素及其規(guī)律性問題。

通過研究，得知在連續(xù)24小時(shí)氣體空間受環(huán)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(zhì)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(xiàn)：

[1]杜紅勇，譚寧，安蓉等.油田企業(yè)原油呼吸損耗測(cè)試及計(jì)算方法[J].中國設(shè)備工程.2008（08）.

作者簡(jiǎn)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(fā)損耗的計(jì)量。