单盘浮顶罐内含蜡原油静态储存过程中的传热规律研究

针对单盘式浮顶罐内含蜡原油在静态储存中的冷却胶凝过程,建立了表征该传热过程的数学模型和物理模型,基于有限体积法利用fluent软件对模型进行求解,实现了对原油储罐温降过程的数值模拟。模拟结果表明:单盘浮顶罐内含蜡原油在静态储存过程中,罐顶由于换热最快,换热强度高,温度最先降低,油的密度也随之增大,在重力和自然对流的作用下,冷油沿着储罐慢慢堆积、凝结,导致整个储罐在罐壁与罐底夹角处最先产生凝油,此夹角处也将是未来储罐管理过程中应该最为关注的地方,同时对该过程中原油的温度场、速度场变化进行了详细阐述,并深入分析了原油冷却胶凝的规律和内在机理,明确了单盘式储罐的降温规律。     

浮顶罐内含蜡原油静态储存中的冷却胶凝规律

将失流点以下的含蜡原油看作是多孔介质体系,以附加比热容法描述蜡的结晶潜热,动量源项方法表征蜡晶网络结构对液态原油的流动阻力,基于有限体积法数值模拟含蜡原油的冷却胶凝过程。结果表明:传热机制和边界条件主导了凝油结构的演变进程。在自然对流作用下,凝油最先在罐底和罐壁所包围的区域内产生,且其始终是罐内胶凝最严重区域。罐顶最先形成完整的凝油层,其发展先后经历了慢速增长和快速增长两个阶段,且其凝油层厚度逐渐趋于均匀分布;其次是罐底,其发展过程与罐顶相反;最后是罐壁,其凝油层的演变具有从罐底沿罐壁向罐顶推进的特点。罐内对流越强,罐顶凝油层的增长速率越缓慢,罐底凝油层的增长速率越快。基于温度场及凝油结构的演变规律,可以将含蜡原油的冷却过程分为3个阶段,即自然对流占主导的第1阶段,导热逐步取代自然对流的第2阶段,及以导热为主导机制、边界条件调控下的第3阶段,同时给出了不同阶段原油温度分布和散热损失规律的细节。     

浮顶罐内含蜡原油静态储存中的冷却胶凝规律

将失流点以下的含蜡原油看作是多孔介质体系,以附加比热容法描述蜡的结晶潜热,动量源项方法表征蜡晶网络结构对液态原油的流动阻力,基于有限体积法数值模拟含蜡原油的冷却胶凝过程。结果表明：传热机制和边界条件主导了凝油结构的演变进程。在自然对流作用下,凝油最先在罐底和罐壁所包围的区域内产生,且其始终是罐内胶凝最严重区域。罐顶最先形成完整的凝油层,其发展先后经历了慢速增长和快速增长两个阶段,且其凝油层厚度逐渐趋于均匀分布;其次是罐底,其发展过程与罐顶相反;最后是罐壁,其凝油层的演变具有从罐底沿罐壁向罐顶推进的特点。罐内对流越强,罐顶凝油层的增长速率越缓慢,罐底凝油层的增长速率越快。基于温度场及凝油结构的演变规律,可以将含蜡原油的冷却过程分为3个阶段,即自然对流占主导的第1阶段,导热逐步取代自然对流的第2阶段,及以导热为主导机制、边界条件调控下的第3阶段,同时给出了不同阶段原油温度分布和散热损失规律的细节。     

2×10~4m~3浮顶罐内原油温度变化规律研究

建立浮顶罐静止储存状态下的物理及数学模型,采用有限容积法,对不同工况下罐内原油的流动及传热过程进行数值模拟,分析储油液位、环境温度及初始油温对罐内原油温度分布的影响规律。结果表明:罐顶最先形成凝油层,罐壁次之,罐底最慢且随温降进行凝油层生成速率降低;当环境温度及初始油温较高时,可以适当延长储罐安全储存时间。     

含蜡原油静储降温过程热流特性的研究进展

油罐在实际运行中,罐内原油极易在罐顶、罐壁和罐底所包围的内沿形成一定厚度和强度的凝油层,严重时还可能发生凝罐等生产事故。因此,为确保储罐安全运行,必须实时掌握罐内原油的传热与流动规律。综述了国内外储罐原油降温过程传热与流动特性的实验、理论、数值模拟研究进展,总结了当前研究中存在的主要问题,为原油储备企业安全运行提供了理论支持。     

周期性边界条件对浮顶储罐原油传热过程的影响规律

随着石油储备需求的增加,油罐规模正向大型化以及能适应极限工况的方向发展。准确掌握罐内油品温度场的变化规律,对于保障油库安全经济运行具有重要意义。针对太阳辐射、大气温度等储罐环境的周期性变化条件,运用传热学相关理论,建立了大型双盘浮顶储罐非稳态传热过程的理论模型,通过对模型区域进行离散化得到边界节点的向前差分方程,在确定罐内原油物性参数、储罐传热系数以及边界热通量的基础上,研究得出储罐原油温度场的数值模拟方法。对大庆某10×10~4 m~3浮顶储罐的应用分析表明,罐顶温降速率随着太阳辐射强度以及大气温度的降低而增大;罐壁温降速率受太阳辐射影响较小,随大气温度的降低而增大;罐底近似于绝热,温降速率受外界环境影响较小,研究结果可为优化大型浮顶罐的储存工艺设计及生产管理提供一定的理论支持。     

周期性边界条件对浮顶储罐原油传热过程的影响规律

随着石油储备需求的增加,油罐规模正向大型化以及能适应极限工况的方向发展。准确掌握罐内油品温度场的变化规律,对于保障油库安全经济运行具有重要意义。针对太阳辐射、大气温度等储罐环境的周期性变化条件,运用传热学相关理论,建立了大型双盘浮顶储罐非稳态传热过程的理论模型,通过对模型区域进行离散化得到边界节点的向前差分方程,在确定罐内原油物性参数、储罐传热系数以及边界热通量的基础上,研究得出储罐原油温度场的数值模拟方法。对大庆某10×10⁴ m³浮顶储罐的应用分析表明,罐顶温降速率随着太阳辐射强度以及大气温度的降低而增大;罐壁温降速率受太阳辐射影响较小,随大气温度的降低而增大;罐底近似于绝热,温降速率受外界环境影响较小,研究结果可为优化大型浮顶罐的储存工艺设计及生产管理提供一定的理论支持。     

大型油库罐内温度瞬态动变规律

大型油库在常规储运过程中,如果原油温度过低会导致发油的难度加大因而影响油库企业正常运转。本文建立了大型原油罐温度瞬态动变规律数学模型。通过编程求解,数值模拟出某大型原油储罐温度场随时间的变化规律,主要指：在时间上,罐内油温在初始时间温降严重,尔后逐步减小;在空间上,横向方向罐内油温由中心向罐壁降低但变化率不大,而纵向方向越靠近罐底温降越迅速。该研究成果为油库现场管理和安全生产提供了指导性。     

储罐内可燃气云爆炸压力数值模拟对比分析研究

以立式拱顶储罐为研究对象,针对其内部可燃气云爆炸问题,分别采用TNT当量法和计算流体动力学(CFD)方法建立了二维简化模型,对其内部爆炸流场进行了数值模拟研究。通过对比两种方法获得的罐内测点位置超压时程曲线,罐内超压、速度云图,研究了储罐内部的动态压力变化和罐壁压力分布规律。研究表明:两种方法计算的峰值压力在靠近罐壁和罐顶中心处较接近;在储罐顶壁连接处相差约30%。由于CFD方法考虑了可燃气云化学反应速率、温度等因素,其升压速度和压力波动规律相较于TNT当量法更平缓,能更合理地对储罐内部可燃气云爆炸压力场进行描述。     

LNG储罐泄漏过程外罐壁传热特性研究

以某全容式LNG储罐为研究对象,建立了二维非稳态LNG储罐泄漏传热模型,采用有限元法研究了储罐泄漏过程外罐壁的传热特性,分析了泄漏过程温度沿外罐壁厚度和高度方向的变化情况。结果表明:外罐壁温度场分布受其厚度和高度影响,其传热特性有所不同。沿厚度方向其温度场呈线性分布,且最大温度梯度为10.2 K/m(泄漏100 h);沿高度方向其温度场呈分区分布,2.65～14.65 m区域温升较快,最大增幅为6.514K/m,而14.65～26.65 m区域温升呈线性变化,最大增幅为4.376 K/m;泄漏时间为420 h LNG储罐传热达到稳态。     

液化天然气储罐预冷过程温度场数值模拟

建立了液化天然气(LNG)储罐喷淋预冷过程的流动传热与传质模型,对储罐内热物理场和储罐壁面温度的变化进行探讨。分析表明,喷淋进入储罐的LNG液滴并不能完全覆盖整个储罐,液滴进入储罐后,速度迅速衰减并转成垂直下落,同时液滴不断吸热汽化。预冷过程中,LNG的喷淋速度决定了储罐的冷却速度,温降最快的位置出现在储罐底部的中心区域,侧壁温降速度较慢。由于储罐的底部中心区域出现二次流动,阻碍了储罐底壁与内部低温气体的换热,同时由于混凝土对容器的导热,造成容器底部中心区域的温度不减反增的现象。     

基于宽相变分区的含蜡原油三管伴热系统停输传热特性分析

采用含蜡原油宽相界面法,建立了大气、土壤、伴热介质及管道原油多场耦合作用下的埋地三管伴热系统停输二维非稳态传热模型,根据主管道内原油相态变化特点,分区开展原油相变传热描述.利用有限容积法开展三管伴热系统下原油相变传热数值模拟,研究了伴热工况下原油及伴热介质平均温降规律、原油温度场变化规律及凝油层演化过程,进一步分析了有无伴热工况对安全停输时间的影响.     

Ra数对停输管道中心点原油温度影响研究

热油管道停输后,不均匀的温度场会使原油产生自然对流,Ra数是描述自然对流传热强弱的无量纲量,分析Ra数对管道中心点原油温度的影响,对确定管道安全允许停输时间有着重要的意义.考虑了原油的自然对流,采用分区法建立了基于焓法的格子Boltzmann双分布函数模型,编程计算分析了Ra数对热油管道截面温度场与管道中心点温度的影响.结果表明:随着Ra数的增大,增强的自然对流会扰动原油温度场,从而扰动管道中心点原油温度,使得原油换热第一、二阶段的管道中心点温降速率显著加快,温降曲线由线性下降过渡为非线性下降,表现出对流换热的特性,而原油换热第三阶段的温降速率受Ra数影响较小.     

水下储罐保温特性数值模拟

为实现海上边际小油气田的安全经济开发,提出水下储罐储油的集输生产方式,对4种水下储罐储油工况下的油水温度进行CFD数值模拟,论证了水下储罐储油在保温方面的可行性。结果表明:原油在水下储罐中的导热过程分为3种,对应3种不同的外层和内圈的温降特点,且这3种过程交替进行;水下储罐内部油水空间的温度分布呈现轴对称特性,且油水界面温度变化最大、原油上层温度变化最小,原油空间4个角上温度变化相对更明显;原油存储时间越长,外层低温原油与内圈高温原油间的过渡温度层愈发明显;原油进罐温度越高、储油空间越大,凝油层厚度就会越小,未受导热影响的恒温油品区域越大;在规范规定的卸油周期内,水下储罐储油的技术方案单从保温方面而言具有可行性。     

大型储油罐温降过程的研究进展

大型储油罐内原油的液位静止后的降温过程是一个伴随着导热、自然对流、太阳热辐射、相变以及移动边界的不稳定传热的过程,目前大型储油罐降温过程的研究方法主要采用试验测试和数值计算法。针对储油罐内部的原油导热和储油罐与外部环境传热等方面,对大型储油罐温降过程的研究现状迚行了分析,指出在计算大型储油罐的温降时需要处理好罐内原油的自然对流以及其具有移动边界的析蜡相变传热等问题,才能对大型储油罐的静液位降温过程迚行正确的研究。     

1000 m3立式圆筒形ECSB储罐绝热计算设计

ECSB储罐是有机废水高效厌氧处理技术的核心工作站,储罐的绝热是罐内的厌氧菌在一定温度下维持高活性的重要保障。设计以传热学为基础,通过对储罐筒体、罐顶和罐底的传热分别进行分析,提出一种ECSB储罐总散热量的计算方法。筒体采用工程上最大允许热损失量为基准算法,进行绝热量计算。罐顶通过废水至混合气体空间、混合气体空间、罐顶和罐顶外部热辐射的散热量计算。罐底通过废水至罐底的内部空间、罐底积垢、基础的散热量计算,将计算得出ECSB储罐总散热量,和储罐内厌氧菌维持高活性允许温降范围的散热量进行对比,得出ECSB储罐采用筒体绝热保温材料覆盖,罐顶不保温,既满足工艺要求,又节约保温材料的投资。     

大型原油浮顶储罐蒸汽盘管加热过程数值模拟

大型浮顶储罐原油加热温度场的准确预测,是实现油罐安全经济输送的重要保障。文章首先分析了原油储罐传热的途径以及主要特点,然后建立了大型原油储罐蒸汽盘管加热理论模型,并开发运用Visual Basic语言计算罐内原油加热过程温度场的试算法程序,由此得到罐内原油温度场的变化规律及影响因素,最后通过计算原油储罐加热过程中蒸汽盘管放出的热量以及被加热油品所吸收的热量,确定加热过程的能量有效利用率,研究分析外界环境温度等工况变化对有效利用率的影响,可为科学制定储罐加热运行方案提供技术依据。     

全容式LNG储罐传热分析与数值计算

LNG储罐储存介质与环境温度存在较大温差,保冷和罐体结构复杂。以全容式LNG储罐为例分析储罐各部分的传热计算方法,建立了储罐罐体的二维和三维稳态温度场数值计算模型,计算得到罐壁、罐底及各连接部位的温度场分布图,并进行了分析。研究结果对LNG储罐的结构设计具有参考价值。     

基于数值计算方法的储罐内爆辐射区域影响研究

以5 000m~3立式拱顶储罐为研究对象,建立了储罐内外流场三维有限元模型,在考虑储罐壁面传热的前提下,采用组分概率密度运输燃烧模型对储罐内爆过程进行数值模拟分析,计算不同工况内爆载荷作用下的辐射半径。结果表明:空罐中心起爆时,爆炸压力波辐射距离为55m,相比靠近罐壁一侧起爆时的辐射距离减少10%;爆炸压力波辐射距离随液位的升高逐渐缩短,满灌、半罐液位相比空罐爆炸压力波辐射距离依次缩短37%、17%;在空罐中心起爆时,正向爆炸压力波传播距离相比侧向辐射的更远、更危险,辐射传播距离增加20%。     

盘管组倾角对浮顶油罐内含蜡原油融化过程的影响研究

利用盘管组来加热融化浮顶油罐内含蜡原油是油罐加热融化的主要方式之一。而优化盘管组的布置方式对提高罐内含蜡原油的融化效率、降低生产成本具有重要的意义。基于此,在考虑含蜡原油融化过程中形态和流变性变化的基础上,建立了盘管组加热的浮顶油罐内含蜡原油湍流融化物理数学模型。考虑到罐顶空气层、钢板层、保温层的规则性以及罐内含蜡原油区域的非规则性,利用浸入边界法在结构化网格上处理罐内含蜡原油与盘管组之间的耦合问题。利用文献结果对模型进行验证。以实际1000 m³浮顶油罐为例,对罐内含蜡原油的融化规律进行研究,并对倾角对融化过程的影响进行分析。