[发明专利]一种大型原油浮顶储罐盘管加热效果评价方法

摘要

本发明涉及的是一种大型原油浮顶储罐盘管加热效果评价方法，其包括：一：以大型原油浮顶储罐为研究对象，建立大气温度、太阳辐射动态变化的传热模型，得到储罐外部边界条件；二：测试储罐内不同温度下原油的密度、导热系数、黏度、比热容的变化规律，通过非线性回归的方法得到原油的变物性模型；三：建立描述浮顶储罐内部原油传热与流动过程的数学模型，采用有限单元法对该模型进行数值求解，得到不同结构加热盘管下罐内原油温度场的分布情况；四：建立储罐盘管加热效果评价指标，从时间和空间的角度对比分析不同结构盘管加热过程升温速率、温度场不均匀程度的变化规律，优选加热盘管结构。本发明能最大限度地保证数值模拟结果与实际工况相吻合。

主权项

1.一种大型原油浮顶储罐盘管加热效果评价方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一：以大型原油浮顶储罐为研究对象，建立大气温度、太阳辐射动态变化的传热模型，得到储罐外部的边界条件；经罐顶单位面积传入的热量Q_roof为：经罐壁单位面积传入的热量Q_wall为：罐底单位面积传入的热量Q_bott为：Q_bott＝K_bott(t_soil‑t_oil)式中，Q_roof，Q_wall，Q_bott分别为罐顶、罐壁、罐底单位面积的传热量，W/m²；Q_sroof，Q_swall分别为罐顶、罐壁吸收的太阳辐射量，W/m²；K_roof，K_wall，K_bott分别为罐顶、罐壁、罐底的传热系数，W/(m²·℃)；α_2roof，α_2wall分别为罐顶、罐壁的对流传热系数，W/(m²·℃)；α_3roof，α_3wall分别为罐顶、罐壁的辐射传热系数，W/(m²·℃)；t_soil为土壤温度，℃；t_en为环境温度，℃；t_oil为油品温度，℃；与阳光照射方向垂直的单位面积罐顶吸收的太阳辐射量q₀按下式计算：式中，I为太阳常数，由实际观测确定I＝1367W/m²；P为大气透明系数，其值为0.7～0.8；θ为太阳正午时的天顶角；σ为与昼长有关的系数，当昼长为8～16小时，其值应为0.346～0.391；m与大气质量有关的系数，ε为储罐浮盘的黑度；任一τ时刻单位面积罐顶、罐壁所受的太阳辐射量为：式中：F′_roof，F′_wall分别为阳光垂直照射罐顶、罐壁平面上的投影面积，m²；F_roof,F_wall分别为罐顶、罐壁的面积，m²；ω为圆频率，rad/h；τ_ini为太阳日出的时刻，h；任一τ时刻的大气温度为：式中，为大气的昼夜平均温度，℃；Δt_en为大气的昼夜最大温差，℃；步骤二：从所述大型原油浮顶储罐内取出原油，运用室内试验仪器进行测试，测试出所述大型原油浮顶储罐内不同温度下原油的密度、导热系数、黏度、比热容的变化规律，并通过非线性回归的方法得到原油的变物性模型；原油密度：ρ_oil＝ρ₂₀[1‑0.00062(t_oil‑20)]式中，ρ_oil为油品密度，kg·m^‑3；ρ₂₀为20℃时油品密度，kg·m^‑3；t_oil为油品温度，℃；原油导热系数：式中，λ_oil为油品的导热系数，W/(m·℃)；原油黏度：μ_oil＝e^(‑28.8+8904.4/(t_oil+273.15))式中，μ_oil为油品动力黏度，Pa·s；原油比热容：式中，c_oil为油品比热容，J·(kg·℃)^‑1；步骤三：在得到大型原油浮顶储罐外部边界条件以及原油物性模型的基础上，建立描述浮顶储罐内部原油传热与流动过程的数学模型，并采用有限单元法对该模型进行数值求解，得到不同结构加热盘管下罐内原油温度场的分布情况；不同结构加热盘管分别为竖排结构、立体结构、蛇形结构；步骤四：根据大型原油浮顶储罐内原油温度场的分布情况，建立大型原油浮顶储罐盘管加热效果评价指标，从时间和空间的角度对比分析不同结构盘管加热过程升温速率、温度场不均匀程度的变化规律，根据相关结果，优选加热盘管结构。