【摘要】：隨著國(guó)內(nèi)大量原油儲(chǔ)備庫(kù)的建設(shè),油庫(kù)運(yùn)行管理也受到嚴(yán)重的挑戰(zhàn),尤其是寒冷地區(qū)冬季低溫環(huán)境下原油儲(chǔ)存問題更加引起重視。對(duì)于寒冷地區(qū)冬季低溫環(huán)境下,由于儲(chǔ)罐周圍環(huán)境溫度低于罐內(nèi)原油的凝點(diǎn),若不對(duì)其進(jìn)行加熱,罐內(nèi)原油將會(huì)發(fā)生凝固,嚴(yán)重影響儲(chǔ)罐的安全運(yùn)行。為了避免盲目加熱,需要對(duì)不同加熱方式下罐內(nèi)原油的溫度變化規(guī)律進(jìn)行研究,為實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行管理提供理論指導(dǎo)和支持。本文以大慶地區(qū)某油庫(kù)中浮頂油罐為研究對(duì)象,建立了原油儲(chǔ)罐在管式加熱、收發(fā)油及熱油循環(huán)加熱方式下的物理和數(shù)學(xué)模型,提出基于有限體積法的數(shù)值離散方法,模擬冬季低溫環(huán)境下浮頂油罐的加熱過程。通過模擬儲(chǔ)罐在不同加熱方式下罐內(nèi)原油的流場(chǎng)及溫度場(chǎng)分布情況,分析罐內(nèi)原油的流動(dòng)及傳熱特性,并建立了熱能利用率、儲(chǔ)罐散熱功率及溫升速率等評(píng)價(jià)指標(biāo),對(duì)不同加熱方式下儲(chǔ)罐內(nèi)原油的傳熱進(jìn)行評(píng)價(jià)分析。對(duì)管式加熱方式進(jìn)行研究得到,罐內(nèi)原油加熱順序依次為加熱管周圍、罐壁附近、罐頂附近及油罐中心區(qū)域;罐內(nèi)原油會(huì)形成漩渦流,由不同數(shù)量、不同方向、不同大小的漩渦組成;罐壁附近存在40mm的熱邊界層,罐頂下方會(huì)形成80mm或者120mm的熱邊界層,且邊界層厚度不隨加熱過程的進(jìn)行發(fā)生變化。對(duì)收發(fā)油方式進(jìn)行研究得到,收發(fā)油過程具有熱浮力射流特性,沿著射流軌跡及射流與罐頂碰撞位置附近冷油先被加熱,徑向油溫變化較均勻,軸向油溫呈現(xiàn)分層分布。對(duì)熱油循環(huán)加熱方式進(jìn)行分析得到,射流軌跡及罐頂附近的原油溫度最先升溫,然后從上而下對(duì)罐壁及罐頂以下原油進(jìn)行加熱,最后整個(gè)罐內(nèi)原油溫度趨于均勻。在熱油循環(huán)加熱過程中,罐內(nèi)原油在射流軌跡左側(cè)罐壁附近、射流軌跡右側(cè)儲(chǔ)罐中心區(qū)域各形成一個(gè)低溫區(qū)域,其大小會(huì)隨著射流流速、射流溫度及儲(chǔ)油液位的不同而發(fā)生變化,且隨著加熱過程的進(jìn)行,低溫區(qū)域逐漸減小直至消失。
[Abstract]:With the construction of a large number of crude oil reserves in China, the operation and management of oil depots have also been seriously challenged, especially in cold regions, where the storage problem of crude oil is paid more attention to in the low temperature environment in winter. Because the ambient temperature of the tank is lower than the freezing point of the crude oil in the cold region in winter, if it is not heated, the crude oil in the tank will solidify, which will seriously affect the safe operation of the tank. In order to avoid blind heating, it is necessary to study the temperature variation law of crude oil in the tank under different heating modes, and to provide theoretical guidance and support for actual production and operation management. In this paper, the physical and mathematical models of a floating roof oil tank in Daqing oil depot under pipe heating, receiving and sending oil and hot oil cycle heating are established, and a numerical discretization method based on finite volume method is proposed. The heating process of floating roof oil tank in low temperature environment in winter was simulated. By simulating the flow field and temperature distribution of the crude oil in the tank under different heating modes, the flow and heat transfer characteristics of the crude oil in the tank are analyzed, and the evaluation indexes such as thermal energy utilization rate, heat dissipation power and temperature rise rate are established. The heat transfer of crude oil in different heating modes was evaluated and analyzed. The results show that the order of crude oil heating in the tank is the heating pipe, the tank wall, the top of the tank and the central area of the tank. The crude oil in the tank will form a whirlpool, which is composed of different quantities, different directions and different sizes of swirls. There is a thermal boundary layer of 40mm near the wall of the tank. The thermal boundary layer of 80mm or 120mm will be formed under the top of the tank, and the thickness of the boundary layer does not change with the heating process. It is found that the oil receiving and sending process has the characteristics of thermal buoyant jet. The cold oil is heated first along the jet trajectory and near the collision position between the jet and the top of the tank. The radial oil temperature changes uniformly and the axial oil temperature presents a stratified distribution. By analyzing the heating mode of hot oil cycle, it is found that the jet path and the crude oil temperature near the top of the tank are heated first, and then the crude oil from the top to the bottom is heated, and the crude oil temperature in the whole tank tends to be uniform. In the heating process of hot oil cycle, the crude oil in the tank is located near the left wall of the jet trajectory, and the central region of the tank on the right side of the jet trajectory forms a low temperature region, and the size of the crude oil in the tank will vary with the flow velocity of the jet. The temperature of jet and the level of oil storage changed, and with the heating process, the low temperature region gradually decreased and disappeared.
【學(xué)位授予單位】：東北石油大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TE972

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本文編號(hào)：2297467