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Qroof为:
经罐壁单位面积传入的热量Qwall为:
罐底单位面积传入的热量Qbott为:
Qbott=Kbott(tsoil-toil)
式中,Qroof,Qwall,Qbott分别为罐顶、罐壁、罐底单位面积的传热量,W/m2;Qsroof,Qswall分别为罐顶、罐壁吸收的太阳辐射量,W/m2;Kroof,Kwall,Kbott分别为罐顶、罐壁、罐底的传热系数,W/(m2·℃);α2roof,α2wall分别为罐顶、罐壁的对流传热系数,W/(m2·℃);α3roof,α3wall分别为罐顶、罐壁的辐射传热系数,W/(m2·℃);tsoil为土壤温度,℃;ten为环境温度,℃;toil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;Froof,Fwall分别为罐顶、罐壁的面积,m2;ω为圆频率,rad/h;τini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,℃;Δten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:
ρoil=ρ20[1-0.00062(toil-20)]式中,ρoil为油品密度,kg·m-3;ρ20为20℃时油品密度,kg·m-3;toil为油品温度,℃;
原油导热系数:
式中,λoil为油品的导热系数,W/(m·℃);
原油黏度:
μoil=e^(-28.8+8904.4/(toil+273.15))式中,μoil为油品动力黏度,Pa·s;
原油比热容:
式中,coil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。
2.根据权利要求1所述的大型原油浮顶储罐盘管加热效果评价方法,其特征在于:在步骤二得到的所述原油变物性参数的基础上,通过建立相应的控制方程来描述原油的传热与流动过程,其中,质量守恒方程和动量方程来描述罐内原油自然对流过程,能量守恒方程来描述原油间传热过程;
质量守恒方程:
式中,x、y分别为储罐横、纵坐标,m;u、v分别为油品的横向、纵向速度,m/s;τ为加热时间,s;
动量守恒方程:
式中:P为油品流体静压力,Pa;g为油品重力加速度,m/s2;
能量守恒方程:
基于压力求解的模式采用有限单元法求解,求解区域内的物性参数,物性参数包括原油、大气、土壤,其中原油的密度、黏度、导热系数、比热容采用的是变物性参数,求解压力-速度耦合时采用的是计算非稳态传热过程的PISO算法,对流项采用改进的QUICK格式,改进离散方程的截差;根据以上数值模拟方法求得在盘管加热面积以及热流量一定的情况下,不同结构盘管加热过程中罐内原油温度场的分布规律。
3.根据权利要求2所述的大型原油浮顶储罐盘管加热效果评价方法,其特征在于:所述的步骤四中:升温速率:
式中,taver为加热一段时间后罐内油品的平均温度,℃;t0为罐内油品加热前的初始温度,℃;τaver为将罐内油品平均温度加热到taver时所需的时间,d;τ0为罐内油品加热前的初始时间,d;
将任一时刻内,储罐空间内各点温度的离散程度定义为温度场不均匀程度,反映的是罐内油品温度随空间分布的指标,温度场不均匀程度:
式中:tcen为储罐内油品中心的温度,℃;tf,tb分别为罐顶、罐底油品的温度,℃;twl,twr分别为储罐左、右两侧罐壁油品的温度,℃。