孫薇薇，李自力，孫菲菲(1．中油朗威工程項(xiàng)目管理有限公司，河北廊坊065000;2．中國(guó)石油大學(xué)(華東)儲(chǔ)運(yùn)與建筑工程學(xué)院，山東青島266580;．中石油華北油田勘探開(kāi)發(fā)研究院，河北任丘062550)

輕質(zhì)油品儲(chǔ)罐蒸發(fā)損耗規(guī)律的研究

孫薇薇1，2，3，李自力2，3，孫菲菲3
(1．中油朗威工程項(xiàng)目管理有限公司，河北廊坊065000;2．中國(guó)石油大學(xué)(華東)儲(chǔ)運(yùn)與建筑工程學(xué)院，山東青島266580;3．中石油華北油田勘探開(kāi)發(fā)研究院，河北任丘062550)

研究油品蒸發(fā)損耗的規(guī)律，對(duì)于有效地減少油品在儲(chǔ)存和運(yùn)輸過(guò)程中的揮發(fā)，保障油品的質(zhì)量、降低環(huán)境污染以及有效地預(yù)防因油氣擴(kuò)散而引發(fā)的爆炸事故具有重要的意義。利用CFD中VOF模型，采用UDF作為源項(xiàng)進(jìn)行模擬分析，總結(jié)出不同風(fēng)速、風(fēng)向以及罐型條件下，罐內(nèi)油氣擴(kuò)散情況。研究表明，風(fēng)速對(duì)油品揮發(fā)有很大的影響，尤其以垂直于罐壁處的風(fēng)向影響最為顯著。根據(jù)模擬，總結(jié)出油品在不同條件下的蒸發(fā)損耗的規(guī)律，選擇適合石化企業(yè)節(jié)能減排、規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)的措施，可以有效地減少事故的發(fā)生，降低環(huán)境污染。

安全工程;油氣擴(kuò)散;數(shù)值模擬;儲(chǔ)罐;相變

揮發(fā)性有機(jī)化合物(volatile organic compounds，VOCs)是一種常見(jiàn)的污染物［1］。世界衛(wèi)生組織等機(jī)構(gòu)從物理層面將VOCs定義為:在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，熔點(diǎn)低于室溫，沸點(diǎn)低于50～260℃的有機(jī)化合物總稱［2］。

據(jù)國(guó)內(nèi)某地?zé)拸S公司統(tǒng)計(jì)，到2015年底我國(guó)的煉化企業(yè)原油一次加工能力達(dá)到7×109t/a，煉油廠儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)油氣揮發(fā)損耗約占煉廠原油加工能力的0．31%，而每年從煉化企業(yè)儲(chǔ)存系統(tǒng)中進(jìn)入大氣的油氣就有217×104t之多。

國(guó)內(nèi)各大石化企業(yè)油品儲(chǔ)存系統(tǒng)均存在大量的油品儲(chǔ)罐，以某煉廠為例，其儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)包括罐區(qū)、裝卸車區(qū)、油氣回收區(qū)，而其中的罐區(qū)有140多個(gè)各種類型的儲(chǔ)罐，儲(chǔ)存有大量的油品［3］。在油品的儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程中，由于其自身的自然揮發(fā)性而造成的各種損耗是十分嚴(yán)重的。蒸發(fā)損耗是一種選擇性很強(qiáng)的損耗形式，損耗的物質(zhì)主要是油品中較輕的組分［4］。這部分氣體進(jìn)入大氣中，不僅會(huì)造成環(huán)境污染，而且當(dāng)油氣濃度達(dá)到一定量時(shí)，在一定的溫度下，會(huì)造成嚴(yán)重的安全事故。

1 油氣揮發(fā)的安全隱患

早在1980年，我國(guó)曾對(duì)國(guó)內(nèi)11家石油企業(yè)的油品蒸發(fā)進(jìn)行過(guò)測(cè)試。結(jié)果表明，油氣蒸發(fā)損耗量約占原油產(chǎn)量的2%。相關(guān)人員對(duì)此做過(guò)進(jìn)一步研究，結(jié)果顯示，油品儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程所占的損耗率可達(dá)0．04%～0．08%，其中儲(chǔ)罐蒸發(fā)損耗所占比例最大。石油及其產(chǎn)品在儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程中的蒸發(fā)損耗率中，汽油和石腦油的揮發(fā)損耗約占總蒸發(fā)損耗率的50%［5］。

在石油開(kāi)發(fā)、煉制及銷售的儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程中，油品的揮發(fā)排放不僅降低油品質(zhì)量，危害操作人員健康，而且還對(duì)煉油廠、油庫(kù)加油站的安全環(huán)保、節(jié)能及經(jīng)濟(jì)效益帶來(lái)不利影響［6］，具有嚴(yán)重的安全隱患。

以損耗量較大的輕質(zhì)油品汽油為例，汽油屬于甲B類火災(zāi)危險(xiǎn)品，閃點(diǎn)為－50℃。汽油是由多種有機(jī)物構(gòu)成的混合物，主要成分是C4～C12的脂肪烴和環(huán)烴類，同時(shí)含有少量的芳香烴和硫化物，其中芳香烴和不飽和烴的毒性相對(duì)較大［7］。汽油的揮發(fā)性極強(qiáng)，極易達(dá)到引起燃燒爆炸最低限度的蒸氣量，其爆炸極限為1．3%～6．0%［8］。所以，在空氣中只要有很小的點(diǎn)燃能量就會(huì)燃燒。

2005年英國(guó)倫敦邦斯菲爾德油庫(kù)火災(zāi)爆炸事故［9］，燒毀20臺(tái)儲(chǔ)罐，造成43人受傷和高達(dá)8．94億英鎊(相當(dāng)于101億人民幣)的經(jīng)濟(jì)損失，是英國(guó)和歐洲遭遇的一次較大的火災(zāi)事故。據(jù)統(tǒng)計(jì)，1962～2013年期間，國(guó)內(nèi)外共有83起石油儲(chǔ)罐火災(zāi)爆炸事故，其中發(fā)生人員死亡有26起，3人以上死亡有16起，100人以上死亡有2起。事故不僅造成幾百人死亡，而且造成財(cái)產(chǎn)損失、生態(tài)環(huán)境破壞［10］。

成品油的強(qiáng)蒸發(fā)性是產(chǎn)生爆炸的一個(gè)重要因素，特別是對(duì)汽油以及煤油這類輕質(zhì)油品。由于其密度小，所以在其受熱的時(shí)候，油品液體表面有一些自由分子會(huì)很快克服其液體的引力，成為蒸氣分子而離開(kāi)液體表面擴(kuò)散到整個(gè)空間里，造成其液體油品的進(jìn)一步蒸發(fā)損失，引起油品蒸發(fā)損耗［11］。油品擴(kuò)散引發(fā)的爆炸事故具有極大的危害性，研究油品擴(kuò)散規(guī)律是減少相應(yīng)的爆炸事故的關(guān)鍵。

2 研究現(xiàn)狀

對(duì)于油品蒸發(fā)損耗量的研究，目前國(guó)內(nèi)各大石化企業(yè)應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)公式主要包括美國(guó)國(guó)家環(huán)保局(EPA)經(jīng)驗(yàn)公式、美國(guó)石油學(xué)會(huì)(API)經(jīng)驗(yàn)方法，以及中國(guó)石油化工(CPCC)經(jīng)驗(yàn)公式。但是，每個(gè)方法均有其使用的局限性。所以，國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者希望采用新的方法，更準(zhǔn)確地描述油品蒸發(fā)損耗問(wèn)題。目前，對(duì)于油品蒸發(fā)損耗的研究主要包括實(shí)驗(yàn)法和仿真模擬。

2．1實(shí)驗(yàn)法

針對(duì)汽油等輕質(zhì)油品的蒸發(fā)損耗，比較有代表性的主要有體積濃度法和質(zhì)量差法。

2．1．1體積濃度法又稱為量氣法，是利用設(shè)備測(cè)出呼出氣的總體積，以及氣體中所含的油蒸氣濃度，然后將二者與油蒸氣密度相乘，進(jìn)而得到油品的蒸發(fā)損耗量。

體積濃度法［12］的關(guān)鍵是要準(zhǔn)確測(cè)出整個(gè)儲(chǔ)罐一定時(shí)間內(nèi)呼出氣的總體積，這就需要保證除了測(cè)量口之外的其余部分的良好密封性，以及精密的儀器設(shè)備。這也是目前國(guó)內(nèi)外很少有企業(yè)對(duì)庫(kù)區(qū)內(nèi)的儲(chǔ)罐的蒸發(fā)損耗直接用儀器進(jìn)行監(jiān)測(cè)的主要原因。2．1．2質(zhì)量差法該方法對(duì)于海上溢油以及儲(chǔ)罐內(nèi)油品的蒸發(fā)等均有廣泛應(yīng)用［13-14］。通過(guò)精密儀器(精密天平)，測(cè)量油品在一段時(shí)間內(nèi)重量的變化。將單位時(shí)間重量的變化近似為油品的蒸發(fā)速率，進(jìn)而對(duì)蒸發(fā)損耗進(jìn)行研究。

該方法思路較為簡(jiǎn)單、直觀，但要求測(cè)重的儀器設(shè)備精度較高，而對(duì)于目前市面上的測(cè)重設(shè)備，量程越大，其相應(yīng)的精度越低。因而，此方法不適用于大型裝置內(nèi)油品蒸發(fā)損耗的測(cè)量工作，一般只適用于實(shí)驗(yàn)的研究。

綜合以上具有代表性的兩種實(shí)驗(yàn)方案，可以發(fā)現(xiàn)如何準(zhǔn)確地提取各取樣點(diǎn)的氣體樣本，選取高精度的儀器設(shè)備是提高研究蒸發(fā)損耗問(wèn)題準(zhǔn)確性的關(guān)鍵。

2．2仿真模擬

對(duì)于仿真模擬，目前比較常用的是CFD軟件。CFD軟件于20世紀(jì)70年代在美國(guó)出現(xiàn)，但是它真正得到廣泛應(yīng)用還是在近幾十年。其中，F(xiàn)LUENT是CFD軟件中比較成熟并且得到應(yīng)用最為廣泛的商業(yè)軟件。FLUENT利用GAMBIT做前期網(wǎng)格處理，可以將網(wǎng)格劃分多種形狀，大大增強(qiáng)了網(wǎng)格的靈活性，可以有效地劃分計(jì)算區(qū)域［15］。

3 儲(chǔ)罐內(nèi)油品揮發(fā)特性的研究

以揮發(fā)性較強(qiáng)的輕質(zhì)油品汽油為例。汽油屬于多組分混合物，但其油氣的成分主要集中在擴(kuò)散性質(zhì)比較接近的C3～C5，所以可以將油氣近似為單一組分物質(zhì)，利用單相傳質(zhì)方法進(jìn)行模擬計(jì)算。

3．1合理性分析

在油品蒸發(fā)損耗模擬中，最為關(guān)鍵也是難點(diǎn)的就是油品在蒸發(fā)冷凝過(guò)程中出現(xiàn)的相變問(wèn)題。針對(duì)油氣蒸發(fā)過(guò)程中出現(xiàn)的相變問(wèn)題，通常采取的方法為UDF編程。比較具有代表性的就是將蒸發(fā)過(guò)程中常用的經(jīng)驗(yàn)公式赫茲-努森方程，以及描述液-氣，固-氣平衡的克勞修斯-克拉佩龍蒸汽壓方程相結(jié)合，以及相關(guān)文獻(xiàn)［16］，得出對(duì)于蒸發(fā)和冷凝過(guò)程氣-液界面的質(zhì)量流量，進(jìn)而得到相應(yīng)的UDF，即Tl＞Tsat時(shí)，液相蒸發(fā)，其質(zhì)量源項(xiàng)表達(dá)為:

式中，αl為液相體積分?jǐn)?shù);ρl為液相密度，kg/m3;Tsat為飽和溫度，℃;△H為汽化潛熱，kJ/kg;αv為氣相體積分?jǐn)?shù);ρv為氣相密度，kg/m3。

以汽油為例。汽油在操作溫度下以氣、液兩種相態(tài)存在，因而可以出現(xiàn)氣液平衡的兩相平衡狀態(tài)。因兩相平衡系統(tǒng)自由度為1，壓力和溫度之間存在定量關(guān)系，通過(guò)ASPEN軟件得到丙烷在氣液兩相平衡時(shí)的溫度和壓力，將所得數(shù)據(jù)在P-T圖上描繪出來(lái)，并通過(guò)Excel擬合出曲線得到兩者的關(guān)系，如圖1所示。

由圖1可以擬合得到汽油的飽和溫度-壓力關(guān)系式:

式中，y為汽油飽和溫度，K;x為飽和蒸汽壓，Pa。

根據(jù)上述計(jì)算公式可得:

SM=0．000 4 kg·m－3·s－1=34．56 kg·m－3·d－1

圖1 汽油飽和溫度-壓力曲線Fig．1 Saturation tem perature-pressure curve

API經(jīng)驗(yàn)是由美國(guó)石油學(xué)會(huì)提出，各石油公司分別對(duì)200多個(gè)油罐進(jìn)行相應(yīng)的蒸發(fā)損耗量測(cè)定，以大量實(shí)測(cè)結(jié)果為依據(jù)，歸納總結(jié)出的經(jīng)驗(yàn)公式，目前仍被廣泛應(yīng)用。

美國(guó)石油學(xué)會(huì)推薦采用下式計(jì)算固定頂油罐的“小呼吸”損耗:

式中，Ly為固定頂油罐年“小呼吸”損耗量，m3/a或bbl/a(桶/年);Py為油品本體溫度下的真實(shí)蒸氣壓，kPa，根據(jù)油品雷特蒸氣壓圖查得。油品的本體溫度取自油品計(jì)量報(bào)表，如果缺乏這類資料，油品本體溫度取為大氣溫度加2．8℃(或5℉);D為油罐直徑，m;H為氣體空間高度，m，其中包括罐頂部分當(dāng)量高度。罐頂部分的當(dāng)量高度可按照與罐頂部分體積相同的等直徑圓柱體的高度計(jì)算;ΔT為大氣溫度的平均日溫差，℃或℉;Fp為涂漆系數(shù);C為小罐修正系數(shù)，D≥9．14 m時(shí)，C=1;1．83 m＜D＜9．14 m時(shí)，亦可按C=a+bD+eD2+fD3計(jì)算，其中a=8．262 6 ×10－2，b=7．363 1×10－2，e=1．309 9×10－3，f=1．989 1 ×10－6;K1為單位換算系數(shù)，若式中各參數(shù)采用國(guó)際制單位，則K1=3．05，若采用英制單位，則K1=1;K2為油品系數(shù)，汽油取K2=1。

根據(jù)API經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算可得Ly=0．229 m3/d，損耗量My=140 kg，單位損耗量SM=32．06 kg/ (m3·d)。

通過(guò)比較可得，本文模擬所用質(zhì)量源項(xiàng)與利用API經(jīng)驗(yàn)公式得到的數(shù)值差距小于0．5%，所以可以證明本文所建立的模擬數(shù)學(xué)模型準(zhǔn)確、可靠。

利用C語(yǔ)言進(jìn)行編程，得到可以描述氣相源、液相源的相應(yīng)程序。選擇多相流模型中的VOF模型。因?yàn)橄噍^于mixture模型，VOF模型可以更好地觀察到液-氣的分界面。由于油氣實(shí)際上是空氣與油品揮發(fā)處的油蒸氣的混合物，利用species transport，結(jié)合UDF源項(xiàng)，基于壓力求解器、非穩(wěn)態(tài)、湍流模型進(jìn)行模擬。依據(jù)的主要控制方程有:連續(xù)性方程、動(dòng)量守恒方程、能量守恒方程、組分輸運(yùn)方程、湍流方程。采用SIMPLEC求解器進(jìn)行計(jì)算。

影響油品蒸發(fā)速率的因素很多，國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者已在不同溫度條件對(duì)油品的蒸發(fā)做過(guò)大量研究。因而本文主要針對(duì)不同罐型、風(fēng)速及風(fēng)向?qū)?chǔ)罐內(nèi)油品蒸發(fā)影響進(jìn)行研究。

假設(shè):

1．初始狀態(tài)時(shí)，罐內(nèi)氣體空間完全為空氣，油品尚未開(kāi)始蒸發(fā);

2．外界環(huán)境溫度恒定為300 K;

3．罐內(nèi)儲(chǔ)存油品為汽油;

4．忽略不同高度處罐壁厚度的變化;

5．罐內(nèi)油品的初始充裝率為40%。

3．2不同罐型的儲(chǔ)罐對(duì)罐內(nèi)油品揮發(fā)的影響

不同罐型的儲(chǔ)罐對(duì)于油品的蒸發(fā)損耗存在巨大影響。以直徑為0．8 m，高為1 m的小型罐為例，進(jìn)行模擬。網(wǎng)格大小為0．001 m，利用C語(yǔ)言進(jìn)行編程，得到可以描述氣相源、液相源的相應(yīng)程序。選擇多相流模型中的VOF模型。相較于mixture模型，VOF模型可以更好地觀察到液-氣的分界面。油氣實(shí)際上是空氣與油品揮發(fā)處的油蒸氣的混合物，利用species transport，結(jié)合UDF源項(xiàng)，基于壓力求解器、非穩(wěn)態(tài)、湍流模型進(jìn)行模擬。時(shí)間步長(zhǎng)選擇為0．01 s，采用SIMPLEC求解器進(jìn)行計(jì)算。

以儲(chǔ)罐罐底中心為坐標(biāo)原點(diǎn)，罐底平面為基準(zhǔn)面。取不同縱向高度作為觀察面，進(jìn)行數(shù)據(jù)提取分析。

圖2為拱頂罐縱向各點(diǎn)密度變化曲線。圖2中的4條曲線分別代表拱頂罐縱向高度y分別為0．41、0．50、0．70、0．90 m處的氣體空間內(nèi)的油氣密度。

圖2 拱頂罐縱向各點(diǎn)密度變化曲線Fig．2 The density curve of the dome

由圖2可知拱頂罐各點(diǎn)處的密度隨著時(shí)間的推移均在增大，且初始時(shí)刻密度增大速度較快，隨后逐漸減緩。拱頂罐縱向各點(diǎn)的油氣密度分布存在較大的密度差，靠近油面附近位置存在高密度油氣層，且越遠(yuǎn)離油面油氣層的密度越小。

圖3為拱頂罐縱向油氣分布曲線。圖3中的4條曲線分別代表拱頂罐縱向高度y分別為0．41、0．50、0．70、0．90 m處的油蒸氣占整個(gè)氣體空間的體積分?jǐn)?shù)隨時(shí)間的變化情況。

圖3所示的油氣體積分?jǐn)?shù)與圖1所示的油氣密度分布規(guī)律相似。根據(jù)汽油的易燃、易爆特性，以及相關(guān)資料提供的爆炸極限數(shù)據(jù)?？梢缘贸鲭S著時(shí)間的推移，拱頂罐內(nèi)的油氣濃度可達(dá)到爆炸極限，因而必須采取相應(yīng)的措施，防止爆炸事故的發(fā)生。

針對(duì)上述拱頂罐的情況，目前，絕大部分輕質(zhì)油品主要采用內(nèi)浮頂罐進(jìn)行儲(chǔ)存。相對(duì)于拱頂罐，內(nèi)浮頂罐主要通過(guò)覆蓋在油面上的浮頂減少油品揮發(fā)。浮頂可以隨著液面的波動(dòng)而上下浮動(dòng)，并通過(guò)機(jī)械密封、彈性填料密封等方式減小浮盤(pán)外緣與罐壁之間的距離。雖然密封裝置可以有效地減小油品揮發(fā)，但是由于密封裝置的老化，以及密封裝置密封不嚴(yán)密等情況的發(fā)生，會(huì)導(dǎo)致油品通過(guò)密封裝置與罐壁的間隙進(jìn)行揮發(fā)。

圖3 拱頂罐縱向油氣分布曲線Fig．3 Oil and gas distribution curve of vault

內(nèi)浮頂罐的模擬初始條件與拱頂罐相似，假設(shè)密封裝置與罐壁間距為1 mm，分別選取高度y為0．41、0．70 m的面進(jìn)行觀測(cè)，結(jié)果如圖4、圖5所示。

圖4 內(nèi)浮頂罐縱向各點(diǎn)密度分布曲線Fig．4 Density distribution in floating roof tank

圖5內(nèi)浮頂罐縱向油氣分布曲線Fig．5 Longitudinal oil and gas distribution curve of floating roof tank

圖4 、圖5所示的曲線分別代表內(nèi)浮頂罐縱向高度y分別為0．41、0．70 m處的氣體空間內(nèi)的油氣密度及油蒸氣占整個(gè)氣體空間的體積分?jǐn)?shù)隨時(shí)間的變化情況。由圖4、圖5可以看出，內(nèi)浮頂罐氣體空間處油氣密度及含量的變化趨勢(shì)與拱頂罐相類似。

為更直觀的對(duì)內(nèi)浮頂罐及拱頂罐兩種不同罐型的蒸發(fā)速率進(jìn)行對(duì)比分析，分別選取拱頂罐及內(nèi)浮頂罐y=0．50 m觀測(cè)面處的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

圖6、圖7分別為兩種不同罐型y為0．50 m處的不同時(shí)刻油氣密度對(duì)比以及油氣體積分?jǐn)?shù)對(duì)比。對(duì)比分析圖6、圖7可知，相對(duì)于拱頂罐，內(nèi)浮頂罐儲(chǔ)存的汽油揮發(fā)速率明顯更小，揮發(fā)量較小。相同時(shí)間內(nèi)內(nèi)浮頂罐內(nèi)集聚的油氣更少，更利于油品的儲(chǔ)存，保證油品的質(zhì)量。

圖6 不同罐型密度對(duì)比曲線Fig．6 Density contrast curve of different tank

圖7 不同罐型油氣分布曲線Fig．7 Oil and gas distribution curves of different tank types

3．3風(fēng)速及風(fēng)向?qū)迌?nèi)油品揮發(fā)的影響

風(fēng)是影響油品蒸發(fā)的一項(xiàng)重要因素。風(fēng)速大小不同，風(fēng)向不同均會(huì)對(duì)罐內(nèi)油品的揮發(fā)產(chǎn)生很大影響。

3．3．1風(fēng)由罐壁進(jìn)入儲(chǔ)罐狀況的模擬風(fēng)由罐壁進(jìn)入儲(chǔ)罐，即風(fēng)向垂直于罐壁。假設(shè)初始時(shí)刻，即t =0時(shí)，罐內(nèi)氣體空間濃度均勻，均為1．17 kg/m3。分別以不同大小垂直于罐壁方向的風(fēng)速進(jìn)入罐內(nèi)，記錄不同時(shí)間點(diǎn)同一位置處的密度變化情況，結(jié)果如圖8所示。

圖8為徑向風(fēng)向不同風(fēng)速油氣體積分?jǐn)?shù)曲線。由圖8可以看出，隨著風(fēng)速的增加，其油氣體積分?jǐn)?shù)增加明顯加快，而且風(fēng)速為4 m/s時(shí)，該位置處的油氣體積分?jǐn)?shù)明顯大于風(fēng)速為2 m/s的情況。從而可以得出，風(fēng)速變化可以影響油品的揮發(fā)。

圖8 徑向風(fēng)向不同風(fēng)速油氣體積分?jǐn)?shù)Fig．8 Hydrocarbon volume fraction of different w ind speed at radialw ind

3．3．2風(fēng)由拱頂通氣孔進(jìn)入儲(chǔ)罐風(fēng)由拱頂通氣孔進(jìn)入罐內(nèi)，即風(fēng)向?yàn)榇怪庇诠绊敺较颉?/p>

圖9為軸向不同風(fēng)速油氣體積分?jǐn)?shù)曲線。圖9可以看出風(fēng)速不同，對(duì)于罐內(nèi)油氣的揮發(fā)影響不大。

圖9 軸向風(fēng)向不同風(fēng)速油氣體積分?jǐn)?shù)Fig．9 Hydrocarbon volume fraction of different w ind speed at axial w ind

通過(guò)對(duì)圖8、圖9分析可知，風(fēng)向?qū)τ推氛舭l(fā)有著重要影響，垂直于罐壁處風(fēng)向?qū)迌?nèi)油品蒸發(fā)影響更大。

為進(jìn)一步研究徑向風(fēng)速大小與罐內(nèi)油品蒸發(fā)的關(guān)系，可以根據(jù)所得數(shù)據(jù)擬合得到圖10。

圖10徑向風(fēng)向油氣體積分?jǐn)?shù)隨風(fēng)速大小擬合曲線Fig．10 Hydrocarbon volume fraction is fitted w ith w ind speed at radial w ind

圖10 為t=30 s，風(fēng)速方向?yàn)榇怪庇诠薇诘膹较颍L(fēng)速大小分別為0、0．5、1．0、2．0、4．0m/s情況下，內(nèi)浮頂罐內(nèi)油蒸氣濃度的擬合曲線。由圖10可得到油氣體積分?jǐn)?shù)-風(fēng)速擬合曲線:y=0．000 8x－0．000 01。即內(nèi)浮頂罐內(nèi)汽油的蒸發(fā)速率與風(fēng)速變化成正比。

4 結(jié)論

(1)相對(duì)于拱頂罐，內(nèi)浮頂罐可以明顯降低罐內(nèi)油品揮發(fā)速度。

(2)風(fēng)對(duì)于油品蒸發(fā)損耗有著很大的影響，由于負(fù)壓的作用，在垂直風(fēng)相處，油氣的濃度最高，上風(fēng)向處次之，而下風(fēng)向處的油氣濃度最低。

(3)油罐位于液面附近的氣體空間烴含量高，沿著罐高方向，其濃度逐漸降低。罐內(nèi)氣體空間縱向密度變化規(guī)律與烴的百分含量變化規(guī)律一致。

(4)根據(jù)對(duì)蒸發(fā)損耗規(guī)律的研究，工程上可以采取以下措施:

a．相對(duì)于拱頂罐，內(nèi)浮頂罐存在有效減小油品蒸發(fā)的浮盤(pán)。

b．設(shè)計(jì)合理的油氣回收系統(tǒng)。利用吸附法［17］、吸收法、膜分離法，以及各種方法相結(jié)合的油氣回收技術(shù)以促進(jìn)油氣資源更高效地利用。

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(編輯王戩麗)

Study on the Evaporation Loss of Light Oil

Sun Weiwei1，2，3，Li Zili2，3，Sun Feifei3
(1．China Petroleum LONGWAY Engineering Project Management Co．，Ltd，Langfang Hebei065000，China; 2．College of Pipeline and Civil Engineering，China University of Petroleum，Qingdao Shandong 266580，China; 3．Research Institute of Petroleum Exploration＆Development HuabeiOilfield Company，PetroChina，Renqiu Hebei062550，China)

People around the world have paidmore andmore attention to the problem of oil volatilization，because of the enforcement of laws on energy saving and lots of accidents caused by oil diffusion．It is important for people to find the laws of oil volatilization．That could reduce the oil diffusion during its transportation and storage，decrease the pollution，and prevent the occurrence of related accidents．Data of oil and gas diffusion in tank is obtained using themodel of VOF that comes from CFD by considering the influence of wind speed，wind direction and tank type．It is also a good choice to use UDF as the source of the simulation analysis．The results show thatwind speed has a great effect on oil evaporation．And the wind direction that perpendicular to the wall of the tank has evident effects．According to the study on evaporation loss of oil，the petrochemical plantsmust take some effectivemeasures to reduce the oil diffusion，and reduce the risk of explosion．

Safety engineering;Oil vapor diffusion;Numerical simulation;Storage tank;Phase change

TE972

A

10．3969/j．issn．1006-396X．2017．04．017

1006-396X(2017)04-0090-07

2016-12-08

2017-05-26

孫薇薇(1990-)，女，碩士研究生，從事油氣儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)安全工程研究;E-mail:1427571799@qq．com。

李自力(1963-)，男，博士，教授，博士生導(dǎo)師，從事油氣儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)安全工程研究;E-mail:zilimenhuzu@163．com。