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我厂50000浮顶罐浮顶保温经济性探讨

主题词： 大型油罐 浮顶保温 经济评价

摘要： 本文就大型大型浮顶罐浮顶保温的可行性、热力计算及经济可行性作了探讨，为罐区节能降耗寻找一种新的思路。

我厂现有原油加工能力450万吨/年，原油罐区储存容量为26万m3，储罐容量及加热器参数如表1。随着Ф377管线的投用，北罐区大型浮顶罐处于长期的运行状态，作为罐区主要的能耗——蒸汽消耗上看，有了较大幅度的增长，而蒸汽消耗绝大部分集中在对罐内油品加温热损失上。我厂储运系统共有有储罐124座，其中1万立以上原油储罐10座，5万立储罐两座;罐区总加热面积是1915m2，其中5万立浮顶罐的加热器面积是280m3,占储运系统的油罐总加热面积的14.6％。原油储罐用汽量在年加工原油450×104t/a时蒸汽消耗是：冬季为8.2t/h，夏季为2.1t/h。两座5万立储罐占储罐加热用汽量的28％，是用汽大户。由于大型浮顶罐浮盘顶部敞口于大气中，其热损失较大，值得探讨，本文就5万立浮顶罐的浮盘热损失的有关问题作一个初步的探讨，从而为车间的节能降耗寻找一种新的思路。

表1 ： 济南分公司原油储罐容量及加热器面积
序号
罐号
介质
储罐类型
公称容积m3
加热器面积m2
控制温度
℃
保温厚度（罐壁）mm
1
T--001
原油
外浮顶
30,000
90
45±5
40
2
T--002
原油
外浮顶
30,000
90
45±5
40
3
T--003
原油
外浮顶
10,000
60
45±5
40
4
T--004
原油
外浮顶
10,000
60
45±5
40
5
T--005
污油
外浮顶
10,000
60
45±5
40
6
T--006
原油
外浮顶
10,000
60
45±5
40
7
T--007
原油
外浮顶
20,000
70
45±5
40
8
T--008
原油
外浮顶
20,000
70
45±5
40
9
T--009
原油
外浮顶
20,000
70
45±5
40
10
T--051
原油
外浮顶
50,000
140
45±5
40
11
T--052
原油
外浮顶
50,000
140
45±5
40
12
T--055
原油
拱顶
630
15
45±5
40
我厂50000浮顶罐（编号T-051、T-052）有关尺寸如下;
容积 50000
油罐总重 899500Kg
Q1
大气

单盘板
浮舱

密封

Q2

原油

图1

油罐内径 60m
罐壁高度 19350 mm
最高液位 18150 mm
浮顶盘板厚度 5 mm
设计雪载荷 300Pa
单盘半径 25750 mm
浮盘半径 29750 mm
一、 浮顶罐的热能损失分析
由于浮顶罐罐壁采用保温，其热损失较小，本文不作考虑；罐底板与罐基础接触具有热损失，但是基础介质均是些热阻较大的物质，其热损失很小，本文也不作论述。而浮盘直接敞口于大气中，是油品向外界散热的主要部分，故本文重点讨论浮盘的热损失。50000油罐浮盘是由34个浮舱与单盘板构成的，浮舱空间介质为空气，其运动是相对静止的，这种空气夹层热阻较大，较其它影响因素来说可以忽略不计。本文重点分析研究单盘板的热损失。
二、 不保温单盘板的传热分析
原油在储存过程中，出于对其流动性和下游装置进装温度的要求，需要对其加热升温，我厂原油储存温度一般控制在50℃左右。由于原油与单盘板及空气存在着温差，热量通过单盘板与外部大气进行传热过程。其热阻方程如图3所示：

R3r=(3rF)-1

R1=(2F)-1

R1=(1F)-1
R3c=(3cF)-1

图2

其传热系数K按下式计算：
————＜1＞
式中： ——油品与单盘内壁放热系数
——单盘钢板放热系数
——单盘外壁与空气的辐射放热系数
——单盘与空气的自然对流放热系数

2、1 油品至单盘内壁的分析与计算
罐内油品在不同的位置（横向、纵向）温度分布是不均匀的，罐底部（加热盘管顶部）油温较高，而浮顶单盘板附近温度较低。由于存在温差，罐内油品传热除了热传导外还存在着对流传热。单盘板内壁油品温度的分布及计算至今没有做过定性的研究，在这里为计算方便，假定浮舱单盘板内壁油品温度分布为均匀温度场，即在水平面上各点温度均相同， =50℃。该内部放热应按无限空间自由运动公式计算，放热系数公式为：
————＜2＞
————＜3＞
————＜4＞
————＜5＞
上式中，、n决定于的值，由《油库设计》表5-7查得：
——油品定性温度下得导热系数，w/(m·℃)
g ——重力加速度，取9.8
——定性温度下流体膨胀系数，查《油库设计》表5-8得：0.739×℃
——济南地区年日均气温，查《油库设计》得14.2℃
——单盘内壁温度 ℃
t ——油品定性温度℃，t＝（＋）/2＝32.1℃
——定性温度下流体密度 Kg/
我厂原油＝886 ＝877.2 ＝889
c——定性温度下流体质量热容 J/Kg·℃
查《油库设计》表5-9得：c ＝1.79× J/Kg·℃
△t——放热面与油品温度差值 ℃
△ t＝－＝35.8℃
D——定性尺寸，单盘板直径 D＝51.50
——定性温度下流体运动粘度
查文献（4）知 ＝12.69 ×
＝6.44 ×
由文献（3）
解得：=21.67×
以上各值代入上述公式得：
＝0.13 w/(m·℃)
＝7.54×
＝262
·＝1.97
由·值查文献（1）表5-13得：＝0.135 n＝1/3
解得：＝119.7 w/(m·℃)

2、2 单盘钢板传热系数得分析计算
————＜6＞
式中：——钢板厚度，5 mm， 钢
——钢材导热系数，w/(m·℃)
查文献（2）附录得 ＝53.6
代入（6）式得：＝0.000093 w/(m·℃)
由于值较小，故单盘板钢板材质的热阻忽略不计。

2、3单盘板外壁与空气自然对流放热分析与计算
单盘板上部空间受风力的大小不同而存在着两种对流放热。即有风作用时，单盘板外壁与大气的传热为强迫对流方式；而无风作用时，单盘板外壁与大气的传热为自然对流方式。在本文中取济南地区平均风速=2.25m/s，故应该采取强迫对流公式计算：
————＜7＞
c,n系数,由Re值和文献(1)表5-17得:
=2.15× w/(m·℃)
Re——定性温度下的空气雷诺数,
Re=D/ ————＜8＞
——大气粘度,14.16×
——济南地区平均风速,2.25m/s
由＜8＞式解得：Re=8.18×
由Re的值查文献(1) 表5-13得：c=0.023, n=0.8
将上述各值代入得： ＝3.26 w/(m·℃)
2、4 单盘外壁与空气的辐射分析及的计算
单盘板与空气进行的辐射放热可以按平壁辐射放热公式来计算，为简化计算，按浮盘顶部空气与外界大气温度相同，即不考虑单盘外壁顶部空气介质与浮顶罐外部空气存在着的温度差，即取＝常数＝14.2℃，公式为：
—＜9＞
式中：
――黑体辐射系数，5.7 w/(m·℃)
――单盘黑度，0.96
=50℃，＝14.2℃(大气平均温度)
代入＜9＞式得: =4.48 w/(m·℃)
将、及代入得：
7.27 w/(m·℃)＝6.25 kcal/(·h·℃)

三、 保温后的传热系数计算
单盘板保温后,其传热除受上述因素影响外,还受到保温层的影响,考虑到保温层的热阻比其它热阻大的多,忽略其它热阻,单盘保温后传热系数 可按下式计算:
—＜10＞
式中：——保温材料传热系数，w/(m·℃)
——保温厚度，m

3、1 保温材料的选取
浮顶在设计时,并没有考虑加保温后的载荷,为不影响浮顶的正常使用,保温材料的选取应遵循以下三个原则：一、保温材料容重应比较小；二、导热系数比较小；三、防水性能好，施工方便。这样我们选取聚氨酯发泡制品材料。该材料有关参数如下所示：
密度：200～220 Kg/
抗压强度：>0.4 Mpa
最高使用温度：155℃
导热系数方程：
＝0.0144+0.00011 w/(m·℃) ————＜11＞
其中 为保温层平均温度，取介质温度和保温层外表面温度的平均值：
＝（50+14.2）/2＝32.1 ℃
从而得：＝0.048 w/(m·℃)

3、2 保温厚度的选取
按照限定保温层厚度的方法选取保温层厚度为0.03m。我厂50000 浮顶罐设计雪载荷是，加保温后，增大载荷为：
————＜12＞
——保温层密度，210 Kg/
——厚度，0.03 m
g——9.8 m /
代入得：＝61.74 Pa
＝1.6 w/(m·℃)＝1.376 kcal/(·h·℃)

从济南地区冬季降雪量来讲，设计雪载300Pa是充分考虑了富裕量的。另外按照浮顶设计第二准则罐顶积水为250mm 即2.5Kpa的承受能力，保温层增加的压力占积水承载能力是2.46％。另外保温层的施工制作充分考率排水的问题，详细叙述在注意事项阐述。因此加保温后该载荷在实际生产中不会对浮盘产生太大的影响。

四、 单盘保温及不保温热损失计算
浮顶罐按全年运行时间为365天计算，一年的热能损失为：
＝KF(－)×365×24 ————＜13＞
保温与不保温热损失差值为：
＝（－）F(－)365×24 ————＜14＞
式中：F――单盘板面积，2082
－――温差，35.2℃
将有关数值代入＜14＞式得：△＝3.18×10 kcal
我厂1.0Mpa蒸汽能量值为76万大卡/吨，每吨蒸汽80元人民币（厂内结算价格），保温后一年节省资金M：
M＝3.18×10×80/（76×）＝33.4736×元
五、 保温的经济评价
确定保温的经济性，应综合考虑保温的投资费用和每年浮顶保温节省能耗的资金，由投资抵偿公式：

————＜15＞
式中：D―― 一次性投资费用，元
M―― 年节省资金，33.47×元
N―― 抵偿率
N银行贷款利率（复利），69.6‰
M―― 抵偿时间，年
按我厂当前的情况，发泡聚氨酯制品材料施工费用为1700元/，因此保温投资：
D＝1700×3.14×51.5/4×0.03＝10.6万元
将有关数据代入＜15＞式，得
m＝0.33年，即4个月
也就是说保温后4个月就能收回成本，经济效益非常明显。

z

x

y
油

图4

六、 保温层施工注意事项
保温层在施工前，应对浮顶除锈并作涂料防腐；保温层的施工采用边缘至中心排水孔坡度0.2%的倾斜度，聚氨脂发泡后高度找平，外涂玛题脂黏合剂包玻璃布，黏合剂与玻璃布可双层布置。浮顶制作四条人行通道至浮舱。

总结：
50000 浮顶罐单盘板保温后，具有很好的经济效益。但其中有些问题还有待探讨和实践检验，若浮顶罐一年中均处在低液位运行，即储油量较低时，由于浮顶上部介质温度 与外界大气温度存在差异，在此情况下实际热损失要比计算小一些。而浮顶空气介质温度场＝f（x,y,z,v,t）至今没有定性的研究，有待储运工作者开展这项工作，为浮顶罐保温提供科学依据。另外，单盘板保温时，一定要做好保温层的施工质量，防止保温层外表面存在空隙，影响保温层效果及浮盘受力情况。

参考文献：
1、《油库设计》 石油工业出版社。
2、《传热学》 山东工业大学。
3、《储运油料学》 石油大学出版社。
4、《生产工艺概论》 中国石化济南炼油厂教培中心、
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