基于Visual Basic 的原油储罐维温计算程序设计

郭慧军，宋义伟，朱杰，崔慧山，秦玉洁

(中国石油集团工程设计有限责任公司 华北分公司,河北 任丘 062552)



基于Visual Basic 的原油储罐维温计算程序设计

郭慧军，宋义伟，朱杰，崔慧山，秦玉洁

(中国石油集团工程设计有限责任公司 华北分公司,河北 任丘 062552)

摘要：原油储罐维温所需要的热量占储库总能耗的50%以上,维温热量计算是储库计算的关键。通过对储罐传热数学模型的分析，采用Visual Basic语言编制了大型原油储罐加热维温计算程序。该程序可以应用于储罐传热系数、维温热量的计算，可大量减少手工计算，提高计算效率。

关键词：储罐传热系数维温程序设计

1概述

在油田、原油储库中，当储罐储存的原油温度低于凝点时，会发生凝固，同时，为保证储存的油品在转输时保持一定的流动性，通常要求原油的储存温度大于其凝点，文献提出原油储存时温度应高于其凝点10～15℃。因此，除低凝点原油外，在大型原油储库中，储罐维温需要的热量大多占储库总能耗的50%以上。

在进行储罐加热维温计算时，对于储罐传热系数K总的计算是整个计算的关键，目前，国内对K总的确定主要采用两种方式。一是采用经验数据法，文献认为无保温层的地上立式金属储罐，罐壁传热系数Kb=4.5～8.2 W/(m2·℃)，罐顶传热系数Ka=1.2～2.4 W/(m2·℃)，罐底传热系数Kc=0.35 W/(m2·℃)，其中罐壁传热系数最大，罐底传热系数最小。文献认为罐壁不设保温层时Kb=4.65～8.14 W/(m2·℃)，设聚氨酯保温层(40mm)可采用0.93～1.05 W/(m2·℃)，罐顶未设保温层且油面温度小于40℃时，可取1.2 W/(m2·℃)，罐底传热系数取0.23～0.47 W/(m2·℃)。文献则根据储罐的总容积确定其总传热系数： 5 000 m3以下地面金属保温储罐取K=1.5 W/(m2·℃)。文献认为罐顶传热系数Ka=1.16～2.33 W/(m2·℃)。二是采用试算法计算K总值，文献[1-6]均介绍了K总值的试算方法。以上采用试算法的主要理论依据： 先假定一个罐壁温度，然后进行试算，计算出K总值，当罐壁温度满足一定的误差条件时，确定为罐壁温度，同时根据罐壁温度确定K总值。

K值的选取和油品的性质、环境温度、风速、保温层厚度等因素有关，环境温度越低，保温层厚度越薄，风速变化越大则油品温降越快，K值变化越大。采用经验数据计算，虽然相对简便，但由于环境及油品性质等不同可能会产生较大的误差；而采用试算法进行计算，计算精度较高，但验算工作量较大，会浪费大量的人力。文献提到一种简化算法,将Sivaraman-Hess公式引入试算法,克服其不能确定罐壁温度的缺陷,简化计算步骤，但该方法与试算法结果有一定的出入。

采用计算机程序对应用试算法原理进行储罐维温计算，既可以解决采用经验数据参考值计算误差较大的问题，又可以节省大量的计算时间，提高计算精度。本文研究了通过Visual Basic程序进行原油储罐维温计算的方法。

2数学模型的提出

2.1能量平衡方程

油品在储罐内会不断向外散发热量，为保证油品不会凝固，需要不断地补充热量，需要的加热量即为油品储罐内向外散失的热量(热损失)，即：

dQL=dQs

(1)

式中： dQL——需要给储罐补充的热量；dQS——储罐散发出的热量，即热损失。

经储罐散失到周围介质的热量dQS可由下式求得：

dQs=86.4KF(T-Tai)dτ

(2)

式中：T——油品的温度,℃；Tai——油罐周围介质的温度,℃；K——从油品到周围介质的总传热系数,W/(m2·℃)；F——油罐的总表面积，m2。

2.2油罐总传热系数K的计算

从式(2)可知，在油品维温温度和周边环境一定的前提下，要想确定储罐维温所需要的热量，需要求得油罐的总传热系数K总：

(3)

式中： 下标tw，tr，tb——罐壁、罐顶、罐底。

因此，K总值的计算包括两部分计算内容： 油罐各部分传热面积的计算；各部分传热系数的计算。传热面积即油品储罐与原油接触部分的外表面积，可以简单地计算出，而储罐各部分的传热系数计算则相对复杂，是储罐维温计算的关键。

2.3罐壁、罐顶、罐底传热系数的计算

一些参考资料对储罐罐壁、罐顶、罐底的传热系数计算方法进行了详细的说明，其中储罐罐底的传热系数较小，在0.06～0.21 W/(m2·℃)、罐顶的传热系数较大，而储罐罐壁的传热系数最大。各部分传热系数计算公式见下式：

Ktw=1/[1/]a1tw+δtw/λtw+1/(α2tw+α3tw)]

(4)

Ktr=1/[1/]a1tr+1/agas+δtr/λtr+1/(α2tr+α3tr)]

(5)

Ktb=1/(1/α1tb+δtb/λtb+πDav/8λso)

(6)

式中：α1tw——油品至罐壁的内部放热系数，W/(m2·℃);δtw——罐壁保温层厚度，m;λtw——罐壁保温层导热系数，W/(m·℃);α2tw——罐壁至大气外部放热系数，W/(m2·℃);α3tw——罐壁至大气辐射放热系数，W/(m2·℃);α1tr——罐顶内部放热系数，W/(m2·℃)；αgas——混合气体空间放热系数，W/(m2·℃)；δtr——罐顶保温层厚度，m；λtr——罐顶保温层导热系数，W/(m·℃);α2tr——罐顶外部放热系数， W/(m2·℃);α3tr——罐顶外部辐射放热系数，W/(m2·℃);α1tb——罐底内部放热系数，W/(m2·℃);δtb——罐底污垢厚度，m；λtb——罐底污垢导热系数，W/(m·℃)。

上述参数的求取参见文献，在此不再进行说明。

3储罐维温计算程序的编制

对于储罐维温计算，按照上述思路，采用Visual Basic语言进行维温加热程序的计算。该计算程序首先对储罐的罐壁、罐顶、罐底等部分的传热系数进行计算，根据计算结果分别求取储罐各部分的散热情况，再根据各部分散热量计算确定储罐的总散热，从而确定储罐维温需要的热量。

3.1计算程序

维温程序计算流程如图1所示。

图1　维温程序计算流程示意

3.2设计界面

在设计过程中，考虑采用面向对象的设计界面，程序分为两个界面，界面一用于输入基础数据，包括： 项目建设地区的气象资料、储罐的基础数据(如罐直径、罐高、保温层厚度、导热系数等)，油品的物理性质数据(包括黏度、温度、加热的始温、终温等)。数据输入后，程序计算,计算结果显示于界面二，主要包括： 储罐罐壁、罐顶、罐底传热系数以及维温所需要的总热量。

以罐壁传热系数为例，输入基础数据后，分别计算油品平均温度、空气导热系数、油品黏度、空气黏度、定性温度时油品密度、膨胀系数、格拉晓夫准数、普朗特准数等。

在计算出储罐各部位的传热系数后根据式(3)可求出储罐总的传热系数K，进而求出总散热量，即储罐维温所需要的总热量。最终计算结果显示储罐罐壁、罐顶、罐底传热系数和散热量以及储罐维温所需要的总热量。

4结果与讨论

1) 该程序通过多个大型原油储库的使用，能较好确定储罐散热情况和加热维温需要的热量，减少了繁琐的计算过程。

2) 由于相关文献认为储罐罐顶的散热系数较小，而罐壁的散热系数较大，因而目前原油储罐大多只进行罐壁保温设计，不进行罐顶保温设计；但根据计算结果，外浮顶罐罐顶的传热系数较经过保温后的罐壁传热系数大。当当地风速增加时，罐顶散热量更大。因此，下一步需研究在储罐罐顶进行保温设计的经济性。

参考文献：

[1]李征西，徐思文.油品储运设计手册.北京： 石油工业出版社，1997.

[2]《油气田油气集输设计技术手册》编写组.油气田油气集输设计技术手册(上册).北京： 石油工业出版社，2009.

[3]大庆油田科学研究设计院编写组.油气集输贮运设计手册.大庆： 大庆油田科学研究设计院，1975.

[4]倪建乐.大型浮顶罐罐顶的隔热保温.油气储运，1992,11(05)： 28-32.

[5]马秀让.油库设计使用手册.北京： 中国石化出版社,2009.

[6]郭光臣，董文兰，张志廉.油库设计与管理.北京： 石油大学出版社,2006.

[7]祝威，陈世一，崔艳雨,等.立式圆柱形油罐传热系数的简化算法.抚顺石油学院学报，2001,22(03)： 36-40.

[8]SIVARAMAN S， HESS C J. Correlation Predict Tank-shell Temperature. Oil&Gas Journal， 1988(03)： 65-68.

[9]HALVORSON M. Visual Basic 2008 从入门到精通.汤涌涛,译.北京： 清华大学出版社，2008.

[10]司海飞，吴恩，杨忠.基于 Visual Basic 6.0的浮阀塔软件设计 .机电工程，2011，28(02)： 238-242.

[11]傅伟庆，武铜柱，许莉.大型浮顶油罐技术发展.化工设备与管道，2013，50(04)： 1-5.

[12]秦瑞昌.储油罐的自振特性与抗震性能分析.化工设备与管道，2013，50(04)： 36-40.

台达盛装出席“2015中国西部国际装备制造业博览会”

2015年3月19～22日，工业自动化领导品牌台达携控制、运动、驱动类新品及多项动态展品出席在西安曲江国际会展中心举办的“2015第二十届中国西部国际装备制造业博览会”(简称： 西部制博会)，以动静结合的方式，展示台达在装备制造领域的尖端技术和产品，彰显台达精彩实力与创新力。

多年来，台达一直非常重视在机械工业领域的投入，在全国特别是中西部地区布局众多服务网点，以满足该地区工业客户的需求。台达AH500模块化中型PLC适用于中高端工厂自动化与楼宇自动化以及过程自动化领域，是台达进军中高端市场的领军产品。还有更多新品逐一登台，内容新颖丰富，必将为西部装备制造行业注入新动力。(中达电通股份有限公司)

赛默飞发布三重四极杆液质联用仪定量测定物质的解决方案

2015年3月11日，上海——科学服务领域的世界领导者赛默飞世尔科技(以下简称： 赛默飞)近日发布通过使用Thermo Scientific TSQ Quantum Access MAX串联液质产品，开发的一套定量测定脑脊液和脑微透析液中痕量神经递质类物质的应用解决方案。方法利用TSQ Quantum Access MAX简便先进的定时选择反应监测功能(T-SRM)与柱前衍生，实现了在复杂生物基质中，对痕量神经活性物质群进行快速、高灵敏度与高特异性检测的目标。

整套测试方案可用于神经生物学、临床样本检测、神经药效学评价等相关研究。(赛默飞世尔科技(中国)有限公司)

Design of Temperature Maintaining Procedure for Crude Oil Storage Tank Based on Visual Basic

Song Yiwei, Zhu Jie, Cui Huishan, Qin Yujie

(North China Company, China Petroleum Engineering Co.Ltd., CNPC, Renqiu, 062552, China)

Abstract：The heat for oil tank temperature maintaining is more than half of the total tanks’ consumption. Temperature maintaining calculation is the key of whole calculation. Large scale temperature maintaining calculation program for crude oil storage tank is designed with Visual Basic， through analysis of tank heat transmission mathematical model. The software can be applied in heat transmission and temperature maintaining calculation. It can largely reduce the manual work and improve calculation efficiency.

Key words：storage tank; heat transfer co-efficient; temperature maintaining; program design

中图分类号：TP311.1

文献标志码：B

文章编号：1007-7324(2015)02-0041-03

作者简介：郭慧军(1972—)，男，1993年毕业于中国石油大学(华东)石油炼制工程专业，现就职于中国石油集团工程设计有限责任公司华北分公司，主要从事石油地面工程的设计工作，任高级工程师。

稿件收到日期： 2014-11-06，修改稿收到日期： 2015-02-05。