大型油罐保温设计

2022-03-21 05:39柴志宏

化工设计通讯 2022年3期

柴志宏

［广厦（舟山）能源集团有限公司，浙江舟山 316000］

在石油储运行业，一般将5×10 000m3及以上的浮顶储罐和1×10 000m3及以上的固定顶储罐称为大型储罐。大型储罐通常使用立式圆筒形金属储罐，立式圆筒形储罐主要包括浮顶储罐、固定顶储罐、内浮顶储罐。浮顶储罐一般用于储存原油和燃料油，固定顶储罐一般用于储存挥发性较小的介质，内浮顶储罐一般用于储存挥发性较大且品质要求较高的介质。我国于2006年完成了国内首座15×10 000m3储罐建设，并储备了20×10 000m3及以上储罐设计技术。

大型储罐的保温需求由当地所储存的油品运动黏度和外界温度所决定。当外界温度降低，且运动黏度较大，油品就会失去流动性，使油品输送难以进行或输送流量大幅降低。解决这一问题的方法是对储存油品进行加热，需要往储罐内的加热器连续通入蒸汽，消耗大量的能源。通常当地环境温度在储存油品凝固点以下或冰点以下的储罐，都需要加热，我国长江以南地区的重质原油和重质燃料油储罐因为油品运动黏度较大，也需要加热。为节约能源消耗，最为有效的办法是对大型储罐进行保温，也是最重要的节能措施之一，以维持油品在一定时间内的可流动性。

1 保温计算

大型储罐保温计算的主要内容是根据设备外表面温度（即介质温度）、保温层外表面温度确定保温层厚度、散热量等。详见图1。

图1 大型浮顶油罐保温示意

热介质从储罐通过保温层结构表面散热是非稳定传热过程，为简化计算，按稳定传热计算，对一般工程，精度足可满足生产过程和节能的要求。

大型储罐的直径通常在30~100m，室外布置，计算时可以按平面计算。经大量核算，按圆桶面和按平面计算，其结果基本一致。

2 散热损失的计算

式中：q为单位表面积热损失量，W/m2；t为设备外表面温度，K；ts为保温层外表面温度，K；ta为年平均温度，K；δ为保温层厚度，m；а为保温层外表面向大气的放热系数，W/（m2·K）；λ为保温材料的导热系数，W/（m·K）；

2.1 单位表面积热损失量q

大型储罐散热损失的计算采用热平衡法计算保温层厚度，同时允许热损失量应取GB 4272《设备及管道保温技术通则》规定的允许最大散热损失值（q）的0.8~0.9倍，允许最大散热损失值（q）的详见表1。重质原油和重质燃料油的输送温度通常在40~60℃，故大型储罐散热允许热损失值（q）应小于46.4W/m2。

表1 常年运行工况允许最大散热损失

2.2 保温层外表面向大气的放热系数а

根据GB 50264—2013《工业设备及管道绝热工程设计规范》中规定，在用热平衡法进行厚度计算时，室外放热系数(а)应按下列公式进行计算：

当WD小于或等于0.8m2/s 时а=0.08D+4.2W0.618/D0.382

当WD大于0.8m2/s时а=4.53W0.805/D0.195

D为保温层外径

W为年平均风速（m/s）

2.3 保温材料的导热系数λ

大型储罐保温材料的选择一般采用岩棉和复合硅酸盐材料。通常岩棉和复合硅酸盐材料在大型储罐保温时的导热系数基本不变，分别为0.044W/（m·K）和0.058W/（m ·K）。

保温计算

根据平面保温层的散热损失公式，得

以我国南方一海岛某大型储罐为例，储罐容积为10×10 000m3，直径80m，罐内油品为380号燃料油，进油温度和发油温度均为50℃，保温层外表面温度20℃，保温层材料采用复合硅酸盐。该地区年平均气温16.8℃，年平均风速5m/s。因此：

q=a(ts-ta）得q=22.50W/m2，且小于允许热损失值的0.8倍。

因此，该储罐保温层厚度取80mm即可。

3 保温结构材料

保温结构由保温层、保温支持圈、保护层、固定筋、困扎带、自攻螺丝、抽芯铆钉等组成。详见图2。

图2 油罐罐壁保温结构示意图

3.1 保温材料

保温层的厚度和保温材料的导热系数是影响保温效果的重要因素，保温材料的导热系数与其他物性不同，它不是独立存在的物性。它与材料的密度和含水率密切相关；与热量传递时的条件如温度范围和温差大小密切相关；还与材料内部结构有关。因此，保温材料及其制品应具有产品质量证明书和出厂合格证，有明确的导热系数方程或导热系数表；保温材料不允许露天堆放，要求存放处于干燥通风，严禁保温材料受潮，已受潮的必须进行干燥处理，经鉴定合格后方可使用，当经过处理后仍不能恢复合格性能时，则不得使用。

目前，大型油罐的保温材料一般使用岩棉和硅酸盐材料的制品为多，禁止使用含有石棉的保温材料。