摘 要

采用内浮顶覆盖在油罐液体上方是当前较实用的降低油品蒸发损耗的方法，其它的特点是施工周期短，耐腐蚀性、不占容积和使用寿命长等，因为这些特点而被广泛应用。而内浮顶罐与浮盘之间的间隙一般采用囊式填充密封，依靠其自身膨胀性与罐壁紧密接触，但随着油罐的进出油，浮盘上下浮动致使罐壁与密封件之间产生极小的环形间隙，导致油气泄漏。

本文以一台大型（10000m³，直径25m）内浮顶罐密封结构为研究对象，基于RNG k- 理论建立浮顶油罐油气泄漏控制方程组，采用Gambit建立油气泄漏二维模型，并应用CFD数值模拟方法考察分析了浮盘边缘密封圈高度、密封间隙、罐内温度对油气损耗的影响。得出结论如下：

1. 密封圈高度与泄漏量成负相关作用，随着密封圈高度的增加，油气泄漏速度降低，油气泄漏量减少，但密封圈高度增加到22cm时，对泄漏量影响作用不再显著。

（2）密封间隙与泄漏量成正相关作用，随着密封间隙的增加，出口处油气泄漏速度降低趋势较为缓慢，但泄漏面积增加致使泄漏量增多。

（3）温度与泄漏量成正相关作用，随着温度增加，油气泄漏速度与泄漏量都随之增加。

关键词：内浮顶罐；数值模拟；损耗；泄漏量

Analysis of the Influence of Seal Structure of Large Storage Tank on Its Leakage

Abstract

The use of an inner floating roof to cover the liquid surface of an oil tank is also currently recognized as an ideal method for reducing the evaporation loss of oil products, and has been widely applied due to its short construction period, corrosion resistance, lack of volume, and long service life. The gap between the floating roof tank and the floating plate generally adopts a bladder-type filling and sealing, and is closely contacted with the wall of the tank by its own expansion. However, as the oil tank enters and exits the oil, the floating plate floats up and down to cause the tank wall and the sealing element. A small annular gap occurs between the two, resulting in oil and gas leakage.

In this paper, a large-scale (10000m3, 25m diameter) floating roof tank sealing structure is taken as the research object, based on RNG k-theory, the oil-gas leakage control equations for floating roof tanks are established, and the 2-D model of oil and gas leakage is established by Gambit, and CFD values are used. The simulation method investigates and analyzes the influence of the height of the sealing ring on the floating disk, the sealing gap, and the temperature in the tank to the oil and gas losses. Conclusions are as follows:

(1) The height of the seal ring is negatively related to the leakage. As the height of the seal ring increases, the oil and gas leakage rate decreases, and the oil and gas leakage decreases. However, when the height of the seal ring increases to 22 cm, the effect on leakage is no longer significant.

(2) The seal gap has a positive correlation with the leakage. With the increase of the seal gap, the oil-gas leakage rate at the outlet tends to decrease more slowly, but the leakage area increases and the leakage increases.

(3) The temperature has a positive correlation with the leakage. As the temperature increases, both the oil leak rate and the leakage increase.

Key words：internal floating roof tank；numerical simulation；loss；leakage

目 录

摘要 Ⅰ

ABSTRACT Ⅱ

第一章 绪论 1

1.1 引言 1

1.1.1 课题背景 1

1.1.2 课题研究目的及意义 1

1.2大型储罐密封结构简介及发展动向 1

1.2.1 大型储罐密封结构简介 1

1.2.2 大型储罐密封结构泄漏机理 2

1.2.3 储油罐密封呼吸损耗研究现状 3

1.3本课题拟采用的研究手段 5

1.4本文的主要研究内容 5

第二章 呼吸损耗的理论计算 7

2.1引言 7

2.2油品蒸发损耗量估算公式 7

2.3基于石油库节能设计导则计算公式 8

2.4基于美国 API 计算公式 11

2.5基于 CPCC经验公式法计算公式 11

2.6大、小呼吸损耗计算 12

2.7本章小结 14

第三章 内浮顶油罐密封泄漏损耗数值模拟 15

3.1引言 15

3.2 模型建立 15

3.2.1数学模型 15

3.2.2 几何模型 17

3.3边界条件设置 18

3.4 数值模拟结果 18

3.4.1 小呼吸情况下内浮顶罐密封泄漏损耗数值模拟结果 18

3.4.2 大呼吸情况下内浮顶罐密封泄漏损耗数值模拟结果 19

3.5数值模拟和理论计算结果比较 21

3.6 本章小结 22

第四章内浮顶罐密封泄漏损耗影响因素 23

4.1引言 23

4.2浮盘边缘密封圈高度对泄漏损耗的影响 23

4.3密封间隙对泄漏损耗的影响 25

4.4温度对泄漏损耗的影响 26

4.5本章小结 28

第五章 总结与展望及经济评价 29

5.1 总结 29

5.2展望 29

5.3经济评价 29

参考文献 30

致 谢 33

绪论

1.1 引言

1.1.1 课题背景

现代储油罐与油库的发展规模日益壮大，与此同时社会对于储罐运行方面的问题也越来越重视，储罐的密封质量也跟随行业提升而不断提高要求，浮顶储罐造成泄漏最大的问题就在于储罐的密封系统。在如今社会中，密封系统也是大型储罐安全运行的重中之重，密封系统出现问题，就会造成油品损耗从而造成大量的经济损失，甚至会严重污染环境，会周围的动植物造成不利，同时在特殊条件下会引发火灾，爆炸等意外事故^[1]。目前来说，我国对浮顶储罐的密封相关还不够重视，应该针对储罐在为什么泄漏及怎么阻挡泄漏等问题进行研究，弄清楚这些问题具有重要意义^[2]。在当前经济市场里，一次密封是对密封间隙进行一次密封，二次密封是在一次密封的基础上在进行一次油气密封，这二种方式都是目前最常见的密封类型。目前一次密封已经不能适用于储罐密封系统了，国内外都采用一次加二次密封形式。在一次密封的基础上加上挡雨板也不能适应当前的储罐密封要求。实验发现机械滑板式一次密封组合上边缘安装式二次密封造成的泄漏量大大减小，是一种有效的密封方式^[3]。二次密封覆盖在一次密封上方，一次密封泄漏出的油气会在二次密封空间内，因此能够大大减少其泄漏量。

1.1.2 课题研究目的及意义

课题以石化系统中大型储油罐密封结构为研究对象，基于数值模拟技术，采用CFD方法，研究大型储油罐中密封结构形式对其泄漏量的影响。

各样油品在运输、储存的过程中会不可避免的产生油品损耗，不但会造成经济的损失，而且油气是烃类有毒物质，会对人类和环境造成严重影响。通过对内浮顶储油罐损耗量的理论计算和其密封结构泄漏性影响分析，与CFD数值模拟进行比较，得到的泄漏量最优下的最佳密封结构，为油罐减排降耗、环境保护以及实际工程应用提出理论基础和科学方法。

1.2大型储罐密封结构简介及发展动向

1.2.1 大型储罐密封结构简介

由于其油品存储量大，且存储介质易燃易爆、有挥发性，若对大型储罐的运行使用和日常管理不当，易发生火灾、爆炸、环境污染等事故。大型储罐一般为浮顶储罐，而拱顶罐由其成本低，施工周期短，耐腐蚀性、不占容积和使用寿命长等特点，因此而被广泛应用。目前使用内浮顶覆盖在油罐液体表面上方的方法，该方法是当前市场最常见的最经济、简单的，节油效率达96％左右。

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