Экспериментальное исследование температуры стенки стального резервуара с горячим нефтепродуктом в зимнее время

Вестник ТюмГУ. Физико-математическое моделирование. Нефть, газ, энергетика.


Выпуск:

2017. Том 3. №3

Название: 
Экспериментальное исследование температуры стенки стального резервуара с горячим нефтепродуктом в зимнее время


Для цитирования: Григорьев Б. В. Экспериментальное исследование температуры стенки стального резервуара с горячим нефтепродуктом в зимнее время / Б. В. Григорьев, У. Ю. Шастунова, Ю. Ф. Янбикова // Вестник Тюменского государственного университета. Физико-математическое моделирование. Нефть, газ, энергетика. 2017. Том 3. № 3. С. 29-39. DOI: 10.21684/2411-7978-2017-3-3-29-39

Об авторах:

Григорьев Борис Владимирович, кандидат технических наук, заведующий кафедрой прикладной и технической физики, Тюменский государственный университет; b.v.grigorev@utmn.ru

Шастунова Ульяна Юрьевна, старший преподаватель кафедры механики многофазных систем, Тюменский государственный университет; u.y.shastunova@utmn.ru

Янбикова Юлия Фанилевна, инженер кафедры прикладной и технической физики, Тюменский государственный университет; y.f.yanbikova@utmn.ru

Аннотация:

В статье изложены результаты экспериментального исследования изменения температуры внутренней стенки стального резервуара при разных режимах эксплуатации. Приведена схема экспериментальной установки и результаты измерений температуры стенки резервуара в области газового пространства и в области жидкости. Установка включает криокамеру, модель вертикального стального резервуара, датчики температуры, грунт и систему нагрева и перекачивания нефти.

Показано, что температура стенки резервуара в области газового пространства вблизи поверхности жидкости, после заполнения теплоносителем резервуара на 60% и выстаивания в течение 25 минут, близка к значению температуры газового пространства; на удалении от поверхности жидкости температура стенки ниже. Установлено, что в свободном пространстве резервуара наблюдается естественная конвекция газовоздушной смеси. По этой причине происходит неравномерное прогревание внутренней поверхности стенки резервуара, из чего следует некорректность предположения о равенстве температуры внутренней стенки резервуара и температуры газового пространства.

Для описания тепловых режимов работы резервуара разработана физико-математическая модель и создана компьютерная программа для численного моделирования теплообмена между резервуаром и окружающей средой. В рамках модели приняты следующие допущения: в месте контакта грунта и металла задается граничное условие 1-го рода; за взаимодействие окружающей среды со стенкой отвечают граничные условия 2-го и 3-го рода; температура внешней стенки резервуара изменяется по косинусоидальному закону.

Экспериментальные данные и результаты расчетов совпадают в пределах 0,7 °С, или 2%, что говорит о корректной постановке численного решения.

Список литературы:

  1. Аникин Г. В. Вычисление распределений температуры в грунте, охлаждаемом системой «ГЕТ», методом стохастического прогнозирования / Г. В. Аникин, К. А. Спасенникова, С. Н. Плотников, Б. В. Григорьев, П. Ю. Михайлов // Криосфера Земли. 2017. Т. XXI. № 4. С. 23-28. 
  2. Бахмат Г. В. Методика расчета теплового режима резервуара типа РВС в зимнее время во время эксплуатации / Г. В. Бахмат, А. А. Кислицын, У. Ю. Шастунова // Материалы Международной научно-практической конференции по инженерному мерзлотоведению, посвященной 20-летию создания ООО НПО «Фундаментстройаркос». Тюмень: Сити-Пресс, 2011. С. 301-306.
  3. Бахмат Г. В. Тепловой режим гидравлических испытаний резервуара вертикального стального объемом 20 000 м3 / Г. В. Бахмат, А. А. Кислицын, У. Ю. Шастунова // Вестник Тюменского государственного университета. Физико-математическое моделирование. Нефть, газ, энергетика. 2011. № 7. С. 64-72.
  4. Кислицын А. А. Основы теплофизики / А. А. Кислицын. Тюмень: Изд-во Тюменского гос. ун-та, 2002. 152 с.
  5. РВС — 20 000 м3 (резервуар вертикальный стальной). URL: http://gazovik-neft.ru/catalogue/04/pjc_20000
  6. Тугунов П. И. Типовые расчеты при проектировании и эксплуатации нефтебаз и нефтепроводов / П. И. Тугунов, В. Ф. Новоселов, А. А. Коршак, А. М. Шаммазов. Уфа: ДизайнПолиграфСервис, 2002. 658 с.
  7. Хранение нефти и нефтепродуктов: учебное пособие / под общ. ред. Ю. Д. Земенкова. Тюмень: Изд-во Тюменского гос. нефтегазового ун-та, 2002. 550 с.
  8. Шастунова У. Ю. Физико-математическое моделирование теплового режима резервуара в зимнее время / У. Ю. Шастунова, Д. А. Дмитриевская // Материалы IX Школы-семинара молодых ученых «Теплофизика, теплотехника, гидрогазодинамика. Инновационные технологии». Тюмень, 2016. С. 236-242. 
  9. Шастунова У. Ю. Методика расчета теплового воздействия горячего резервуара на мерзлый грунт / У. Ю. Шастунова, Ю. Ф. Янбикова // Наука сегодня: в 4 ч. Вологда: Маркер, 2015. Ч. 1. С. 80-83.
  10. Шастунова У. Ю. Расчетно-экспериментальное исследование процессов протаивания и систем термостабилизации мерзлого грунта под резервуаром для отстаивания нефти / У. Ю. Шастунова, Ю. Ф.  Янбикова // Теплофизика, теплотехника, гидрогазодинамика. Инновационные технологии. 2016. С. 191-199.
  11. Anikin G. V. The Calculation of Temperature Field in Soils under the Base of Oil Reservoir at Varandey Oil Field / G. V. Anikin, B. V. Grigoriev, K. A. Spasennikova, Y. F. Yanbikova // MATEC Web of Conferences. 2017. № 106. 02005.