Numerical Simulation Study on Oil Evaporation and Oil Gas Diffusion in Dome Roof Tanks

doi:10.12422/j.issn.1672-6952.2025.04.007

Abstract

Abstract:

Dome top tanks are important facilities for oil storage, and in order to reduce the evaporation loss of storage tanks, it is necessary to conduct research on their evaporation loss mechanism. Establishing a UDF for the absorption of heat flux at different times in a dome roof tank, and using FLUENT 19.0 software to simulate and analyze the effects of solar radiation intensity, oil storage height, and oil storage time on the diffusion of oil and gas inside the tank, the simulation results showed that: the gas temperature distribution inside the tank was uneven, with a vertical distribution of high and low, and the average gas temperature inside the tank decreased with the increase of oil storage height. The mass fraction of oil and gas in the tank is similar at the same oil level height, with the highest mass fraction on the oil surface. The vapor mass fraction is positively correlated with the oil storage height and storage time. The maximum pressure value of the gas inside the tank in a day first increases and then decreases, gradually increasing with the height of the liquid level. This study provides a basis for evaluating the evaporation loss of storage tanks and designing and managing oil and gas recovery systems

Key words: Dome roof tank, Oil evaporation, Oil and gas diffusion, Numerical simulation

摘要：

拱顶罐作为油品存储的重要设施，其蒸发损失控制需基于蒸发损失机制的研究。建立拱顶罐动态吸收热通量的用户自定义函数（UDF）模型，运用FLUENT 19.0软件，系统研究了太阳辐射强度、储油高度和油品贮存时间对罐内油气扩散的影响。结果表明，罐内气体温度分布不均匀，纵向呈“上高下低”分布，且罐内气体平均温度随着储油高度的增加而降低；罐内油气质量分数在同水平高度分布均匀，柴油表面的油气质量分数最大，其数值与储油高度和贮存时间均呈正相关；罐内气体最大压力在一天内先升高后降低，且随液位高度升高而增大。研究结果为储罐的蒸发损失量化评估及油气回收系统的设计优化提供了理论依据。

关键词: 拱顶罐, 油品蒸发, 油气扩散, 数值模拟

CLC Number:

TE85

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Figures/Tables 14

Fig.1 Unsteady heat and mass transfer model of dome roof tank

Table 1 Radiation types at different positions of the tank

储罐位置	辐射类型
罐顶	太阳直射辐射、太阳散射辐射
右侧（阳面）罐壁	太阳直射辐射、太阳散射辐射、地面散射辐射
左侧（阴面）罐壁	太阳散射辐射、地面散射辐射

Table 2 Analysis results of volatile organic components in diesel fuel

组分	质量分数/%
正戊烷	15.10
甲基丁烯	4.47
正庚烷	3.40
正己烷	4.50
甲基环戊烷	3.20
甲基己烷	1.90
二甲基环戊烷	2.20

Fig.2 Grid diagram of gas space in dome roof tank

Table 3 Initial and boundary conditions

类型	参数	数值或函数
初始条件	环境温度/℃	27
	正戊烷表面温度/K	299
	油蒸气质量分数	0
边界条件	正戊烷表面质量分数	UDF
	罐顶热流密度/（W $⋅$ m^-2）	UDF
	左侧罐壁热流密度/（W $⋅$ m^-2）	UDF
	右侧罐壁热流密度/（W $⋅$ m^-2）	UDF

Table 3 Initial and boundary conditions

类型	参数	数值或函数
初始条件	环境温度/℃	27
	正戊烷表面温度/K	299
	油蒸气质量分数	0
边界条件	正戊烷表面质量分数	UDF
	罐顶热流密度/（W $⋅$ m^-2）	UDF
	左侧罐壁热流密度/（W $⋅$ m^-2）	UDF
	右侧罐壁热流密度/（W $⋅$ m^-2）	UDF

Fig.3 Experimental schematic diagram of small breathing loss in storage tanks

Fig.4 Measured value and simulated value of gas temperature inside the tank

Fig.5 Temperature distribution of gas space at different times of the day in summer

Fig.6 The average temperature of gas space at different times of the day and at different oil levels

Fig.7 Distribution of mass fraction of oil vapor on the centerline of gas space at different times

Fig.8 The distribution of the mass fraction of n?pentane vapor in the center line of the gas space at different storage times

Fig.9 The relationship between the average oil vapor mass fraction of gas space and storage time at different oil storage heights

Fig.10 The maximum pressure distribution of gas spaces in tanks at different oil storage heights in a day

Fig.11 Maximum pressure distribution in the summer inside the tank with a storage height of 3.6 m

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