(转)舟山经济特区保税燃料油加注过程油气挥发探索

I Achievement & Summarize
舟山经济特区保税燃料油加注过程油气挥发探索
□朱正祺，卢金树，鄂甜甜,尚国飞
(浙江海洋大学港航与交通运输工程学院，浙江舟山316022)
摘要：保税燃料油加注过程中油品的挥发损耗，造成了能源浪费、环境污染、健康危害、安全隐患以及油品质量的下降，因此油品挥发引 起的损耗一直吸引着国内外学者的关注。本文为减少和预测保税燃料加注过程的挥发，试图对舟山保税燃料油加注辻程的挥发提供理论支持， 并为后续的研究者提供方法上的建议。
关键词：舟山；保税燃料油；加注作业；挥发；探索
中图分类号:U661.3 文献标识色：A 文章编号：1004-0714(2019)03-0151-03
Prospect of Bonded Fuel Oil Refueling in Zhoushan Special Economic Zone
ZHU Zheng-qi ,LU Jin—shu, WU Tian—tian, SHANG Guo—fei
(Port and Transportation Collge, Zhejiang Ocean University, 316022, Zhoushan, Zhejiang, China)
Abstact: The vol ati 1 e 1 oss of oi 1 i n the process of bonded fuel oi 1 filling causes energy waste, envi ronmen- tal pol1ution, health hazards , safety hazards and the decli ne of oi 1 qual1ty. Therefore, the 1 oss caused by oi 1 vol ati 1 e has attracted the attention of schol ars at home and abroad. In order to reduce and predict the volatile of the bonded fuel injection process, this paper attempts to provide theoretical support for the volati 1 e of the Zhoushan bonded fuel oil filling process, and provides methodological advice for subsequent researchers.
Keywords:Zhoushan；bonded fuel oi 1 ；fi 11 ing operation；volati1e；prospect

一、舟山保税燃料油的研究背景
目前中国保税油与国际市场差距非常大，统计数据显示， 2016年新加坡港口吞吐量达到5亿吨左右，船用燃油供应量高 达4860万吨。相比之下，中国港口吞吐量高达上百亿吨，而保税 燃油供应量却仅为842万吨。浙江舟山群岛新区自成立以来已成 为我国首个以海洋经济为主题的国家级新区，浙江舟山地处中国 南北航线和东亚航线的中间点，途经中国的7条国际主航线中有 6条航线都须经过舟山海域，预计保税油市场需求量可达2000 万吨。2014年，舟山海上保税燃料油直供量位66.5万吨;2015 年，保税燃料油直供量达到94.2万吨，同比增长42%；2016年，保 税燃料油直供量106.4万吨，同比增长率放缓为13%；2017年，保 税燃料油供应量突破180万吨，同比增长高达69%,保税燃料油 加注业务成为舟山海洋经济新的亮点。
二、油品挥发实验研究进展
直接用实验方法研究油品在限制空间的挥发，结果表明在实 船油舱上研究燃油加载速度一定情况下，货舱透气孔处排出油气 浓度先经过一个缓慢的上升过程，至装载率到70%以后，油气浓 度突然快速增大m,排放出的气体中氮气占70%,炷气占13%,二 氧化碳占10%,氧气占5%以及2%的其他气体殉液相厚度，环境 温度、挥发表面积均会对挥发产生影响模型试验结果得到限 制空间中的燃油静态挥发量与时间成对数关系且饱和蒸汽压下 降叫非限制空间的油品损失量同样与时间成对数关系密闭 空间燃油挥发速率与蒸汽压增长率成线性关系叫
然而用油膜法研究油品挥发，油膜的厚度、燃料特性因素会 在很大程度上影响油品的挥发，壁面温度是影响油品挥发速率以 及油蒸气行为的关键因素啊。这与限制空间动态挥发有明显区 别。通过模型实验研究装货过程中限制空间内油品挥发过程容易 获得透气孔处以及舱内某一点油气浓度变化，但此方法难以获得 舱内油气物理场的具体参数叶吐如若模型过小，监测仪器也会影 响油气流场。
三、 油品挥发数值仿真研究进展
油品挥发是一个很复杂的过程，与保税燃料油蒸汽本身的扩 散能力有直接的联系，所以也有许多学者采用数学模型及数值分 析处理燃油挥发问题。Mackay和Matsugu依据经典的水挥发理 论和实验数据提出一个燃油挥发的经验公式，并指出在开放环境 中，燃油挥发质量与风速、液面直径以及Schmidt数成正比时， Stiver在此基础上提出了摩尔挥发速率方程冏，能定性预测油品 的挥发° Yang和Wang基于Mackay与Matsugu研究基础提出新 的数值模型预测油品挥发的特点岡，该模型只适用于开阔环境油 品挥发早期，而且假设石油为单一化合物。Fallah和Stark认为开 阔环境因素对油品挥发是随机的，从而提出一个random模型预 测油品在水面的挥发，并用实验数据成功验证了其可靠性冋，但 该模型考虑环境因素的随机影响，较为复杂，并且局限于油品挥 发的初期。能够定量和定性研究限制空间油品动态挥发阳冽,但难 以展示空间内的物理场变化。所以用数学模型与数值模拟相结合 的方式则可以发挥各自优势。
于是有部分学者基于VOF多相模型和菲克扩散定律的简化 形式研究液体挥发速率能够很好地展现流场各处压力、温度的数 值变化阡绍，但采用数值模拟需要实验验证。A.D. Galeev等人提 出挥发池模型，并用数值模拟池形大小、液体表面风速对液体挥 发的影响，结果表明池形增大挥发率降低，表面风速增大则池形 大小对挥发率影响减弱。同时用物理结果验证了数值模拟的准确 性，能够很好地预测己烷在非限制空间的动态挥发四。张乾分别 进行了晃荡、加注速率单因子对油气气液传质及排放的三维数值 模拟网。
四、 实验案例分析
实验目的是研究舟山海域保税燃料油加注过程中油品挥发 及透气孔处油气的排出规律。实验内容是构建实物模型，初步研 究横摇周期对保税燃料油加注过程油气排放的作用规律。模型实 验设计是模型舱的设计制作30万吨VLCC的边舱为基础，通过 欧拉数和弗劳德数进行1/40缩尺比进行简化，如图1所示，液舱 晃动平台选用更为先进的（武汉穆特科技有限公司）六自由度晃 荡平台，可以精确模拟横摇周期。加注速率选取1.38L/min,横摇 幅值为5。,根据加注作业实际工况装载率为1（）%〜95%,实验加注 时间为55.5分钟。

图1液货舱物理模型
模型试验流程是将油品通过计量泵再经过加油管加注到模 型舱内，浓度传感器安装在透气孔处，加注的同时开启六自由度 晃荡平台，依次进行横摇周期为4s、6s、8s、10s的实验。每次实验 前，模型舱内保留10%的液相油品，并静置30-60min,舱内压力 为标准大气压。实验时通过空调系统控制环境温度为261。实验 选取丙烷为检测对象。实验结果如图2所示。

图2 不同周期下载液率与丙烷浓度变化
实验趋势与实船检测基本吻合，因为舱内存有10%的油品， 所以前期增长较快。通过数据处理得到透气的总量，为实际加注 过程油气的处理提供指导。
五、保税燃料油油品挥发研究的展望
自2017年4月1日，国务院正式批复设立中国（浙江）自由 贸易试验区以来，浙江舟山经济特区重点推进油品全产业链的投 资便利化和贸易自由化，积极谋求在保税燃料油加注领域率先突 破，主动适应、融入、接轨国际贸易新体系，谋求东北亚地区保税 燃料油市场份额的重新分配。随着环保意识的增强，在重分配的 过程不能以牺牲环境为代价°因此在提高保税燃料油加注速率的
同时，必须把油品挥发的机理梳理清楚。
很多学者对舱内油气产生的影响因素基本都已涉足,但未有 学者研究加注过程中晃荡的影响；当前VOCs浓度场变化因素只 有少部分学者考虑了装载速率的晃荡,且油舱VOCs浓度场的研 究在三维单因素模型层面，但船舶摇晃产生的晃荡以及与燃料油 加注速率耦合的晃荡效应并未考虑；仅通过物理实验难以得出油 气浓度在三维空间的运移特征。因此，采用模型实验与三维数值 模拟相互结合的方式能更准确地研究舟山经济特区保税燃料油 加注过程油品的运动特征及其规律。这样不但有利于我国海事服 务产业的快速发展，提升港口的国际竞争力，更将增强我国石油 资源全球配置能力，保障国家经济安全。®
基金项目：浙江省自然科学基金项目(LY18E090008);舟 山市科技局项目(2016C12010)o
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作者简介：朱正祺(1992-),男，汉族，江苏淮安人，浙江海洋 大学，硕士研究生。研究方向：海上安全保障技术。
收稿日期：2018-11-01