[发明专利]浮顶原油储罐传热传质过程实验装置及其实验方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于进行原油在浮顶储罐内静置储存、收发油和投产过程的传热传质规律实验研究，具体涉及浮顶原油储罐传热传质过程实验装置及其实验方法。

背景技术

近年来，为了应对世界石油形势，我国相继开展了石油战略储备库建设，兴建了多座大型石油储备库。由于具有低蒸发损耗、经济性好的优势，浮顶储罐成为了首选的储油罐型。在原油的储存过程中，其温度变化规律一直是生产中所关心的问题，掌握不同工况下储罐的油温分布及变化规律是制定储罐运行管理方案、合理控制加热温度，优化加热方案的基础，也是实现原油储运过程节能降耗、低碳环保的前提。

当储罐内储存油品为含蜡原油时，其传热过程更为复杂。对于含蜡原油，当温度较高时，原油中的蜡组分处于溶解状态，原油粘度较低。随温度降低，原油中的蜡组分逐渐结晶并析出，当蜡晶析出量达到2％～3％时，便可形成三维网状结构，阻碍原油流动，导致原油整体失去流动性并凝固。原油的组成和含蜡量变化直接影响其热物理性质和流变性，而原油物性的变化又会对原油的温度分布造成影响，进而又将改变原油的组成和析蜡特性。因此，只有将原油的传热、传质过程相耦合，才能从本质上揭示其温度场变化规律，准确预测原油的温降速率。此外，原油储罐长期运行后，往往在罐底沉积大量油泥，当油泥高度超过储罐进出油口高度时就会导致储罐收发油过程受阻。而在一定条件下罐壁附近形成的凝油也会对浮顶的正常运行、密封效果产生一定影响，对原油传质特性的研究对于保障储罐的安全、稳定运行也格外重要。

目前，针对浮顶储罐内原油储存过程传热传质规律的研究，常用方法为计算机数值模拟，但已有研究仅是针对原油的传热过程，没有将原油的蜡沉积、组成变化与其传热过程相耦合。加之缺乏高效的数值求解算法，导致数值模拟效率低、计算误差较大。也有部分研究采用现场测试方法，通过在储罐内安装温度传感器测试油温变化。但由于实际生产工况复杂多变，导致现场测试所得到的数据难以准确表征原油温度场变化的本质规律。此外，由于难以控制现场试验条件，导致对原油传热过程影响因素的研究难以科学、有效的进行。对于室内实验研究，已有建立室内模拟罐进行原油温降研究的文献报道，但其所建立的实验罐与实际浮顶储罐的结构差异较大，没有体现浮顶储罐的边界特点，且仅能针对原油静置储存的温降过程进行研究，测试数据也只有温度，无法获得原油温降过程的组成、含量变化和散热损失数据，对原油传质过程的研究难以实现。由于缺乏有效的控温手段，无法准确控制储罐不同边界的温度变化，难以实现对原油传热传质过程影响因素深入研究的目的。综上，目前尚没有能够较真实的模拟浮顶原油储罐结构特点，准确、灵活控制实验条件，以储罐内原油传热、传质的耦合过程作为研究对象的实验装置和方法。

因此，建设一套针对浮顶储罐结构和传热边界特点，实现对不同环境温度下原油静置储存、收发油和投产过程模拟，测试原油温度场、热流密度和成分、含量变化的实验装置，以此进行原油传热传质规律研究，对于明确原油储罐的温度场变化规律，提高原油储罐的运行管理水平、实现节能降耗都具有重要的现实意义与指导作用。有鉴于此，本发明提出一种模拟浮顶原油储罐传热传质过程的实验装置和方法，以克服现有技术缺陷。

发明内容

本发明的目的是提供浮顶原油储罐传热传质过程实验装置，这种浮顶原油储罐传热传质过程实验装置用于解决现有技术中对储罐内原油储存过程传热传质规律进行研究的实验装置缺少真实性的问题，本发明的另一个目的是提供这种浮顶原油储罐传热传质过程实验装置的实验方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种浮顶原油储罐传热传质过程实验装置包括实验罐，实验罐为浮顶储罐，实验罐的罐壁和浮顶外侧分别有温控水浴夹层，水浴夹层内设置有罐壁温度传感器，罐壁夹层被分隔成多段螺旋形流道，每段螺旋形流道分别与一台独立的第二恒温水浴相连；浮顶夹层被折流挡板分隔，并与第一恒温水浴相连；罐底外壁覆盖有电热膜，罐底内壁安装有罐底温度传感器，电热膜和罐底温度传感器均与数据采集控制系统相连；浮顶布置多个贯穿的测试孔，测试管穿过测试孔伸入到实验罐底部附近，测试管内封装了多个热电偶，热电偶头部通过测试管上的电偶孔伸出，热电偶与电偶孔间采用与测试管相同材质的塑料密封，测试管留在浮顶外部分通过引出的导线与数据采集控制系统相连，数据采集控制系统与计算机相连；浮顶内壁、罐壁内壁、罐底内壁均设置多个热流传感器，罐壁上设置的热流传感器与测试管中设置的热电偶沿高度方向一一对应布置；测试孔自浮顶中心至罐壁沿径向依次排列成一排，测试孔与罐底内壁设置的热流传感器一一对应；测试管上还布置有取样孔，实验罐通过螺杆泵连接预热罐。