[發明專利]研究儲油罐管式加熱過程傳熱與流動規律的裝置及方法

有效

• 申請號: 202010266918.6
• 申請日: 2020-04-07
• 公開（公告）號: CN111289563B
• 公開（公告）日: 2022-05-27
• 發明（設計）人: 董航;趙健;劉俊陽;劉揚;李瑋;朱云偉
• 申請（專利權）人: 東北石油大學
• 主分類號: G01N25/20
• 分類號: G01N25/20;G01M10/00;G01P5/00;G01P5/20
• 代理公司: 哈爾濱東方專利事務所 23118
• 代理人: 曹愛華

本發明涉及的是研究儲油罐管式加熱過程傳熱與流動規律的裝置及方法，其中研究儲油罐管式加熱過程傳熱與流動規律的裝置包括實驗儲罐、矩形腔體、PIV裝置、數據采集控制系統、加熱箱，實驗儲罐、矩形腔體材質相同且透明，實驗儲罐置于矩形腔體內，實驗介質充滿矩形腔體與實驗儲罐之間；罐底可拆卸地設置多組加熱管；儲罐進出口、多組加熱管進口均與相應的支管路連接，各支管路均溫度傳感器和流量傳感器；PIV裝置通過拍攝預先混合在實驗介質中的示蹤粒子與溫度顯影劑，拍攝實驗儲罐內的三維溫度場和速度場，對實驗儲罐內實驗介質的三維溫度場與三維速度場進行監測。本發明可以模擬不同加熱條件下管式加熱的加熱效率，優化管式加熱方式。

技術領域：

本發明涉及的是采用管式加熱儲存原油或成品油的儲罐內的傳熱和流動規律的研究技術領域，具體涉及的是研究儲油罐管式加熱過程傳熱與流動規律的裝置及方法。

背景技術：

隨著我國對原油的需求不斷提高，我國原油儲備量持續增加。我國北方地區冬季溫度可低至-30℃，在原油儲存過程中罐內原油會因為析蠟在罐頂、罐壁和罐底形成膠凝結構。為保證收發油的正常運行，對儲罐內原油加熱是油品儲存過程中必要的手段。

管式加熱是對儲罐內油品進行加熱的主要方式。目前加熱管主要安裝在罐底附近，排列方式采用環狀以及蛇形排列等，在某些儲罐內加熱管存在豎直放置現象，不同類型與規格的加熱管、加熱管內加熱介質流量與溫度等都對管式加熱的效率存在較大的影響。因此明確不同因素對加熱效率的影響，對管式加熱過程的經濟型與工程安全具有重要作用。

目前，針對儲油罐管式加熱過程中傳熱與流動的規律研究，部分研究采用現場測試的方法，通過在儲罐內部安裝溫度傳感裝置測試罐內油品的溫度變化，但由于實際生產過程中的工況復雜，測試過程初始條件定義不明確，測試結果很難準確表征管式加熱過程的加熱效率，同時儲罐內加熱管規格與排列方式固定，不能測試不同規格與不同排列方式作用下對加熱效果的影響。對于室內研究，已有建立室內模擬罐進行原油溫降研究的文獻報道，但其加熱管規格固定，缺少對管式加熱的優化過程。采用數值模擬方法對管式加熱過程進行研究也是常用的方法，本申請的第一作者采用數值模擬的方式對管式加熱作用下的傳熱與流動的耦合規律進行研究，并提出實際的改進方法，但并沒有通過實驗的方式進行驗證，結論需進行進一步的提煉總結。綜上所述，目前沒有較為成型的探究不同類型與規格加熱管內不同加熱介質溫度與流量對實驗儲罐內介質溫度場與速度場影響程度的實驗裝置與方法。

因此，建立一套針對儲油罐內管式加熱方式，實現在不同的加熱管內加熱介質的溫度與流量條件下，采用不同類型與規格的加熱管，測試實驗儲罐內介質的溫度場與速度場變化的實驗裝置與方法是十分必要的。

發明內容：

本發明的目的是提供研究儲油罐管式加熱過程傳熱與流動規律的裝置，這種研究儲油罐管式加熱過程傳熱與流動規律的裝置用于模擬介質在儲油罐內管式加熱過程的實驗裝置，記錄介質的三維溫度場以及速度場的實時變化情況。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：這種研究儲油罐管式加熱過程傳熱與流動規律的裝置包括實驗儲罐、矩形腔體、PIV裝置、數據采集控制系統、加熱箱，實驗儲罐、矩形腔體均為透明的，且二者材質相同，實驗儲罐設置于矩形腔體內，實驗介質充滿矩形腔體與實驗儲罐之間；實驗儲罐具有浮頂，浮頂布置多個測試孔，測試管穿過測試孔伸入實驗儲罐內，伸出浮頂部分通過導線與數據采集控制系統相連，測試管安裝多個溫度傳感器；罐壁底部設置有儲罐進口和儲罐出口，罐底可拆卸地設置多組加熱管；儲罐進口、儲罐出口、多組加熱管進口均與相應的支管路連接，各支管路均設置閥門、溫度傳感器和流量傳感器，并構成實驗管路，實驗管路的另一端與一組加熱箱相連，在加熱箱和實驗儲罐之間安裝有一組離心泵，通過切換閥門，切換實驗流程；PIV裝置通過拍攝預先混合在實驗介質中的示蹤粒子與溫度顯影劑，拍攝實驗儲罐內的三維溫度場和速度場，對實驗儲罐內實驗介質的三維溫度場與三維速度場進行監測。