[发明专利]研究储油罐管式加热过程传热与流动规律的装置及方法

说明书

本发明涉及的是研究储油罐管式加热过程传热与流动规律的装置及方法，其中研究储油罐管式加热过程传热与流动规律的装置包括实验储罐、矩形腔体、PIV装置、数据采集控制系统、加热箱，实验储罐、矩形腔体材质相同且透明，实验储罐置于矩形腔体内，实验介质充满矩形腔体与实验储罐之间；罐底可拆卸地设置多组加热管；储罐进出口、多组加热管进口均与相应的支管路连接，各支管路均温度传感器和流量传感器；PIV装置通过拍摄预先混合在实验介质中的示踪粒子与温度显影剂，拍摄实验储罐内的三维温度场和速度场，对实验储罐内实验介质的三维温度场与三维速度场进行监测。本发明可以模拟不同加热条件下管式加热的加热效率，优化管式加热方式。

技术领域：

本发明涉及的是采用管式加热储存原油或成品油的储罐内的传热和流动规律的研究技术领域，具体涉及的是研究储油罐管式加热过程传热与流动规律的装置及方法。

背景技术：

随着我国对原油的需求不断提高，我国原油储备量持续增加。我国北方地区冬季温度可低至-30℃，在原油储存过程中罐内原油会因为析蜡在罐顶、罐壁和罐底形成胶凝结构。为保证收发油的正常运行，对储罐内原油加热是油品储存过程中必要的手段。

管式加热是对储罐内油品进行加热的主要方式。目前加热管主要安装在罐底附近，排列方式采用环状以及蛇形排列等，在某些储罐内加热管存在竖直放置现象，不同类型与规格的加热管、加热管内加热介质流量与温度等都对管式加热的效率存在较大的影响。因此明确不同因素对加热效率的影响，对管式加热过程的经济型与工程安全具有重要作用。

目前，针对储油罐管式加热过程中传热与流动的规律研究，部分研究采用现场测试的方法，通过在储罐内部安装温度传感装置测试罐内油品的温度变化，但由于实际生产过程中的工况复杂，测试过程初始条件定义不明确，测试结果很难准确表征管式加热过程的加热效率，同时储罐内加热管规格与排列方式固定，不能测试不同规格与不同排列方式作用下对加热效果的影响。对于室内研究，已有建立室内模拟罐进行原油温降研究的文献报道，但其加热管规格固定，缺少对管式加热的优化过程。采用数值模拟方法对管式加热过程进行研究也是常用的方法，本申请的第一作者采用数值模拟的方式对管式加热作用下的传热与流动的耦合规律进行研究，并提出实际的改进方法，但并没有通过实验的方式进行验证，结论需进行进一步的提炼总结。综上所述，目前没有较为成型的探究不同类型与规格加热管内不同加热介质温度与流量对实验储罐内介质温度场与速度场影响程度的实验装置与方法。

因此，建立一套针对储油罐内管式加热方式，实现在不同的加热管内加热介质的温度与流量条件下，采用不同类型与规格的加热管，测试实验储罐内介质的温度场与速度场变化的实验装置与方法是十分必要的。

发明内容：

本发明的目的是提供研究储油罐管式加热过程传热与流动规律的装置，这种研究储油罐管式加热过程传热与流动规律的装置用于模拟介质在储油罐内管式加热过程的实验装置，记录介质的三维温度场以及速度场的实时变化情况。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种研究储油罐管式加热过程传热与流动规律的装置包括实验储罐、矩形腔体、PIV装置、数据采集控制系统、加热箱，实验储罐、矩形腔体均为透明的，且二者材质相同，实验储罐设置于矩形腔体内，实验介质充满矩形腔体与实验储罐之间；实验储罐具有浮顶，浮顶布置多个测试孔，测试管穿过测试孔伸入实验储罐内，伸出浮顶部分通过导线与数据采集控制系统相连，测试管安装多个温度传感器；罐壁底部设置有储罐进口和储罐出口，罐底可拆卸地设置多组加热管；储罐进口、储罐出口、多组加热管进口均与相应的支管路连接，各支管路均设置阀门、温度传感器和流量传感器，并构成实验管路，实验管路的另一端与一组加热箱相连，在加热箱和实验储罐之间安装有一组离心泵，通过切换阀门，切换实验流程；PIV装置通过拍摄预先混合在实验介质中的示踪粒子与温度显影剂，拍摄实验储罐内的三维温度场和速度场，对实验储罐内实验介质的三维温度场与三维速度场进行监测。