沉墊收、發(fā)油和保溫加熱系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?、?shí)驗(yàn)方法及應(yīng)用
【專利摘要】本發(fā)明公開了沉墊收、發(fā)油和保溫加熱系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?、?shí)驗(yàn)方法及應(yīng)用，實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ桶ㄓ凸?、油泵、水罐、水泵和若干沉墊模擬艙，每個沉墊模擬艙中均設(shè)有油水隔膜；所述油罐和水罐內(nèi)設(shè)有加熱系統(tǒng)；每個沉墊模擬艙中均設(shè)有溫度測量裝置，每個沉墊模擬艙外均敷設(shè)保溫層。本發(fā)明能夠同時(shí)模擬水推油發(fā)油過程、油泵抽油發(fā)油過程、油推水收油過程或水泵抽水收油過程，降低了實(shí)驗(yàn)?zāi)M成本；同時(shí)本發(fā)明采用外循環(huán)方式加熱原油，在進(jìn)行加熱工藝實(shí)驗(yàn)時(shí)，將油罐用作加熱罐，利用油泵將油泵送至油罐加熱至儲存的預(yù)定溫度，然后輸送回沉墊模擬艙，完成循環(huán)加熱，從而避免了在沉墊模擬艙內(nèi)布設(shè)加熱盤管。
【專利說明】
沉墊收、發(fā)油和保溫加熱系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?、?shí)驗(yàn)方法及應(yīng)用
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及沉墊收、發(fā)油和保溫加熱系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?、?shí)驗(yàn)方法及應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 水置換式海底儲油罐包括儲罐主體、柔性油水隔離保溫內(nèi)膽、進(jìn)排水管、注油管、 出油管、充氣管和含油污水柔性吸管等。油水隔離保溫內(nèi)膽邊緣固定于儲罐主體的邊壁中 部，由柔軟水密材料制成，底部填充高性能保溫填料，類似于一只大型口袋，容積不低于水 下儲罐容積的一半。儲罐系統(tǒng)制作完成后，依靠儲罐浮力拖航至預(yù)定位置，沉入水下，外界 水通過進(jìn)排水管自動充滿儲罐主體。依靠油壓通過注油管將原油注入罐內(nèi)，油水隔離保溫 內(nèi)膽隨之變形，外界水通過進(jìn)排水管排出儲罐主體。由于油比水輕，油一直處于儲罐主體上 部。出油時(shí)，打開出油管上的閥口，原油在外界水壓力作用下通過出油管流出（必要時(shí)可用 累抽吸），外界水通過進(jìn)排水管自動充填原來空間。儲存含水原油時(shí)，含水原油中的大部分 游離水會沉降至底部，可通過污水柔性吸管吸出后處理。
[0003] 實(shí)際生產(chǎn)中的沉墊儲油的收發(fā)油及保溫加熱工藝難W進(jìn)行驗(yàn)證測試，因而需要小 型實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ脱芯坑退脫Q艙內(nèi)隔膜的運(yùn)動規(guī)律，分析膜的運(yùn)動情況和沉墊進(jìn)出管的布置方 案對收發(fā)油的影響，據(jù)此來驗(yàn)證平臺收發(fā)油方案的合理性實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證，同時(shí)利用模型艙可 W研究艙內(nèi)溫度場的變化情況。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明提供了沉墊收、發(fā)油和保溫加熱系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ图?其實(shí)驗(yàn)方法，W研究油水置換艙內(nèi)隔膜的運(yùn)動規(guī)律艙內(nèi)溫度場的變化情況；同時(shí)本發(fā)明還 提供了沉墊收、發(fā)油和保溫加熱系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃蛯?shí)驗(yàn)方法的應(yīng)用。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：
[0006] 沉墊收、發(fā)油和保溫加熱系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停ㄓ凸蕖⒂屠?、水罐、水累和若干沉墊模 擬艙，其中，每個沉墊模擬艙的進(jìn)油口均通過管路同時(shí)連接油累出口和油罐出口，每個沉墊 模擬艙的出油口均通過管路同時(shí)連接油累進(jìn)口和油罐進(jìn)口，每個沉墊模擬艙的進(jìn)水口均通 過管路同時(shí)連接水累出口和水罐出口，每個沉墊模擬艙的出水口均通過管路同時(shí)連接水累 進(jìn)口和水罐進(jìn)口，油罐進(jìn)口通過管路還連接油累出口，油罐出口通過管路還連接油累進(jìn)口， 水罐進(jìn)口通過管路還連接水累出口，水罐出口通過管路還連接水累進(jìn)口，所有管路中均設(shè) 有閥口，與油累出口和水累出口連接的管路中均設(shè)有計(jì)量裝置，每個沉墊模擬艙中均設(shè)有 油水隔膜；
[0007] 所述油罐和水罐內(nèi)設(shè)有加熱系統(tǒng);每個沉墊模擬艙中均設(shè)有溫度測量裝置，每個 沉墊模擬艙外均敷設(shè)保溫層。
[000引本發(fā)明能夠同時(shí)模擬水推油發(fā)油過程、油累抽油發(fā)油過程、油推水收油過程或水 累抽水收油過程，降低了實(shí)驗(yàn)?zāi)M成本;同時(shí)由于水下儲油有移動的油水界面，在沉墊模擬 艙內(nèi)不宜布設(shè)加熱盤管，本發(fā)明采用外循環(huán)方式加熱原油，在進(jìn)行加熱工藝實(shí)驗(yàn)時(shí)，將油罐 用作加熱罐，利用油累將油累送至油罐加熱至儲存的預(yù)定溫度，然后輸送回沉墊模擬艙，完 成循環(huán)加熱，從而避免了在沉墊模擬艙內(nèi)布設(shè)加熱盤管。
[0009] 優(yōu)選的，若沉墊模擬艙的數(shù)量大于1，則沉墊模擬艙并聯(lián)。
[0010] 優(yōu)選的，在每個沉墊模擬艙頂部均開設(shè)進(jìn)油口和出油口，且每個沉墊模擬艙的進(jìn) 油口和出油口的數(shù)量共5個;在每個沉墊模擬艙底部均開設(shè)進(jìn)水口和出水口，且每個沉墊模 擬艙的進(jìn)水口和出水口的數(shù)量共5個。能夠更好的完成對收發(fā)油過程的模擬。
[0011] 利用上述實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷陌l(fā)油和收油的方法，其中，發(fā)油方法為水推油發(fā)油方法或油 累抽油發(fā)油方法，
[0012] 所述水推油發(fā)油方法的步驟為:打開連接水罐出口與水累進(jìn)口管道的閥口、連接 水累出口與水罐進(jìn)口管道的閥口、連接水累出口與沉墊模擬艙進(jìn)水口管道的閥口 W及連接 沉墊模擬艙出油口與油罐進(jìn)口管道的閥口，關(guān)閉其他閥口，水累將水罐中的水抽出后，一部 分計(jì)量進(jìn)入沉墊模擬艙，另一部分返回水罐中，進(jìn)入沉墊模擬艙的水推動隔膜，將沉墊模擬 艙中的油經(jīng)管路推送至油罐中；
[0013] 所述油累抽油發(fā)油方法的步驟為:打開連接沉墊模擬艙出油口與油累進(jìn)口管道的 閥口、連接油累進(jìn)口與沉墊模擬艙進(jìn)油口管道的閥口、連接油累出口與油罐進(jìn)口管道的閥 口 W及連接水罐出口與沉墊模擬艙進(jìn)水口管道的閥口，關(guān)閉其他閥口，油累將沉墊模擬艙 中的油抽出后，一部分計(jì)量進(jìn)入油罐，另一部分返回沉墊模擬艙，水罐中的水進(jìn)入至沉墊模 擬艙中。
[0014] 收油方法為油推水收油方法或水累抽水收油方法，
[0015] 所述油推水收油方法的步驟為:打開連接油罐出口與油累進(jìn)口管道的閥口、連接 油累出口與油罐進(jìn)口管道的閥口、連接油累出口與沉墊模擬艙進(jìn)油口管道的閥口 W及連接 沉墊模擬艙出水口與水罐進(jìn)口管道的閥口，關(guān)閉其他閥口，油累將油罐中的油抽出后，一部 分計(jì)量進(jìn)入沉墊模擬艙，另一部分返回油罐，進(jìn)入沉墊模擬艙的油推動隔膜，將沉墊模擬艙 中的水推送至水罐中；
[0016] 所述水累抽水收油方法的步驟為:打開連接沉墊模擬艙出水口與水累進(jìn)口管道的 閥口、連接水累出口與沉墊模擬艙出水口管道的閥口、連接水累出口與水罐進(jìn)口管道的閥 口 W及連接油罐出油口與沉墊模擬艙進(jìn)油口管道的閥口，關(guān)閉其他閥口，水累將沉墊模擬 艙中的水抽出后，一部分計(jì)量進(jìn)入水罐中，另一部分返回沉墊模擬艙，油罐中的有進(jìn)入至沉 墊模擬艙中。
[0017] 本發(fā)明能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)不同收發(fā)油過程，降低了模擬實(shí)驗(yàn)的成本。
[0018] 利用上述發(fā)油和收油方法的實(shí)驗(yàn)方法，其步驟為:在收發(fā)油過程中，控制改變不同 收油或發(fā)油的流速或溫度，檢測與油累出口連接的管路設(shè)有計(jì)量裝置的瞬時(shí)流量和累計(jì)流 量、沉墊模擬艙內(nèi)油液位的變化及隔膜的運(yùn)動速度。
[0019] 本發(fā)明能夠模擬得到收發(fā)油過程中理論數(shù)據(jù)，為實(shí)際的工藝設(shè)計(jì)作理論指導(dǎo)。
[0020] -種上述發(fā)油和收油方法的實(shí)驗(yàn)方法在優(yōu)化頂部平臺的原油產(chǎn)量和穿梭油輪容 量進(jìn)行收發(fā)工藝的管線及設(shè)備選型中的應(yīng)用。
[0021] 利用上述實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛯τ图訜岬姆椒?，其步驟為:打開連接沉墊模擬艙出油口與油 累進(jìn)口管道的閥口、連接油累出口與油罐進(jìn)口管道的閥口，油累將沉墊模擬艙中的油累送 至油罐中，然后關(guān)閉閥口，油罐中的加熱系統(tǒng)將油加熱后，打開連接油罐出口與沉墊模擬艙 進(jìn)油口管道的閥口，使加熱后的油進(jìn)入至沉墊模擬艙中，完成循環(huán)加熱。
[0022] 本發(fā)明通過對油罐加熱及油的循環(huán)，從而實(shí)現(xiàn)了對沉墊模擬艙中油的加熱，避免 了在沉墊模擬艙中布設(shè)加熱盤管的問題。
[0023] 利用上述實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛯τ图訜岬姆椒▽Τ翂|模擬艙保溫檢測的實(shí)驗(yàn)方法，其步驟 為:加熱后的有進(jìn)入沉墊模擬艙，待液面穩(wěn)定后，在沉墊模擬艙的油中設(shè)置若干溫測點(diǎn)，檢 測不同位置的溫度隨時(shí)間的變化，并繪制曲線，然后根據(jù)測量數(shù)據(jù)計(jì)算得到儲罐散熱量隨 時(shí)間的變化曲線。
[0024] 本發(fā)明能夠擴(kuò)大和加深對油水沉墊傳熱傳質(zhì)的認(rèn)識，為儲油工藝參數(shù)和罐體結(jié)構(gòu) 熱應(yīng)力計(jì)算提供可靠的依據(jù)；同時(shí)能夠研究不同進(jìn)艙溫度時(shí)艙內(nèi)原油的溫度場和溫降規(guī) 律。
[0025] 優(yōu)選的，所述若干溫測點(diǎn)的位置為沉墊模擬艙內(nèi)油上液面處、1/4液位、1/2液位、 3/4液位、艙底，沿徑向沉墊模擬艙中屯、位置、1/4半徑、1/2半徑、3/4半徑、艙壁位置，共25處 溫測點(diǎn)。能夠擴(kuò)大和加深對油水沉墊傳熱傳質(zhì)的認(rèn)識。
[0026] 優(yōu)選的，所述若干溫測點(diǎn)位置為沉墊模擬艙內(nèi)油上液面處、1/2液位、艙底，沉墊模 擬艙壁位置中屯、位置及沉墊模擬艙壁兩側(cè)位置，共9處溫測點(diǎn)。能夠研究不同進(jìn)艙溫度時(shí)艙 內(nèi)原油的溫度場和溫降規(guī)律。
[0027] -種利用上述對沉墊模擬艙保溫檢測的實(shí)驗(yàn)方法優(yōu)化沉墊儲油艙加熱保溫系統(tǒng) 的應(yīng)用。
[0028] -種利用上述收油方法和發(fā)油方法的實(shí)驗(yàn)方法和對沉墊模擬艙保溫檢測的實(shí)驗(yàn) 方法在優(yōu)化沉墊收、發(fā)油及保溫加熱系統(tǒng)的應(yīng)用。
[0029] 本發(fā)明的有益效果為：
[0030] 1.本發(fā)明能夠同時(shí)模擬水推油發(fā)油過程、油累抽油發(fā)油過程、油推水收油過程或 水累抽水收油過程，降低了實(shí)驗(yàn)?zāi)M成本。
[0031] 2.本發(fā)明采用外循環(huán)方式加熱原油，在進(jìn)行加熱工藝實(shí)驗(yàn)時(shí)，將油罐用作加熱罐， 利用油累將油累送至油罐加熱至儲存的預(yù)定溫度，然后輸送回沉墊模擬艙，完成循環(huán)加熱， 從而避免了在沉墊模擬艙內(nèi)布設(shè)加熱盤管。
[0032] 3.本發(fā)明能夠模擬得到出收發(fā)油過程中各種理論數(shù)據(jù)，為實(shí)際的工藝設(shè)計(jì)作理論 指導(dǎo)。
[0033] 4.本發(fā)明通過一套裝置基本能夠模擬實(shí)際生產(chǎn)中的所有過程，設(shè)備較少，利于節(jié) 能環(huán)保。
【附圖說明】
[0034] 圖1為本發(fā)明系統(tǒng)流程圖；
[0035] 圖2為透明罐頂部開孔俯視圖；
[0036] 圖3為透明罐頂部開孔主視圖；
[0037] 圖4為透明罐頂部開孔左視圖；
[003引圖5為透明罐頂部開孔圖；
[0039] 圖6為透明罐底部開孔圖；
[0040] 圖7為測溫孔布置圖；
[0041] 圖8為監(jiān)測點(diǎn)設(shè)置示意圖；
[0042] 其中，101.油罐，102.水罐，103.透明罐，104.油累，105.水累。
【具體實(shí)施方式】
[0043] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說明。
[0044] 根據(jù)沉墊收、發(fā)油工藝的理論分析及計(jì)算研究，擬制作Ξ個獨(dú)立的沉墊模擬艙代 替沉墊四分之一艙容的Ξ個小艙，配合油罐和水罐進(jìn)行收、發(fā)油實(shí)驗(yàn)，同時(shí)為了準(zhǔn)確的研究 艙內(nèi)原油的降溫規(guī)律，需要針對Ξ個小艙進(jìn)行降溫過程溫度場的測試，而艙的外表可W進(jìn) 行保溫材料性能的測試，因此擬針對Ξ個實(shí)驗(yàn)內(nèi)容試制一套完整的綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，同時(shí)保 證具有進(jìn)行Ξ個實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的功能。
[0045] 沉墊收、發(fā)油和保溫加熱系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，如圖1所示，包括油罐101、油累104、水罐 102、水累105和3個透明罐103,3個透明罐103并聯(lián)，其中，每個透明罐103的進(jìn)油口均通過管 路同時(shí)連接油累104出口和油罐101出口，每個透明罐103的出油口均通過管路同時(shí)連接油 累104進(jìn)口和油罐101進(jìn)口，每個透明罐103的進(jìn)水口均通過管路同時(shí)連接水累105出口和水 罐102出口，每個透明罐103的出水口均通過管路同時(shí)連接水累105進(jìn)口和水罐102進(jìn)口，油 罐101進(jìn)口通過管路還連接油累104出口，油罐101出口通過管路還連接油累104進(jìn)口，水罐 102進(jìn)口通過管路還連接水累105出口，水罐102出口通過管路還連接水累105進(jìn)口，所有管 路中均設(shè)有閥口，與油累104出口和水累105出口連接的管路中均設(shè)有計(jì)量裝置，每個透明 罐103中均設(shè)有油水隔膜。
[0046] -、沉墊收、發(fā)油功能設(shè)計(jì)
[0047] 沉墊收、發(fā)油模型的目的是測試設(shè)計(jì)的幾種收、發(fā)油方案實(shí)際的運(yùn)行效果，根據(jù)沉 墊收、發(fā)油工藝的理論分析，完成實(shí)驗(yàn)流程簡化說明圖見圖1所示，整個實(shí)驗(yàn)要實(shí)現(xiàn)水推油 發(fā)油、油累發(fā)油、油推水收油、水累水收油四套流程，具體功能說明如下：
[004引（1)水推油發(fā)油過程
[0049] 水通過管線15進(jìn)入水累105,在水累105出口，一部分通過管線13和14回流到水罐 102，其他水經(jīng)過計(jì)量后通過A閥和管線12-1、12-2、12-3,管線9-1、9-2、9-3進(jìn)入透明罐103 內(nèi)。油通過管線16-1、16-2、16-3,管線7-1、7-2、7-3和C閥和管線1進(jìn)入油罐101。
[0050] (2)油累抽油發(fā)油過程
[0051] 油通過管線16-1、16-2、16-3，管線7-1、7-2、7-3和管線6進(jìn)入油累104入口，油累 104出口油一部分作為回流通過管線17-1、17-2、17-3回到透明罐103內(nèi)，剩余的計(jì)量后通過 管線3進(jìn)入油罐101。水通過管線14、B閥和管線12-1、12-2、12-3,管線9-1、9-2、9-3進(jìn)入透明 値 103 〇
[0052] (3)油推水收油
[0053] 油通過管線2進(jìn)入油累104,在油累104出口，一部分通過管線5和1回流到油罐101， 剩余的油經(jīng)過計(jì)量后通過管線16-1、16-2、16-3,管線7-1、7-2、7-3進(jìn)入透明罐103內(nèi)。水通 過管線12-1、12-2、12-3，管線9-1、9-2、9-3、8閥和管線14進(jìn)入水罐102。
[0化4] (4)水累抽水收油過程
[0055] 水通過管線12-1、12-2、12-3，管線9-1、9-2、9-3和管線8進(jìn)入水累105入口，水累 105出口水一部分作為回流通過管線18-1、18-2、18-3回到透明罐103,剩余的計(jì)量后通過管 線10、15進(jìn)入水罐102。油通過管線1、閥C和管線16-1、16-2、16-3,管線7-1、7-2、7-3進(jìn)入透 明罐103。
[0056] 為了更好的完成對收發(fā)油流程的模擬，設(shè)置5個進(jìn)、出油口和5個進(jìn)、出水口。
[0057] 3個透明罐103的頂部和底部都要開設(shè)管路連接孔，每條連接透明罐的管線上面都 要布設(shè)閥口，具體布置見圖2-6。
[0058] 利用圖1實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)現(xiàn)沉墊收發(fā)油工藝實(shí)驗(yàn)，可W進(jìn)行收油過程和發(fā)油過程的模 擬。本試驗(yàn)的目的是研究選擇收發(fā)油的工藝參數(shù)，具體實(shí)驗(yàn)方案如下。
[0059] ①收油模型實(shí)驗(yàn)：
[0060] 收油實(shí)驗(yàn)中，油罐101和透明罐103分別作為平臺上的原油緩沖罐和沉墊艙，油累 104作為原油輸送累。
[0061] 實(shí)驗(yàn)中原油在油罐101內(nèi)經(jīng)加熱至預(yù)定溫度后，將油罐101內(nèi)的原油通過油累104 累送至透明罐103,將透明罐103底水壓出。
[0062] 實(shí)驗(yàn)中研究的工藝變量包括：
[0063] 充油流速；
[0064] 充油溫度；
[0065] 在收油實(shí)驗(yàn)中，充油流速等參數(shù)的確定要結(jié)合平臺上生產(chǎn)規(guī)模，收油流程管徑等 參數(shù)進(jìn)一步分析確定。
[0066] 實(shí)驗(yàn)中檢測變量包括：
[0067 ]進(jìn)透明罐103流量計(jì)的瞬時(shí)流量和累計(jì)流量；
[006引透明罐103內(nèi)液位變化；
[0069] 油水隔離膜的運(yùn)動情況。
[0070] ②發(fā)油模型實(shí)驗(yàn)：
[0071] 發(fā)油實(shí)驗(yàn)中，油罐101和透明罐103分別作為平臺上的穿梭油輪液艙和沉墊艙，油 累104作為原油輸送累。
[0072] 實(shí)驗(yàn)中將透明罐103內(nèi)的原油通過油累104累送至油罐101。
[0073] 實(shí)驗(yàn)中研究的工藝變量包括：
[0074] 發(fā)油流速；
[0075] 發(fā)油溫度；
[0076] 實(shí)驗(yàn)中檢測變量包括：
[0077 ]出透明罐103流量計(jì)的瞬時(shí)流量和累計(jì)流量；
[007引透明罐103內(nèi)液位變化；
[0079] 油水隔離膜的運(yùn)動情況。
[0080] 發(fā)油流程的發(fā)油流速及發(fā)油溫度等參數(shù)要結(jié)合穿梭油輪的穿梭頻率來確定。
[0081] 通過收發(fā)油模型實(shí)驗(yàn)，確定出最優(yōu)的收、發(fā)油速度和溫度，進(jìn)而根據(jù)頂部平臺的原 油產(chǎn)量和穿梭油輪容量進(jìn)行收發(fā)工藝的管線及累等設(shè)備的選型，同時(shí)完成流程選擇和管系 布置。
[0082] 二、沉墊保溫及加熱功能設(shè)計(jì)
[0083] 原油在沉墊儲油艙內(nèi)由于對流、導(dǎo)熱等傳熱過程，艙內(nèi)原油溫度會不斷下降，影響 油水隔離水下儲油艙溫度降低快慢的原因有很多：原油進(jìn)艙的溫度、儲油艙充裝度、保溫材 料的性能、海水的溫度、海流速度等。沉墊保溫及加熱實(shí)驗(yàn)的目的在于研究艙內(nèi)儲油降溫過 程的溫度場，從而確定最佳的進(jìn)油溫度及開始循環(huán)加熱的溫度，同時(shí)驗(yàn)證和完善理論的溫 度場模擬研究結(jié)論。
[0084]保溫及加熱工藝實(shí)驗(yàn)分為兩個主要部分，一是加熱工藝實(shí)驗(yàn);二是保溫性能實(shí)驗(yàn)； 分別介紹如下：
[00化]1.加熱工藝實(shí)驗(yàn)
[0086] 由于水下儲油有移動的油水界面，在罐內(nèi)不宜布設(shè)加熱盤管，采用外循環(huán)方式加 熱原油是行之有效的方法。在進(jìn)行加熱工藝實(shí)驗(yàn)時(shí)，將油罐101用作加熱罐，利用油累104將 原油累送至油罐101加熱至儲存的預(yù)定溫度，然后輸送回透明罐103,完成循環(huán)加熱。
[0087] 加熱實(shí)驗(yàn)中主要研究W下影響因素：
[0088] 透明罐10巧日熱臨界溫度，即需要開始循環(huán)加熱時(shí)透明罐103的溫度；
[0089] 循環(huán)原油的加熱溫度，即油罐101中加熱后的原油溫度；
[0090] 試驗(yàn)中檢測的主要參數(shù)：
[0091] 透明罐103內(nèi)的溫度場。
[0092] 通過上述兩影響因素分析，結(jié)合溫度場測定最終確定出加熱頻率及循環(huán)加熱起始 和結(jié)束溫度等關(guān)鍵參數(shù)。
[0093] 2.保溫測試實(shí)驗(yàn)
[0094] 根據(jù)選定的若干種保溫材料和保溫結(jié)構(gòu)，對沉墊艙進(jìn)行保溫處理。
[0095] 原油加熱至預(yù)定溫度后進(jìn)入透明罐103儲存，待液面穩(wěn)定后，對設(shè)置的測溫點(diǎn)（透 明罐103上液面處，1/4液位、1/2液位、3/4液位、罐底，沿徑向透明罐103中屯、位置、1/4半徑、 1/2半徑、3/4半徑、罐壁位置），共25處測溫點(diǎn)每隔一定的時(shí)間測出該處的溫度值，繪制出溫 度隨時(shí)間的變化曲線，與數(shù)值模擬結(jié)果作對比。
[0096] 通過實(shí)驗(yàn)室初試及模擬試驗(yàn)，經(jīng)大量溫度場實(shí)測數(shù)據(jù)分析計(jì)算，得出透明罐103內(nèi) 原油溫度與時(shí)間變化規(guī)律曲線和透明罐103散熱量隨時(shí)間的變化曲線，擴(kuò)大和加深了對油 水沉墊傳熱傳質(zhì)的認(rèn)識，為儲油工藝參數(shù)和罐體結(jié)構(gòu)熱應(yīng)力計(jì)算提供了可靠的依據(jù)。
[0097] 保溫實(shí)驗(yàn)中主要研究W下影響因素：
[0098] 透明罐103初始儲存溫度，即原油充入透明罐103時(shí)的溫度；
[0099] 透明罐103液位，按照一定步長，研究儲油量與溫降的關(guān)系；
[0100] 保溫材料，即在保溫材料性能試驗(yàn)中選擇的保溫材料；
[0101] 保溫層厚度，結(jié)合保溫材料試驗(yàn)進(jìn)行保溫層厚度試驗(yàn)。
[0102] 為了研究不同進(jìn)透明罐103溫度時(shí)透明罐103內(nèi)原油的溫度場和溫降規(guī)律，在透明 罐103內(nèi)設(shè)置九個監(jiān)測點(diǎn)，觀測運(yùn)些特定點(diǎn)上溫度隨時(shí)間的變化規(guī)律，運(yùn)些監(jiān)測點(diǎn)的水平和 縱向布置如圖7和圖8所示。
[0103] 通過不同截面和位置的測溫點(diǎn)的測量結(jié)果，可W比較完整的得到艙內(nèi)儲油的溫降 規(guī)律，從而確定沉墊儲油出艙加熱溫度和加熱后進(jìn)艙的溫度。
[0104] Ξ、保溫材料性能測試功能設(shè)計(jì)
[0105] 用于海底儲罐的保溫材料必須具有如下性能:①足夠的強(qiáng)度、剛度和彈性W抵抗 保溫層在預(yù)制和鋪設(shè)過程中的各種載荷;②足夠高的抗壓強(qiáng)度W抵抗海水靜壓力，保證其 不被壓壞;③導(dǎo)熱系數(shù)小;④吸水率低或不吸水;⑤耐溫性。
[0106] 保溫材料從其結(jié)構(gòu)上可W分為發(fā)泡型、空氣層型和纖維型Ξ大類。發(fā)泡型保溫材 料具有導(dǎo)熱系數(shù)小、吸水率低、抗壓強(qiáng)度高及易于成型和施工等優(yōu)點(diǎn)，在油氣儲運(yùn)工程中得 到越來越廣泛的應(yīng)用。目前，海底儲罐所用的發(fā)泡型保溫材料為有機(jī)發(fā)泡材料、無機(jī)發(fā)泡材 料和復(fù)合泡沫材料。它們都具有導(dǎo)熱系數(shù)小，吸水率低，抗壓強(qiáng)度高，易于成型，方便施工等 優(yōu)點(diǎn)。
[0107] 此部分保溫材料性能實(shí)驗(yàn)是為沉墊保溫及加熱工藝實(shí)驗(yàn)選擇實(shí)驗(yàn)用的保溫材料， 基本思路是海選適合于海底儲罐的保溫材料進(jìn)行相關(guān)性能測試，從而對比分析確定幾種材 料用于保溫及加熱實(shí)驗(yàn)，同時(shí)為沉墊儲油工藝沉墊艙保溫材料的選擇提供依據(jù)。
[0108] 利用實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ涂蒞進(jìn)行不同保溫材料的保溫性能測試，通過在Ξ個透明罐103表 面敷設(shè)不同種類的保溫材料，通過溫度場的測試可W測定其保溫性能。同時(shí)借助導(dǎo)熱性能 測試儀器可W完成相關(guān)測試要求。
[0109] 四、沉墊收、發(fā)油和保溫加熱系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛥?shù)設(shè)計(jì)
[0110] 1.沉墊模型艙參數(shù)計(jì)算
[0111] 根據(jù)沉墊儲油的工藝設(shè)計(jì)，四分之一的沉墊為一個獨(dú)立的大艙，大艙由Ξ個小艙 組成，Ξ個小艙內(nèi)原油可W互相流動，并共同使用一套收發(fā)油管道工藝。根據(jù)工程要求，設(shè) 計(jì)的工程用艙的尺寸如表1所示。
[0112] 為了便于觀察艙內(nèi)的隔離膜的運(yùn)動情況，此次試驗(yàn)艙采用透明的玻璃制作，考慮 到玻璃的耐壓性差，模型的尺寸不能太大，根據(jù)計(jì)算研究，按照20:1的規(guī)模對原工程用艙進(jìn) 行縮小，設(shè)計(jì)Ξ個實(shí)驗(yàn)艙的參數(shù)如表1所示。
[0113] 表1儲油艙實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ驮O(shè)計(jì)參數(shù)，單位:mm
[0114]
[0115] 2.實(shí)驗(yàn)管徑的確定
[0116] 平臺發(fā)油方案設(shè)計(jì)中提出了在5種發(fā)油時(shí)間下，分別使用3種不同發(fā)油管徑的發(fā)油 方案，5種發(fā)油時(shí)間對應(yīng)的儲艙隔膜移動速度各不相同，根據(jù)相似性原理，要研究隔膜的運(yùn) 動規(guī)律，需要保持實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)方案中膜的運(yùn)動速度一致，本實(shí)驗(yàn)正是基于此開展的，根據(jù)膜 速相當(dāng)換算的實(shí)驗(yàn)參數(shù)見表2:
[0117] 表2根據(jù)膜速相當(dāng)換算的實(shí)驗(yàn)參數(shù)表
[011 引
[0119] 據(jù)表可知，實(shí)驗(yàn)需要的管徑至少為17mm，太小的話管內(nèi)流速過高，與實(shí)際工程應(yīng)用 不符，因此選用20mm內(nèi)徑的PVC管。
[0120] 3.實(shí)驗(yàn)水累的選型
[0121] 水累的選型需要對管線進(jìn)行水利計(jì)算，假定按各情況反算對應(yīng)的管徑來計(jì)算，有 如下表的結(jié)果：
[0122] 表3管線水力計(jì)算參數(shù)表
[0123]
[0124] 由表3可知，實(shí)驗(yàn)累的流量范圍在0.5-2化/min的范圍內(nèi)，實(shí)際揚(yáng)程在20mW上。
[01巧]4.實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ驮O(shè)備
[0126] 根據(jù)實(shí)驗(yàn)流程的需要，W及艙容的要求，完成了油罐、水罐及流量計(jì)、壓力表等傳 感器的選型，設(shè)備匯總?cè)绫?所示：
[0127] 表4設(shè)備性能參數(shù)要求表
[012 引
[0129]上述雖然結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行了描述，但并非對發(fā)明保護(hù)范圍 的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需 要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 沉墊收、發(fā)油和保溫加熱系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，其特征是，包括油罐、油栗、水罐、水栗和?干沉墊模擬艙，其中，每個沉墊模擬艙的進(jìn)油口均通過管路同時(shí)連接油栗出口和油罐出口， 每個沉墊模擬艙的出油口均通過管路同時(shí)連接油栗進(jìn)口和油罐進(jìn)口，每個沉墊模擬艙的進(jìn) 水口均通過管路同時(shí)連接水栗出口和水罐出口，每個沉墊模擬艙的出水口均通過管路同時(shí) 連接水栗進(jìn)口和水罐進(jìn)口，油罐進(jìn)口通過管路還連接油栗出口，油罐出口通過管路還連接 油栗進(jìn)口，水罐進(jìn)口通過管路還連接水栗出口，水罐出口通過管路還連接水栗進(jìn)口，所有管 路中均設(shè)有閥門，與油栗出口和水栗出口連接的管路中均設(shè)有計(jì)量裝置，每個沉墊模擬艙 中均設(shè)有油水隔膜； 所述油罐和水罐內(nèi)設(shè)有加熱系統(tǒng);每個沉墊模擬艙中均設(shè)有溫度測量裝置，每個沉墊 模擬艙外均敷設(shè)保溫層。2. 利用權(quán)利要求1所述的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷陌l(fā)油和收油的方法，其特征是， 發(fā)油方法為水推油發(fā)油方法或油栗抽油發(fā)油方法， 所述水推油發(fā)油方法的步驟為:打開連接水罐出口與水栗進(jìn)口管道的閥門、連接水栗 出口與水罐進(jìn)口管道的閥門、連接水栗出口與沉墊模擬艙進(jìn)水口管道的閥門以及連接沉墊 模擬艙出油口與油罐進(jìn)口管道的閥門，關(guān)閉其他閥門，水栗將水罐中的水抽出后，一部分計(jì) 量進(jìn)入沉墊模擬艙，另一部分返回水罐中，進(jìn)入沉墊模擬艙的水推動隔膜，將沉墊模擬艙中 的油經(jīng)管路推送至油罐中； 所述油栗抽油發(fā)油方法的步驟為：打開連接沉墊模擬艙出油口與油栗進(jìn)口管道的閥 門、連接油栗進(jìn)口與沉墊模擬艙進(jìn)油口管道的閥門、連接油栗出口與油罐進(jìn)口管道的閥門 以及連接水罐出口與沉墊模擬艙進(jìn)水口管道的閥門，關(guān)閉其他閥門，油栗將沉墊模擬艙中 的油抽出后，一部分計(jì)量進(jìn)入油罐，另一部分返回沉墊模擬艙，水罐中的水進(jìn)入至沉墊模擬 艙中； 收油方法為油推水收油方法或水栗抽水收油方法，其中， 所述油推水收油方法的步驟為:打開連接油罐出口與油栗進(jìn)口管道的閥門、連接油栗 出口與油罐進(jìn)口管道的閥門、連接油栗出口與沉墊模擬艙進(jìn)油口管道的閥門以及連接沉墊 模擬艙出水口與水罐進(jìn)口管道的閥門，關(guān)閉其他閥門，油栗將油罐中的油抽出后，一部分計(jì) 量進(jìn)入沉墊模擬艙，另一部分返回油罐，進(jìn)入沉墊模擬艙的油推動隔膜，將沉墊模擬艙中的 水推送至水罐中； 所述水栗抽水收油方法的步驟為：打開連接沉墊模擬艙出水口與水栗進(jìn)口管道的閥 門、連接水栗出口與沉墊模擬艙出水口管道的閥門、連接水栗出口與水罐進(jìn)口管道的閥門 以及連接油罐出油口與沉墊模擬艙進(jìn)油口管道的閥門，關(guān)閉其他閥門，水栗將沉墊模擬艙 中的水抽出后，一部分計(jì)量進(jìn)入水罐中，另一部分返回沉墊模擬艙，油罐中的有進(jìn)入至沉墊 模擬艙中。3. 利用權(quán)利要求2所述的發(fā)油和收油方法的實(shí)驗(yàn)方法，其特征是，其步驟為:在收發(fā)油 過程中，控制改變不同收油或發(fā)油的流速或溫度，檢測與油栗出口連接的管路設(shè)有計(jì)量裝 置的瞬時(shí)流量和累計(jì)流量、沉墊模擬艙內(nèi)油液位的變化及隔膜的運(yùn)動速度。4. 一種權(quán)利要求3所述的發(fā)油和收油方法的實(shí)驗(yàn)方法在優(yōu)化頂部平臺的原油產(chǎn)量和穿 梭油輪容量進(jìn)行收發(fā)工藝的管線及設(shè)備選型中的應(yīng)用。5. 利用權(quán)利要求1所述的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛯τ图訜岬姆椒?，其特征是，其步驟為：打開連接沉 墊模擬艙出油口與油栗進(jìn)口管道的閥門、連接油栗出口與油罐進(jìn)口管道的閥門，油栗將沉 墊模擬艙中的油栗送至油罐中，然后關(guān)閉閥門，油罐中的加熱系統(tǒng)將油加熱后，打開連接油 罐出口與沉墊模擬艙進(jìn)油口管道的閥門，使加熱后的油進(jìn)入至沉墊模擬艙中，完成循環(huán)加 熱。6. 利用權(quán)利要求5實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛯τ图訜岬姆椒▽Τ翂|模擬艙保溫檢測的實(shí)驗(yàn)方法，其特 征是，其步驟為:加熱后的有進(jìn)入沉墊模擬艙，待液面穩(wěn)定后，在沉墊模擬艙的油中設(shè)置若 干溫測點(diǎn)，檢測不同位置的溫度隨時(shí)間的變化，并繪制曲線，然后根據(jù)測量數(shù)據(jù)計(jì)算得到儲 罐散熱量隨時(shí)間的變化曲線。7. 如權(quán)利要求6所述的利用權(quán)利要求5實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛯τ图訜岬姆椒▽Τ翂|模擬艙保溫檢 測的實(shí)驗(yàn)方法，其特征是，所述若干溫測點(diǎn)的位置為沉墊模擬艙內(nèi)油上液面處、1/4液位、1/ 2液位、3/4液位、艙底，沿徑向沉墊模擬艙中心位置、1 /4半徑、1 /2半徑、3/4半徑、艙壁位置， 共25處溫測點(diǎn)。8. 如權(quán)利要求6所述的利用權(quán)利要求5實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛯τ图訜岬姆椒▽Τ翂|模擬艙保溫檢 測的實(shí)驗(yàn)方法，其特征是，所述若干溫測點(diǎn)位置為沉墊模擬艙內(nèi)油上液面處、1/2液位、艙 底，沉墊模擬艙壁位置中心位置及沉墊模擬艙壁兩側(cè)位置，共9處溫測點(diǎn)。9. 一種利用權(quán)利要求6-8任一所述的對沉墊模擬艙保溫檢測的實(shí)驗(yàn)方法優(yōu)化沉墊儲油 艙加熱保溫系統(tǒng)的應(yīng)用。10. -種利用權(quán)利要求3和6所述的收油方法和發(fā)油方法的實(shí)驗(yàn)方法和對沉墊模擬艙保 溫檢測的實(shí)驗(yàn)方法在優(yōu)化沉墊收、發(fā)油及保溫加熱系統(tǒng)的應(yīng)用。
【文檔編號】G01M99/00GK105823644SQ201610164065
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年3月22日
【發(fā)明人】李玉星, 王武昌, 胡其會, 劉翠偉, 朱建魯, 韓輝
【申請人】中國石油大學(xué)(華東)