超稠油比熱容測定實驗*

蔣德林，王 紅

（遼河油田經(jīng)濟貿(mào)易置業(yè)總公司，遼寧盤錦124010）

超稠油比熱容測定實驗*

蔣德林，王 紅

（遼河油田經(jīng)濟貿(mào)易置業(yè)總公司，遼寧盤錦124010）

采用絕熱量熱法測定超稠油比熱容，通過編寫程序，用計算機自動讀取數(shù)據(jù)，縮小了實驗過程中的工作量，減小人工操作引起的測量誤差。并且根據(jù)實驗結(jié)果，回歸得出了遼河油田曙光超稠油的比熱容-溫度關(guān)系。

超稠油；比熱容；測定實驗

隨著遼河油田生產(chǎn)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，稠油、超稠油的份額越來越大，超稠油的安全、經(jīng)濟輸送已經(jīng)成為重要的研究課題之一。而超稠油的比熱容是超稠油在開采、運輸過程中經(jīng)常用到的一項重要物性參數(shù)。通常來講，比熱容的測量過程操作復雜，測量結(jié)果誤差也較大[1-3]。本文采用絕熱量熱法測定超稠油比熱容，并通過編寫程序，用計算機自動讀取數(shù)據(jù)。

1 實驗部分

1.1 實驗原理

在絕熱條件下，給質(zhì)量m的超稠油試料加入電能量Qm使其產(chǎn)生一定的溫升△T，由測定的Qm、△T、m求出該超稠油試料的比熱容。原理表達式為：

式中：Cp——超稠油比熱容，J/（kg·℃）；

Qm——加入的電量，J；

△T——實驗升溫，℃；

m——超稠油實驗質(zhì)量，kg。

如圖1所示，變壓器調(diào)節(jié)絕熱裝置中電加熱器的電流大小，熱電偶測量絕熱裝置中的溫度，同時，溫度信號變送器和電流信號變送器把溫度和電流值輸送到計算機程序中完成讀數(shù)和電量計算。

圖1 實驗裝置流程圖Fig.1 The flow chartof experimental devices

電量測量前，點擊電量測量程序運行界面的調(diào)零按鈕，使待測量歸零，點擊開始按鈕，開始按鈕將變?yōu)榻Y(jié)束按鈕，同時開始測量，電量的測量是以秒為單位，每秒讀取一個電流值，將電流值的平方乘以加熱器的電阻值，得到這一秒時的電功率值，將開始到結(jié)束期間每一秒的電功率值累加就是最終的電量值。

1.2 實驗儀器及物品

所需實驗儀器及物品包括量熱裝置、加熱器、202-00型電熱恒溫箱、天平及砝碼、燒杯、磨口瓶、熱電偶、清洗劑等。

1.3 實驗過程

（1）樣品處理

將油樣水浴加熱，倒入燒杯中，然后將燒杯中的油樣放入3個磨口瓶里，并將磨口瓶放人高于油樣凝點的202-00型電熱恒溫箱熔化攪勻，設定恒溫箱溫度為80℃。

（2）量熱裝置的洗滌

用清洗劑洗滌量熱裝置，洗凈后再用無水乙醇沖洗2～3次，熱風吹干，恒重，準確稱其質(zhì)量m1=0.305 7 kg。

（3）裝樣稱重

取1瓶分裝試樣倒入量熱裝置稱重，準確稱得量熱裝置和油樣質(zhì)量m2=0.610 45 kg，則得量熱裝置內(nèi)原油凈重m=0.304 75 kg，密封量熱裝置。

（4）安裝測量儀器

將熱電偶及加熱器插入量熱裝置中，固定、密封，保證絕熱，裝置如圖2。

圖2 絕熱裝置示意圖Fig.2 The schematic diagramof the adiabatic apparatus

（5）開機檢驗

啟動數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，檢查信號采集、絕熱控制、樣品加熱等系統(tǒng)工作狀態(tài)是否正常。合格后開始測量。

（6）測定

①預熱升溫，待溫度升到80℃左右，停止加熱，等待溫度均勻，并將采集系統(tǒng)的點能量歸零。

②溫度均勻后，開始測量，首先讀取起始溫度（此時認為溫度場趨于穩(wěn)定），并同時給油樣加熱及點擊測量系統(tǒng)開始按鈕。

③待溫度逐漸升高到最大值后，開始回落，到達最低點后即將升溫時停止加熱及點擊測量系統(tǒng)結(jié)束按鈕，等待溫度趨于穩(wěn)定后，記錄終止溫度及電能量值。

2 實驗結(jié)果與討論

2.1 實驗結(jié)果

（1）第1組實驗

原始數(shù)據(jù)見表1。

表1 第1組實驗原始數(shù)據(jù)Table 1 The original dataof the firstsetof experiment

將第1組數(shù)據(jù)繪制成曲線并回歸成直線，如圖3所示。

圖3 基于第1組數(shù)據(jù)的溫度-比熱容曲線Fig.3 The specific heatcapacity-temperature curve basedon the firstsetof data

（2）第2組實驗

原始數(shù)據(jù)見表2。

表2 第2組實驗原始數(shù)據(jù)Table 2 The original dataof the secondsetof experiment

將第2組數(shù)據(jù)繪制成曲線并回歸成直線，如圖4所示。

圖4 基于第2組數(shù)據(jù)的溫度-比熱容曲線Fig.4 The specific heatcapacity-temperature curve basedon the secondsetof data

（3）第3組實驗

原始數(shù)據(jù)見表3。

表3 第3組實驗原始數(shù)據(jù)Table 3 The original dataof the thirdsetof experiment

將第3組數(shù)據(jù)繪制成曲線并回歸成直線，如圖5所示。

圖5 基于第3組數(shù)據(jù)的溫度-比熱容曲線Fig.5 The specific heatcapacity-temperature curve basedon the thirdsetof data

2.2 實驗數(shù)據(jù)處理及分析

原始數(shù)據(jù)平均計算結(jié)果如表4所示。

表4 3組實驗原始數(shù)據(jù)的平均值Table 4 The average values of the three sets of original data

將3組數(shù)據(jù)的平均值繪制成曲線并回歸成直線，如圖6所示。

圖6 基于3組數(shù)據(jù)平均值的溫度-比熱容曲線Fig.6 The specific heatcapacity-temperature curve basedon the average values

從以上相關(guān)表格和溫度-比熱容曲線圖上可以明顯看出，隨著溫度的升高，比熱容趨向直線上升。為方便得到任意溫度下的超稠油比熱容的數(shù)值，根據(jù)以上實驗數(shù)據(jù)進行曲線擬合，并得到比熱容的線性回歸方程為：

式中：Cp—超稠油比熱容，J/（kg·K）；

T—溫度，℃。

回歸得到的比熱容計算方程的計算值與實測值之間的相對誤差最大值為0.49%，最小值為0.015%，平均值為0.27%，滿足工程計算精度，可以用于超稠油的相關(guān)計算。

3 結(jié)論

采用絕熱量熱法測定超稠油的比熱容，通過編寫程序，用計算機自動讀取數(shù)據(jù)，大大縮小了實驗過程中的工作量，同時減小人工操作引起的測量誤差。具體測定了遼河油田曙光超稠油的比熱容，根據(jù)實驗結(jié)果，回歸得出了曙光超稠油的比熱容-溫度關(guān)系式，經(jīng)過計算分析，所得的比熱容-溫度關(guān)系式滿足工程計算精度，可以用于超稠油的相關(guān)計算。

[1]劉傳安，羅小鳳.用恒流量熱器測定水的比熱容[J].大學物理，2006，25（4）：39-41.

[2]劉竹琴，白澤生.用溫差電偶測量液體的比熱容[J].大學物理實驗，2006，19（1）：14-16.

[3]閻海科.油砂、礦物和稠油的比熱容[J].油田化學，1988，5（2）：134-137.

Measurement of Specific Heat Capacity of Super Heavy Oil

JIANG De-lin，WANG Hong
（Liaohe Oil FieldEconomy，Trade andReal Estate Corporation，Liaoning Panjin124010，China）

The specific heat capacity of superheavy oil was measured by the adiabatic calorimetry.By compiling program，the data were automaticly read by the computer，which can reduce work load and measurement errorgreatly during the measurement process.Besides，based on the experiment result，the specific heat capacity-temperature relation of Shuguang superheavy oil inLiaohe oilfieldwas regressed.

Superheavy oil；Specific heatcapacity；Experiment

TE81

A

1671-0460（2010）04-0474-03

中國石油遼河油田分公司資助項目

2010-06-21

蔣德林（1965-），男，廣西全州人，高級工程師，1987年畢業(yè)于西南石油學院石油及天然氣儲運專業(yè)，現(xiàn)從事石油及天然儲運專業(yè)，已發(fā)表論文3篇，遼寧省科技進步二等獎一項，遼河石油勘局科技進步一等獎一項，三等獎2項。電話：0427-7288 489，郵箱：jdl7288489@sina.com。