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导热测试在石油石化行业中的应用
文件名称: 导热测试在石油石化行业中的应用
文件大小: 2MB
文件类型: pdf
上传时间: 2014-08-01 17:05:20
更新时间: 2021-03-01 09:13:59
下载次数: 919
文件简介
.原油

.润滑油、沥青等化工产品

.钻井液等传热流体

.岩土等地质材料(油的形成、开采以及管道周边的地质环境)
详细介绍

 

导热测试在石油石化行业中的应用


导热测试在石油石化行业中的常见应用

.原油

.润滑油、沥青等化工产品

.钻井液等传热流体

.岩土等地质材料(油的形成、开采以及管道周边的地质环境)

 

 

T R I D E N T

三合一导热系数分析仪
一台仪器,三种方法
适应标准:ASTM D7984, D5334,D5930, ISO 22007-2,GB/T32064

 

MTPS传感器

 


改良瞬态平面热源法(MTPS)

.单面传感器,仅需一块样品

.同时测量吸热系数(effusivity)

.符合ASTM D7984标准

.三种方法中操作最简便、重复性最好

.测试对样品无损,仅需几秒

.最通用

.测试固体、液体、粉末、浆料各种样品类型

.可选配高压仓

.广泛的温度范围

 

 

 

 


TPS传感器

 

瞬态平面热源法(TPS)

.双面传感器,需要两块相同的样品

.同时测试热扩散系数(diffusivity)

.可灵活设置测试参数(时间和功率)

.无需接触介质

.有专门的薄板模块(Slab)、各向异性模块(Anisotropy)和薄膜模块(Thin film)

.符合ISO 22007-2和GB/T 32064

 

 

 

TLS探针传感器


TLS探针法

.适合测试半固体材料(颗粒、熔融高分子、泥浆、凝胶和土壤等)

.测试时将电加热的探针插入样品

.由于热对流,不适合测试低黏度的液体,比如水;由于接触,不推荐用于测试硬质块材

.符合ASTM D5334, D5930 和IEEE Std 442标准

 


客户感言

“We purchased theC-Therm Thermal Conductivity Analyzerafter seeing a demonstration of how fast and easy it is to operate. The instrument provides unequivocal results and provides the flexibility to test powders and liquids. In terms of our satisfaction with the purchase, I’d give it a 10 out of 10 –extremely satisfied.”
Dr. Enrique Jackson, NASA

 

客户感言

“Our lab is specialized on heat transfer and antifreeze fluids R&D and analysis. C-Thermthermal conductivity detector we have been using almost three years, during which we have performed more than 900 measurements with dozens of values in each measurement. Detector represents simple and quick laboratory technique and provides satisfactory stable values in short time. In research we value C-Thermas a device enabling deeper understanding of the matter through easy instrumental technique, without troublesome samples pretreatment.
Ing. Marie Ka.írková, Ph.D.,Product Development Specialist, CLASSIC Oil s.r.o.


应用-传热流体

die casting
asphalt
oil and gas
chemical
Solar
沥青

石油天然气

化工

压铸

太阳能

 

测试液体材料的挑战-热对流vs 热传导

对流是通过加热物质的实际运动进行的热传递
.随着蒸汽和空气流的上升,热量离开咖啡杯。对流是通过流体的运动将热能在气体或液体中传递(也可能是一些固体,例如沙子)

.热量与流体一起移动

.通常,材料的粘度越低,流量越高,所以通过对流发生的热传递就越多。


热传导是能量通过物质从一个粒子到另一个粒子的传递
.它是物质中原子之间的热能传递和分布。

.例如,由于热传导,拿起煎锅的金属手柄时需要格外小心。

.热量在金属中通过热传导传递。

 

在导热测试中消除热对流的影响

.热对流是液体导热系数测试的误差来源。

.对液体材料,特别是纳米流体,热线法(THW)或探针法(TLS)是过去常使用的测试方法,但是很多文献资料证明了使用这些方法在测量热导率时会引起对流误差。这通常是由于高功率输出、较长的测试时间以及需要大量的样品量所致。

.MTPS方法致力于解决这三个问题:

o低功率(约1W)

o非常短的测试时间(3秒左右)

o极少量的样品(1.8ml)

o来确保使用者获得准确且可重复的测试结果

 

 

MTPS 液体/粉末样品池

 


缩短液体测量时间的重要性


boussinesq 1s
boussinesq 5s
boussinesq 11s
boussinesq 14s
1 Second
5 Seconds
11 Seconds
14 Seconds


应用–变压器油导热测试

 


应用–丙二醇纳米流体的热导率研究


.University of Alaska Fairbanks的DebendraK. Das教授研究了添加不同纳米材料的流体的热导率情况,并分析了浓度、温度和颗粒体积对热导率的影响

.基液:丙二醇和水(60:40,质量比)


纳米材料:氧化铝,氧化锌
温度范围:-30℃~+90℃


应用–丙二醇纳米流体的热导率研究

.随纳米颗粒尺寸的增加,纳米流体的导热系数增加

.随纳米颗粒添加的体积浓度的增加,纳米流体的导热系数增加

.随温度的升高,纳米流体的导热系数增加

 

 

MTPS液体高压仓

A picture containing indoor, black

Description automatically generated

 

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

导热系数(W/mK)

温度(°C)

ambient

50 psig

100 psig


应用–原油导热测试(高温高压)

A picture containing cup, coffee, table, next

Description automatically generated
常压
50psi表压
100 psi表压


应用-DurathermS传热流体的导热测试(高温高压)

 

 

http://ctherm.com/files/Figure%202%20-%20TC%20of%20Duratherm%20S.jpg
注:300°C时压力值为14.6 psi表压

应用-DurathermS传热流体的导热测试(高温高压)

测量值

参考值

温度

导热系数


A close up of a parking lot

Description automatically generated
应用–沥青和混凝土Asphalt & Concrete


.沥青混凝土三个主要结构要素:骨料,沥青(粘结剂)和它们之间的接触层,另外还包括一些填充孔隙的空气和水分。

.这些元素中的每一个都会对沥青混凝土整体的热性能产生影响。沥青分子由弱化学键组成,该化学键容易随温度变化,这部分解释了沥青混凝土路面的粘弹性行为。

.沥青混凝土的机械性能高度依赖于温度。沥青混凝土往往随温度的升高而膨胀,随温度的降低而收缩。它在高温下相对“柔软”,行车情况下容易留下车辙,而在低温下则变脆,易产生温缩裂缝。在温度波动较大的地区,路面恶化容易加剧。

.因此沥青混凝土的热性能(导热率、热扩散率、比热等)和温度的关系是该材料的重要参数之一。

 

应用–沥青混凝土


应用–沥青混凝土(MTPS)

 

倒置的MTPS
传感器


图1. 测试设置

图2. 轻质沥青混凝土和常规重量沥青混凝土样品

1.较大较重的样品,MTPS探头可倒置测试

2.在样品的不同点进行测试,以观察样品是否存在非均质性

 

A close up of a sign

Description automatically generated

A close up of a sign

Description automatically generated
*测试结果为每块样品取6个不同点,每个点5次测试的平均值

样品

 MTPS测试结果


K (W/m.K)

 RSD(%)


LW1(轻质沥青混凝土)

 0.841

 2.62


LW2

 0.786

 3.24


NW1(常规重量沥青混凝土)

 2.124

 3.12


NW2

 2.206

 2.07

 

应用–沥青混凝土(MTPS)


应用-轻质混凝土(TPS)

测试设置
.采用C-Therm的FLEX Transient Plane Source (TPS) 传感器

.室温测试环境(23.2°C)

.13mm直径的探头夹在切片的轻质混凝土圆柱之间

.依据ISO标准“ceramic material”参数, 测试功率参数设置为0.5瓦,时间参数设置为40秒

.传感器在样品上取10个不同的位置进行测试

.全面了解导热系数的变化

 

 

应用-轻质混凝土(TPS)

测试结果
.10次测试结果(每次测试都重新放置传感器),导热系数的平均值为0.52 W/mK.

.相对标准偏差(Relative Standard Deviation)优于3%,数据重复性佳

.测试结果见图1.

.蓝色实线为平均值

.点虚线= +/-5%


.导热系数的差异归因于样品的非均质性

 

Figure 1
图1. 轻质混凝土导热测试结果

 

应用–地质材料Geological Materials


应用–地质材料

岩石导热系数的测量对于石油非常重要:
o石油的形成(例如,具有低导热率的含石膏岩石可以作为油气储层的优良绝热体,有助于石油的形成和热成熟)

o石油的勘探和开采(例如石油热采过程中,油藏岩石传热行为对油藏热波及效率的影响)

 


应用-岩心样本(MTPS)

砂岩

 白云石

 石灰石


Test

 k (W/mK)

 RSD (N=5)

 k (W/mK)

 RSD (N=5)

 k (W/mK)

 RSD (N=5)


1

 3.258

 0.7%

 3.711

 0.3%

 3.105

 0.3%


2

 3.257

 0.3%

 3.782

 0.4%

 3.044

 0.4%


3

 3.265

 0.3%

 3.728

 0.3%

 3.136

 0.4%


平均值

 3.260

 0.5%

 3.740

 0.9%

 3.095

 1.3%

 

 

 


应用-砾石和玻璃珠(TLS)

砾石

 玻璃珠


Test

 k (W/mK)

 k (W/mK)


1

 0.754

 0.216


2

 0.751

 0.216


3

 0.757

 0.227


平均值

 0.754

 0.220


RSD

 0.4%

 2.9%

 

 

 

客户应用案例-Seaforth GeosurveysInc.


.仪器随船出海

.从海底取回样本

.直接将MTPS传感器倒置在样品上进行测试

 


客户应用案例-火星模拟样本(高压仓)

.纽约州立大学石溪分校行星探测光谱实验室

.收集了各种来源的样本,囊括了在火星上观察到的岩石的化学和物理范围(例如,火山岩与火山碎屑,水泥固结岩与松散固结的沉积岩,喷出岩屑与火山碎屑)

.模拟样品比较:


室温MTPS测试代表地球环境;
高压仓MTPS测试模拟火星环境

 

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Rosa Chen, MBA
Greater China Manager
C-ThermTechnologies Ltd.
rosa.chen@ctherm.com

www.ctherm.com.cn

 

 

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