超稠油比热容测定实验*

蒋德林，王 红

（辽河油田经济贸易置业总公司，辽宁盘锦124010）

超稠油比热容测定实验*

蒋德林，王 红

（辽河油田经济贸易置业总公司，辽宁盘锦124010）

采用绝热量热法测定超稠油比热容，通过编写程序，用计算机自动读取数据，缩小了实验过程中的工作量，减小人工操作引起的测量误差。并且根据实验结果，回归得出了辽河油田曙光超稠油的比热容-温度关系。

超稠油；比热容；测定实验

随着辽河油田生产结构的调整，稠油、超稠油的份额越来越大，超稠油的安全、经济输送已经成为重要的研究课题之一。而超稠油的比热容是超稠油在开采、运输过程中经常用到的一项重要物性参数。通常来讲，比热容的测量过程操作复杂，测量结果误差也较大[1-3]。本文采用绝热量热法测定超稠油比热容，并通过编写程序，用计算机自动读取数据。

1 实验部分

1.1 实验原理

在绝热条件下，给质量m的超稠油试料加入电能量Qm使其产生一定的温升△T，由测定的Qm、△T、m求出该超稠油试料的比热容。原理表达式为：

式中：Cp——超稠油比热容，J/（kg·℃）；

Qm——加入的电量，J；

△T——实验升温，℃；

m——超稠油实验质量，kg。

如图1所示，变压器调节绝热装置中电加热器的电流大小，热电偶测量绝热装置中的温度，同时，温度信号变送器和电流信号变送器把温度和电流值输送到计算机程序中完成读数和电量计算。

图1 实验装置流程图Fig.1 The flow chartof experimental devices

电量测量前，点击电量测量程序运行界面的调零按钮，使待测量归零，点击开始按钮，开始按钮将变为结束按钮，同时开始测量，电量的测量是以秒为单位，每秒读取一个电流值，将电流值的平方乘以加热器的电阻值，得到这一秒时的电功率值，将开始到结束期间每一秒的电功率值累加就是最终的电量值。

1.2 实验仪器及物品

所需实验仪器及物品包括量热装置、加热器、202-00型电热恒温箱、天平及砝码、烧杯、磨口瓶、热电偶、清洗剂等。

1.3 实验过程

（1）样品处理

将油样水浴加热，倒入烧杯中，然后将烧杯中的油样放入3个磨口瓶里，并将磨口瓶放人高于油样凝点的202-00型电热恒温箱熔化搅匀，设定恒温箱温度为80℃。

（2）量热装置的洗涤

用清洗剂洗涤量热装置，洗净后再用无水乙醇冲洗2～3次，热风吹干，恒重，准确称其质量m1=0.305 7 kg。

（3）装样称重

取1瓶分装试样倒入量热装置称重，准确称得量热装置和油样质量m2=0.610 45 kg，则得量热装置内原油净重m=0.304 75 kg，密封量热装置。

（4）安装测量仪器

将热电偶及加热器插入量热装置中，固定、密封，保证绝热，装置如图2。

图2 绝热装置示意图Fig.2 The schematic diagramof the adiabatic apparatus

（5）开机检验

启动数据采集系统，检查信号采集、绝热控制、样品加热等系统工作状态是否正常。合格后开始测量。

（6）测定

①预热升温，待温度升到80℃左右，停止加热，等待温度均匀，并将采集系统的点能量归零。

②温度均匀后，开始测量，首先读取起始温度（此时认为温度场趋于稳定），并同时给油样加热及点击测量系统开始按钮。

③待温度逐渐升高到最大值后，开始回落，到达最低点后即将升温时停止加热及点击测量系统结束按钮，等待温度趋于稳定后，记录终止温度及电能量值。

2 实验结果与讨论

2.1 实验结果

（1）第1组实验

原始数据见表1。

表1 第1组实验原始数据Table 1 The original dataof the firstsetof experiment

将第1组数据绘制成曲线并回归成直线，如图3所示。

图3 基于第1组数据的温度-比热容曲线Fig.3 The specific heatcapacity-temperature curve basedon the firstsetof data

（2）第2组实验

原始数据见表2。

表2 第2组实验原始数据Table 2 The original dataof the secondsetof experiment

将第2组数据绘制成曲线并回归成直线，如图4所示。

图4 基于第2组数据的温度-比热容曲线Fig.4 The specific heatcapacity-temperature curve basedon the secondsetof data

（3）第3组实验

原始数据见表3。

表3 第3组实验原始数据Table 3 The original dataof the thirdsetof experiment

将第3组数据绘制成曲线并回归成直线，如图5所示。

图5 基于第3组数据的温度-比热容曲线Fig.5 The specific heatcapacity-temperature curve basedon the thirdsetof data

2.2 实验数据处理及分析

原始数据平均计算结果如表4所示。

表4 3组实验原始数据的平均值Table 4 The average values of the three sets of original data

将3组数据的平均值绘制成曲线并回归成直线，如图6所示。

图6 基于3组数据平均值的温度-比热容曲线Fig.6 The specific heatcapacity-temperature curve basedon the average values

从以上相关表格和温度-比热容曲线图上可以明显看出，随着温度的升高，比热容趋向直线上升。为方便得到任意温度下的超稠油比热容的数值，根据以上实验数据进行曲线拟合，并得到比热容的线性回归方程为：

式中：Cp—超稠油比热容，J/（kg·K）；

T—温度，℃。

回归得到的比热容计算方程的计算值与实测值之间的相对误差最大值为0.49%，最小值为0.015%，平均值为0.27%，满足工程计算精度，可以用于超稠油的相关计算。

3 结论

采用绝热量热法测定超稠油的比热容，通过编写程序，用计算机自动读取数据，大大缩小了实验过程中的工作量，同时减小人工操作引起的测量误差。具体测定了辽河油田曙光超稠油的比热容，根据实验结果，回归得出了曙光超稠油的比热容-温度关系式，经过计算分析，所得的比热容-温度关系式满足工程计算精度，可以用于超稠油的相关计算。

[1]刘传安，罗小凤.用恒流量热器测定水的比热容[J].大学物理，2006，25（4）：39-41.

[2]刘竹琴，白泽生.用温差电偶测量液体的比热容[J].大学物理实验，2006，19（1）：14-16.

[3]阎海科.油砂、矿物和稠油的比热容[J].油田化学，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

中国石油辽河油田分公司资助项目

2010-06-21

蒋德林（1965-），男，广西全州人，高级工程师，1987年毕业于西南石油学院石油及天然气储运专业，现从事石油及天然储运专业，已发表论文3篇，辽宁省科技进步二等奖一项，辽河石油勘局科技进步一等奖一项，三等奖2项。电话：0427-7288 489，邮箱：jdl7288489@sina.com。