测试原油储罐中不同高度沉积层相对硬度的装置及其应用的制作方法

本说发明属于储油领域，具体涉及一种测试原油储罐中不同高度沉积层相对硬度的装置及其应用。

背景技术

石油是国家重要的战略能源，目前我国已建成舟山、舟山扩建、镇海、大连、黄岛、独山子、兰州、天津及黄岛国家石油储备洞库共9个国家石油储备基地，预计到2020年，国家石油储备能力将提升到约8500万吨。石油在长期储存过程中会在储罐底部形成沉积层，沉积层不但会降低储罐的有效容积，还可能堵塞进出油管线导致环境污染。随着全球石油需求量不断增大，进口原油和非常规石油占据的比例越来越多，油品来源及质量不稳定，油中所含杂质情况区别较大，油品性质的不同和存储环境的差异导致罐底沉积层的状况不一。

原油储罐一般3-6年清罐一次，在运行过程中采用罐底搅拌器防止油泥沉积，搅拌器安装于罐内，直接与储罐进油口相连，其动力来自于罐区外，安全可靠且施工简单易行，没有轴密封部分，不会漏油污染。常用的搅拌方式有罐壁固定喷嘴搅拌、罐中心固定喷嘴搅拌和旋转喷嘴搅拌等，这些搅拌方式也用于罐内油品调和。原油是由低分子烃类、蜡、胶质、沥青质等组成的混合物，储罐中的原油在静置储存过程中，胶体胶粒(蜡、沥青质、细粒泥沙)相互吸附，质量和尺寸不断增大，聚集沉降，在罐底形成沉积层。石油战略储备的储存周期长，外界扰动少，沉积层随着时间的推移会反复溶解、重结晶，从而变得更加板结，胶质沥青质等重组分的含量越接近罐底含量越高，表现为沉积物自上而下硬度逐渐增大。硬度较大的沉积物不但增加了罐底喷射搅拌器的工作强度，严重时还可能堵塞进出油管线，影响收发油作业，酿成储罐重大生产事故。

但是，在储罐运行过程中，工作人员难以获取储罐中沉积层的硬度情况。

技术实现要素：

本说明书的目的是提供一种测试原油储罐中不同高度沉积层相对硬度的装置及其应用，该装置可获取运行储罐中不同高度沉积层的硬度情况。

为实现上述目的，一方面，本说明书提供一种测试原油储罐中不同高度沉积层相对硬度的装置，该装置包括：

用于装填原油储罐沉积物样品的第一容器；

可拆卸的安装于所述第一容器侧壁外部的移动测试组件，所述移动测试组件包括：导轨；可沿所述导轨运动的运载设备；设置于所述运载设备上的超声波探头；用于控制所述运载设备运动的第一控制器；以及用于控制所述超声波探头工作的第二控制器；

当所述移动测试组件可拆卸的安装于所述第一容器侧壁外部时，所述超声波探头可贴近于所述第一容器外壁发射超声波信号并接收相应的反射信号；

当所述移动测试组件可拆卸的安装于待测原油储罐侧壁外部时，所述运载设备可贴近于所述原油储罐的侧壁并沿着所述导轨进行垂向运动，所述超声波探头可向所述原油储罐发射超声波信号并接收相应的反射信号。

在上述测试原油储罐沉积层相对硬度的装置中，优选地，所述移动测试组件还包括压紧件，所述压紧件用于使所述超声波探头调整或维持与第一容器的外壁和/或原油储罐的侧壁的贴近状态。

在上述测试原油储罐沉积层相对硬度的装置中，优选地，所述导轨包括两条平行的滑轨；所述运载设备跨设于所述两条滑轨之间，且运载设备本体上设置有用于容置所述超声波探头的通孔；所述压紧件设置于所述通孔上方；所述超声波探头容置于所述通孔中，并可通过所述压紧件调整其与第一容器的侧壁和/或原油储罐的侧壁的距离。

在上述测试原油储罐沉积层相对硬度的装置中，优选地，所述第一容器的侧壁材质与所述原油储罐的侧壁材质相同。

另一方面，本说明书提供了一种对原油储罐中搅拌器的运行进行调整的方法，该方法包括：

采用上述装置测得待测原油储罐中不同高度沉积层的相对硬度数据；将待测原油储罐的沉积层分为若干高度区间，并以该高度区间中相对硬度数据的均值作为该高度区间的硬度；

在原油沉降分层实验装置中配制第一实验样品；所述第一实验样品包括沉积层模拟样和油品模拟样；所述沉积层模拟样包含至少一个沉积子层，所述沉积子层的硬度与待测原油储罐中沉积层的某高度区间的硬度相接近；所述油品模拟样为取自待测原油储罐中的油品或者参照其配制的油样；所述原油沉降分层实验装置为可研究搅拌条件下的所述沉积层模拟样在所述油品模拟样中的溶解情况的装置；通过所述原油沉降分层实验装置，获取不同搅拌条件下对应的所述沉积层模拟样在所述油品模拟样中的溶解数据；

根据所述溶解数据对原油储罐中搅拌器的启停时间和/或运行参数进行调整。

在上述对原油储罐中搅拌器的运行进行调整的方法中，优选地，所述沉积子层为待测原油储罐中的底层沉积物和油品配制配置代表不同硬度的沉积物样品。

在上述对原油储罐中搅拌器的运行进行调整的方法中，优选地，所述沉积层模拟样至少包含两个沉积子层，用于模拟待测原油储罐中沉积层中两个相邻的高度区间。

在上述对原油储罐中搅拌器的运行进行调整的方法中，优选地，所述溶解数据包括油品模拟样的物性数据或溶蜡数据。

在上述对原油储罐中搅拌器的运行进行调整的方法中，优选地，所述物性数据包括密度、凝点或粘度。

在上述对原油储罐中搅拌器的运行进行调整的方法中，优选地，该方法还包括：根据所述溶解数据，通过大涡模拟方法计算沉积层模拟样在搅拌过程中容器内的流场分布数据的步骤；以及进一步结合所述流场分布数据，对原油储罐中搅拌器的启停时间和/或运行参数进行调整的步骤。

在上述对原油储罐中搅拌器的运行进行调整的方法中，优选地，获取不同高度沉积层的相对硬度数据的步骤包括：

利用待测原油储罐中的最底层沉积物和油品配制配置代表不同硬度的沉积物样品；以最底层沉积物样品的硬度为基准硬度，其它沉积物样品以基准硬度为标准得到各自的相对硬度数据；

利用所述移动测试组件获取超声波在各沉积物样品中的传输速度，传输速度记为第一速度，它们的集合形成第一速度集；

将各沉积物样品装入所述第一容器，然后利用所述移动测试组件获取超声波在待测原油储罐的不同高度沉积层中的传输速度，传输速度记为第二速度，它们的集合形成第二速度集；

将第二速度集与第一速度集比对，找出与各第二速度最接近的第一速度，与该第一速度对应的相对硬度即为该高度沉积层的相对硬度数据。

在上述对原油储罐中搅拌器的运行进行调整的方法中，优选地，所述原油沉降分层实验装置包括：

用于储油的罐体；

设置于所述罐体上的进油管线；

设置于所述罐体上的沉降数据测试组件，所述沉降数据测试组件包括至少一组测试单元；所述测试单元包括设置于罐体同一水平面的在线粘度计和在线粒度仪；

设置于所述罐体上的取样口，所述取样口的设置位置和数量对应于所述测试单元的水平位置和数量；

设置于所述罐体内部的搅拌装置；

设置于所述罐体底部的泄油口。

在上述对原油储罐中搅拌器的运行进行调整的方法中，优选地，所述罐体的外部设置有水套夹层，用于对所述罐体进行加热。

在上述对原油储罐中搅拌器的运行进行调整的方法中，优选地，所述搅拌装置包括至少一个固定喷嘴和/或旋转喷嘴。

在上述对原油储罐中搅拌器的运行进行调整的方法中，优选地，所述固定喷嘴设置于所述罐体内壁和罐体中心；所述旋转喷嘴设置于所述罐体中心。

本说明书提供的方案中，一方面，测试原油储罐中不同高度沉积层相对硬度的装置，基于超声波在沉积物中传播速度与其硬度具有很好的关联性，在此基础上，通过第一容器与移动测试组件的配合可获取超声波在不同硬度的沉积层样品中的传输速度，即第一速度；然后将移动测试组件装在测原油储罐外部的沉积层处，通过连续测量可获得超声波在不同高度的沉积层中的传输速度，即第二速度；将第一速度与第二速度比对，即可与沉积层样品的相对硬度数据关联起来，从而获知不同高度沉积层的相对硬度。另一方面，结合上述装置测得的硬度数据以及原油沉降分层实验装置获取的不同搅拌条件下沉积层模拟样在油品模拟样中的溶解数据，可以对原油储罐中搅拌器的的启停时间和/或运行参数进行更有效的调整。

附图说明

在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本申请公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本申请的理解，并不是具体限定本申请各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本申请的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本申请。在附图中：

图1a为本说明书一种实施方式中移动测试组件的主视图；

图1b为图1a实施方式中移动测试组件的俯视图；

图1c为图1a实施方式中移动测试组件的侧视图；

图2为本说明书一种实施方式中利用相对硬度测试装置测试对沉积层样品进行测试的示意图；

图3a为本说明书一种实施方式中原油沉降分层实验装置的结构示意图；

图3b为图3a实施方式中储罐部分的剖视图；

图4为本说明书一种实施方式原油沉降分层实验装置中搅拌器安装示意图；

图5a为本说明书一种实施方式中罐壁固定喷嘴的结构示意图；

图5b为本说明书一种实施方式中罐中心固定喷嘴的结构示意图；

图5c为本说明书一种实施方式中旋转喷嘴的结构示意图；

图6为实验例2中不同性质空白原油对罐底沉积物的溶解率随含蜡量变化曲线图；

图7为实验例2中不同性质空白原油对罐底沉积物的溶解率随粘度变化曲线图；

图8为实验例2中1#空白原油掺入罐底沉积物后粘度随剪切速率的变化曲线图；

图9为实验例2中2#空白原油掺入罐底沉积物后粘度随剪切速率的变化曲线图；

图10为实验例2中3#空白原油掺入罐底沉积物后粘度随剪切速率的变化曲线图；

图11为实验例2中4#空白原油掺入罐底沉积物后粘度随剪切速率的变化曲线图；

附图标号说明：

101-导轨；102-运载设备；103-超声波探头；104-压紧件；

1-顶盖；2-保温层；3-在线粒度仪；4-离心泵；5-涡轮流量计；6-液动调节阀；7-喷嘴；8-水套夹层；9-软管；10-程控水浴；11-在线粘度计；12-泄油口；13—基座；14—取样口；15-支架；16-罐外法兰a；17-罐内法兰b；18-罐内法兰c。

具体实施方式

下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施方式，都属于本申请保护的范围。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

一方面，在本说明书的一种实施方式中，测试原油储罐中不同高度沉积层相对硬度的装置包括：

用于装填原油储罐沉积物样品的第一容器；

可拆卸的安装于第一容器侧壁外部的移动测试组件(如图1a、图1b、图1c)，移动测试组件包括：导轨101；可沿导轨运动的运载设备102；设置于运载设备102上的超声波探头103；用于控制所述运载设备运动的第一控制器(图1a-图1c中未示出)；以及用于控制所述超声波探头工作的第二控制器(图1a-1c中未示出)；

当移动测试组件可拆卸的安装于所述第一容器侧壁外部时，超声波探头103可贴近于第一容器外壁发射超声波信号并接收相应的反射信号；

当移动测试组件可拆卸的安装于待测原油储罐侧壁外部时，运载设备可贴近于原油储罐的侧壁并沿着导轨101进行垂向运动，超声波探头103可向原油储罐发射超声波信号并接收相应的反射信号。

沉积物的硬度是影响溶解情况的重要因素，因此，在无法获得储罐中沉积物的硬度的情况下，很难对原油储罐中搅拌器的运行进行预期和调整，致使储罐中搅拌器的运行往往只能依靠经验确定。首先，这种情况下，一旦储存周期中发生了影响沉淀的某些突发情况，经验调整往往达不到预期的处理效果，此时，为了保险起见，只能尽量调大搅拌器的运行功率或延长搅拌时间，或者缩短搅拌器的启动间隔。但是，这将导致能源的极大浪费以及搅拌设备的过度耗损，长时间下，对于储油企业是较难承受的。其次，由于现有技术中无法检测储罐中沉积物的硬度变化情况，也就无法及时发现沉积物的过度硬化趋势，按照经验开启搅拌后，有时已经难以有效溶解这些过度硬化的沉积物了。此时，只能通过排油、人工处理的方式处理，大大增加了处理难度和处理成本。再次，由于储罐中的沉积物在不同高度时硬度是有差异的，而且这种差异情况是难以预测的(尤其是较长时间的沉积过程中的可能遇到一些环境突变情况)，导致只能对搅拌器的运行进行笼统的调整，无法根据实际情况进行针对性的处理，使得调整效果大打折扣。

而本说明书提供的实施方式，特别地设计了一种可测试原油储罐中不同高度沉积层相对硬度的装置，成功地解决了现有技术中的难题。在验证超声波在沉积物中传播速度与其硬度具有很好关联性的基础上，设计了该方案。具体地，其通过第一容器与移动测试组件的配合可获取超声波在不同硬度的沉积层样品中的传输速度，即第一速度；然后将移动测试组件装在测原油储罐外部的沉积层处，通过连续测量可获得超声波在不同高度的沉积层中的传输速度，即第二速度；将第一速度与第二速度比对，即可与沉积层样品的相对硬度数据关联起来，从而获知不同高度沉积层的相对硬度。

在上述实施方式中，第一容器的设置为柱状容器，但并不限于此，还可以为其它常规形状。另外，最好选用两侧壁厚相同的容器。在本说明的一些实施方式中，第一容器为直径100mm，壁厚10mm的小型钢制容器。

在上述实施方式中，第一容器中装填沉积物样品后，测试中并不需要启动运载设备，通过第二控制器控制超声波探头工作即可；而当用移动测试组件对待测储罐进行测试时，由于需要不同高度的测试数据，因此，在超声波探头工作的同时，也需要运载设备工作。

在上述实施方式中，对于移动测试组件安装在第一容器或待测储罐上的方式，可以采用本领域的常规手段，只要可将导轨固定于第一容器或待测储罐的外壁即可。例如，可采用粘附或绑带等方式。

在上述实施方式中，运载设备相对于原油储罐的“垂向运动”是指进行垂直于罐底的运动，运动方向一般与储罐的子午线平行。该方式下可以获得不同高度沉积层的超声波传输速度数据，运载设备装载着超声波探头沿滑轨行驶，不仅能够使测量数据具有连续性，还可以减小人工操作的误差。

参考图2，在本说明书的一些实施方式中，可设置为主要获取以下路径的超声波信号：信号首先经过探头近端的侧壁，其次经过沉积物层，然后经过探头远端的侧壁，最后在侧壁与空气界面形成反射沿原路径返回，再次由超声波探头接收声波信号。该路径的反射信号较强，便于识别和获取；同时，对于其它反射信号，可用通过合适的手段予以排除。

在本说明书的一些实施方式中，为了测试中方便进行超声波传输速度的运算，可以将第一容器的侧壁材质设置为与原油储罐的侧壁材质相同。

参照图图1a-图1c，在本说明书的一些实施方式中，移动测试组件还包括压紧件104，压紧件104用于使超声波探头103调整或维持与第一容器的侧壁和/或原油储罐的侧壁的贴近状态。在本说明书的一些实施方式中，还可以在运载设备上设置可以探测超声波探头与第一容器的侧壁或原油储罐的侧壁距离的探头；当然，也可以通过合适的控制模块直接利用超声波探头测试探头与第一容器的侧壁或原油储罐的侧壁距离。

继续参照图1a-图1c，在本说明书的一些实施方式中，移动测试组件可以设置为：导轨101包括两条平行的滑轨；运载设备102跨设于所述两条滑轨之间，且运载设备102本体上设置有用于容置超声波探头103的通孔；压紧件104设置于通孔上方；超声波探头103容置于通孔中，并可通过压紧件104调整其与第一容器的侧壁和/或原油储罐的侧壁的距离。

继续参照图1a-图1c，在本说明书的一些实施方式中，运载设备102为具有四个车轮的运载小车，滑轨上具有内凹形成的直行槽，直行槽可容置运载小车的车轮；运载小车上设置有驱动小车运动的电机，电机的电力供应由其自带的电池提供。

在本说明书的一些实施方式中，第一控制器用于控制所述运载设备运动，第二控制器用于控制所述超声波探头工作。第一控制器和第二控制器可以为控制中心(电脑)的相应控制模块；控制中心可以通过数据线与小车和超声波探头相连，并发出相应指令。

在上述实施方式中，通过该装置测得不同高度沉积层的相对硬度数据后，即可通过常规的实测或比对方式获得实际硬度数据，因此，不在本说明书实施方式中详细描述。

另一方面，在本说明书实施方式的对原油储罐中搅拌器的运行进行调整的方法中，该方法包括：

s1：采用上述装置测得待测原油储罐中不同高度沉积层的相对硬度数据；将待测原油储罐的沉积层分为若干高度区间，并以该高度区间中相对硬度数据的均值作为该高度区间的硬度；

s2：在原油沉降分层实验装置中配制第一实验样品；第一实验样品包括沉积层模拟样和油品模拟样；沉积层模拟样包含至少一个沉积子层，沉积子层的硬度与待测原油储罐中沉积层的某高度区间的硬度相接近；油品模拟样为取自待测原油储罐中的油品或者参照其配制的油样；原油沉降分层实验装置为可研究搅拌条件下的沉积层模拟样在油品模拟样中的溶解情况的装置；

s3：通过原油沉降分层实验装置，获取不同搅拌条件下对应的所述沉积层模拟样在油品模拟样中的溶解数据；

s4：根据溶解数据对原油储罐中搅拌器的启停时间和/或运行参数进行调整。

在上述实施方式中，在获取原油储罐中不同高度沉积层相对硬度数据后，可基于此，研究相应的沉积层在不同搅拌条件下的溶解情况，解决了现有技术无法结合硬度分布数据研究储罐中沉积物溶解情况的难题。

在上述实施方式中，既可以通过沉降分层实验装置单独研究某一高度区间的搅拌溶解情况，也能进行多个高度区间或全部高度区间的搅拌溶解情况的研究。在沉降分层实验中，沉积子层的厚度可以通过一定的换算比例加以确定和调整，并不需要按照实际储罐中该高度区间的厚度设定。在一些优选实施方式中，沉积层模拟样至少包含两个沉积子层，用于模拟待测原油储罐中沉积层中两个相邻的高度区间。

在本说明书的一些实施方式中，沉积子层可以为待测原油储罐中的底层沉积物和油品配制配置代表不同硬度的沉积物样品。对于常规储罐而言，底层沉积物是相对容易获取的，而其它部位的沉积物是较难获得满足实验用量的样品的。一方面，储罐的结构设计决定了其它部位样品的难获取性；另一方面，由于取样设备的限制，使得目标样品很容易受到非目标沉积层的干扰。因此，通过取样方式研究沉积层硬度是较难实施的，或者，测得的硬度数据往往与实际情况偏差较大。而本说明书提供的实施方式，在通过超声波发获取不同高度沉积层硬度的基础上，可进一步利用底层沉积物配置与待测储罐沉积物硬度接近的样品(可通过装置的移动测试组件对配置样品的硬度进行检测和确认)，因此，本实施方式下，使得沉积层溶解情况的研究具有较高可信度。在本说明书的一些实施方式中，为了对搅拌和沉积层溶解情况进行更全面的研究，在搅拌中可通过获取油品模拟样的物性数据、溶蜡数据等参数，确定溶解情况。在一些具体实施方式中，物性数据包括密度、凝点或粘度等。

在本说明书的一些实施方式中，还可通过大涡模拟方法计算沉积层模拟样在搅拌过程中容器内的流场分布数据；并进一步结合所述流场分布数据，对原油储罐中搅拌器的启停时间和/或运行参数进行调整。结合该计算方法，可对搅拌和沉积层溶解情况进行更深入的研究。

在本说明书的一些实施方式中，s1步骤中，获取不同高度沉积层的相对硬度数据的步骤包括：

s101：利用待测原油储罐中的最底层沉积物和原油配制配置代表不同硬度的沉积物样品；以最底层沉积物样品的硬度为基准硬度，其它沉积物样品以基准硬度为标准得到各自的相对硬度数据；

s102：利用移动测试组件获取超声波在各沉积物样品中的传输速度，传输速度记为第一速度，它们的集合形成第一速度集；

s103：将各沉积物样品装入所述第一容器，然后利用移动测试组件获取超声波在待测原油储罐的不同高度沉积层中的传输速度，传输速度记为第二速度，它们的集合形成第二速度集；

s104：将第二速度集与第一速度集比对，找出与各第二速度最接近的第一速度，与该第一速度对应的相对硬度即为该高度沉积层的相对硬度数据。

在本说明书的一些实施方式中，通过s101和s102步骤获得所述第一速度的过程具体包括：

(1)将移动测试组件安装于第一容器侧壁外部，然后通过第二控制器使超声波探头工作，获取声波在容器单层罐壁内的传输时间，记为t容器

(2)从待测原油储罐中分别取原油以及最底层沉积物，并利用它们配置代表不同硬度的沉积物样品；以最底层沉积物样品的硬度为基准硬度，其它沉积物样品以基准硬度为标准得到各自的相对硬度数据，记为ym(m代表该样品中最底层沉积物的体积百分数，0％≤m≤100％)；

(3)分别将不同硬度的沉积物样品装入第一容器，并获取该样品下的第一参数，所述第一参数为超声波穿过测量点处外壁到达测量点对向侧壁的外部后按照原路径返回所需的传播时间记为tm；

(4)结合t容器、tm以及第一容器的直径，计算得出超声波在该硬度的沉积物样品中的传播速度vm，记为第一速度。

在本说明书的一些实施方式中，通过s103步骤获得所述第二速度的过程具体包括：

(1)将移动测试组件安装于原油储罐侧壁外部的沉积层对应处，然后通过第一控制器使所述运载设备沿着导轨运动，同时通过第二控制器使超声波探头工作，从而获取第二参数；所述第二参数为超声波穿过测量点处外壁到达测量点对向侧壁的外部后按照原路径返回所需的传播时间tx(x代表测量点相对于罐体底部的高度，即沉积物厚度)；

(2)根据tx计算得出超声波在该高度沉积物层的传播速度vx，记为第二速度。

参照图3a和图3b，在本说明书的一些实施方式中，s3步骤中可采用一种能够实时获取原油物性和溶蜡情况的原油沉降分层实验装置，该装置包括：

用于储油的罐体；

设置于罐体上的进油管线；

设置于罐体上的沉降数据测试组件，沉降数据测试组件包括至少一组测试单元；测试单元包括设置于罐体同一水平面的在线粘度计11和在线粒度仪3；

设置于罐体上的取样口14，取样口14的设置位置和数量对应于测试单元的水平位置和数量；

设置于罐体内部的搅拌装置；

设置于罐体底部的泄油口12。

该装置中，通过在同一高度上同时设置在线粘度计和在线粒度仪，可以实现原油物性和溶蜡情况的实时获取。通过获取的数据，能够更好的预测、调整搅拌器的启动和停止时间，并跟合理的调整搅拌时的具体运行参数。

参照图3a和图3b，在本说明书的一些实施方式中，罐体呈筒状，具有储油腔，储油腔可容纳实验所需的油品，储油腔外设有外筒，储油腔与外筒之间形成环形空腔，环形空腔中可以注入循环水。具体地，罐体的外部设置有水套夹层8，水套夹层8通过软管9与程控水浴10连通，从而实现对罐体内温度的控制。在本说明书的一些实施方式中，程控水浴10的控温范围为-80℃至200℃。

在本说明书的一些实施方式中，罐体的材质为不锈钢，耐腐蚀性强。罐体高度125cm，储油罐内径50cm。

继续参照图3a和图3b，在本说明书的一些实施方式中，罐体顶部设置有顶盖1，在水套夹层8的外部可以设置保温层2。保温层2的填料可以为化学交联聚乙烯发泡材料，抗拉强度较高，泡孔较细，导热系数较低，能够充分保证储油罐中原油温度不受外界环境影响。

继续参照图3a和图3b，本领域技术人员可以根据需要在原油沉降分层实验装置中设置必要的阀门和管线。在一些实施方式中，阀门均采用球阀，口径为6mm，密封性、耐磨性能良好，使用寿命较长。

在本说明书的一些实施方式中，在线粘度计11可以选用德国marimex生产的va-300m，采用扭矩运动原理，是目前最适合现场控制的在线粘度计。实时显示粘度及温度，具有压力及温度补偿，粘度量程为1-25000mpa·s；内置温度传感st300，量程为-40℃至300℃；精度为±1％或1位读数；粘度计探头的材质为316l不锈钢。

在本说明书的一些实施方式中，在线粒度仪12可以选用sopat-vi。探头直径6mm，长度120mm，测量范围1-2000μm，测量压力0-300bar，测量温度-50至450℃。可测量不同形态的颗粒占有的比例。

继续参照图3a和图3b，在本说明书的一些实施方式中，在罐体上设置有五组测试单元，每个测试单元中设置有一个线粘度计11和一个在线粒度仪3。另外，在每个测试单元的相应位置，分别设置有相应的取样口14。

继续参照图3a和图3b，在本说明书的一些实施方式中，油品通过进油管线进入罐体中。在进油管线上，沿油品流动方向依次设置有离心泵4、涡轮流量计5和液动调节阀6。在本说明书的一些实施方式中，离心泵4可以选用sfb小型不锈钢离心泵，型号为25sfb-8d，进口口径25mm，出口口径20mm，扬程在3-11m范围内，流量在0.8-7.5m³/h范围内。在本说明书的一些实施方式中，涡轮流量计5可以选用lwgy-20涡轮流量计，公称通径20mm，标准量程0.8-8m³/h，宽量程为0.4-8m³/h，精度等级0.5级。具有精度高、重复性好、结构简单、耐高压、测量范围宽、体积小、重量轻、压力损失小、寿命长、操作简单、维修方便等优点。选用液动调节阀可根据调节部位信号，自动控制阀门的开度，从而达到介质流量的调节。

在本说明书的一些实施方式中，搅拌装置(喷嘴7)的类型可以为罐壁固定喷嘴、罐中心固定喷嘴和旋转喷嘴，可通过在法兰位置进行拆装来更换搅拌装置。罐壁固定喷嘴(如图5a所示)直接与油品进口相连，喷射角度固定；罐中心固定喷嘴(如图5b)可设置多个喷头，喷头角度固定，喷射角度向上；旋转喷嘴(如图5c)通过储罐外部设置的泵，可以实现喷嘴的360°旋转喷射，一般每个喷嘴安装两个喷头，由于喷头之间存在反向作用力，可以使喷头实现自动旋转，并且保持30°范围内的摆动。

在本说明书的一些实施方式中，可通过设置支架的方式在罐中心设置固定喷嘴和旋转喷嘴。具体可参照图4，该方式中，具体通过支架15，罐外法兰a-16，罐内法兰b-17；以及罐内法兰c-18实现。

继续参照图3a和图3b，在本说明书的一些实施方式中，罐体整体可设置在基座13上，方便固定和卸油口的排油。

另外，在本说明书的一些实施方式中，在研究油样的溶蜡情况的步骤中，可采用大涡模拟方法计算沉积物在搅拌过程中储罐内的流场分布。相较于雷诺时均方法，可以更加准确地描述流场的非定常旋涡结构以及瞬态变化过程。

本说明书实施方式记载的方案，至少具有以下优点之一：

(1)利用测试原油储罐中不同高度沉积层相对硬度的装置，可以对现场实际原油储罐罐底沉积层硬度进行非接触式实时测量，这是根据超声波在不同硬度的沉积物中传播速度不同，并与样本进行比对实现的。

(2)以往研究只能测出原油储罐沉积层的总体厚度，而利用本说明书实施方式提供的装置，不仅可以测量沉积层的厚度，还可以测量不同高度的沉积层的硬度。

(3)超声波发生器安装在罐壁而非罐顶，罐顶安装的超声波发生器在气液或气固界面发生反射，只能测量拱顶罐的液位或者内、外浮顶罐的沉积层厚度。但本发明的超声波发生器安装在罐壁，沿水平方向发射声波，可以实现对沉积层厚度和硬度的测量。

(4)测试原油储罐中不同高度沉积层相对硬度的装置所测量的数据具有连续性和准确性。运载设备装载超声波发射器沿罐壁的滑轨行驶，行驶过程中实时发射和接收超声波，实时传输和处理数据，测量数据具有连续性和准确性，自动化程度高，方便快捷。

(5)本说明书提供的合理预测原油储罐中搅拌器的启停时间和调整运行参数的方法中，可以获取不同层位的原油物性，研究不同硬度的沉积物在搅拌过程中油样的溶蜡效果。之前的研究往往只关注搅拌时的流场分布，因此说明书方案补充和完善了搅拌器对沉积层搅拌效果的研究，从而可以更合理的预测搅拌器的启停时间，并对运行参数进行调整。

示例

以下实验示例可以为本领域中具有一般技能的人实施本发明或验证效果提供参考。这些例子并不限制权利要求的范围。

实验例1

本实验例提供了使用图1a-图1c以及图2所示的装置，测试原油储罐中不同高度沉积层相对硬度的步骤：

步骤1：测量超声波在第一容器的单层罐壁内的传播时间。将第一容器清洗干净，然后在第一容器外部装上移动测试组件，测量超声波在容器单层罐壁内的传输时间，记为t容器。

步骤2：配置沉积层硬度样本。(1)从待测原油储罐最底部取出沉积物，置于第一容器中，采用移动测试组件从容器罐壁外侧沿圆心方向水平发射超声波，声波到达另一侧罐壁和空气的界面时，沿原路线返回，计算得出超声波在该硬度下沉积物中的传播速度，记为v100，v100＝0.2/(t总-4t容)，对应硬度100％。(2)从待测原油储罐顶端取出油样，与上述沉积物按v沉积物:v油＝9:1的比例配置硬度较小的沉积物，采用上述同样方法测得超声波在该沉积物中的传播速度，记为v90，对应硬度90％。(3)按照上述步骤，依次制备不同硬度的沉积物样本，得到v0、v10、v20……v100共11个传播速度，分别对应0％、10％、20％……100％共11种沉积物硬度。

步骤3：测量待测原油储罐的沉积物硬度。(1)在待测原油储罐上安装移动测试组件，具体为：将滑轨固定在待测原油储罐的罐壁上，滑轨底端与地面垂直；将运载小车装配到滑轨上，安装超声波探头，小车初始位置为储罐最底端；通过检测模块(可单独设置)检测超声波探头与罐壁间的间距，调节压紧装置使超声波探头紧贴罐壁。(2)若控制中心的信息显示超声波探头已安装完好，则通过第二控制模块(plc模块2)控制超声波探头发射信号，声波信号到达储罐另一侧罐壁与空气界面后沿原路线返回，再次由超声波探头接收，并将接收到的信息传输到控制中心。(3)通过第一控制模块(plc模块1)控制运载小车，使运载小车装载超声波探头沿滑轨行驶，行驶过程中由超声波探头发射信号，并将接收到的超声波信号实时传输到控制中心。(4)控制中心对接收到的超声波信号进行处理，计算得出超声波在各个高度沉积物中的传播速度，并将其与沉积层硬度样本进行比对，得出实际储罐各个高度沉积物的硬度。

实验例2

利用原油沉降分层实验装置实时监测搅拌罐底沉积层过程中沉积层的溶蜡的效果，并且能实时获取不同层位原油的物性。本实验例通过研究不同油样的溶蜡情况，模拟罐中心旋转喷头对沉积层的搅拌效果，测试油样为1#、2#、3#、4#油样，油样性质如表1和表2所示。

表1空白油物性测试结果

表2空白油30℃粘度测试结果

具体实验步骤如下：

步骤1，原油的预处理：

将一批盛有油样的密封玻璃瓶放入水浴中，静置加热至80℃，并恒温2h，使瓶内原油依靠分子的热运动达到均匀状态，然后静置自然冷却至室温，存放在环境温度波动较小的地方48h以上，则认为该油样为构成状态相同的基础油样。

步骤2，油样的预热：

打开程控水浴，将储油罐加热至实验所用温度30℃，待程控水浴的控制面板指示温度达到30℃时，恒温10min。从进油口经泵将预热后的实验用油输到储油罐中，直到液位达到储罐高度1/2时，停止进油。恒温30min，使玻璃瓶中的油样通过分子的热运动达到均匀状态。

步骤3，添加罐底沉积物：

打开储油罐顶盖，将制备好的沉积物均匀地盛装于储罐底部，盖好顶盖。

步骤4，搅拌沉积物：

启动进油管线的离心泵，罐中心旋转喷头通过油泵输送油品带动涡轮旋转，并利用传动装置驱动机身旋转，油品通过喷嘴以高速喷射到罐内，形成喷射流。通过调节阀控制进油速度，实时观测涡轮流量计显示的读数，使搅拌转速控制在800r/min。

步骤5，粘温测定：

通过在线粘度计测量不同层位油品的粘度并做好记录。

步骤6，分离及装样：

搅拌时间过后，用纱布过滤浆液，称取未溶解的罐底沉积物质量，并将滤出的液态油样迅速装入antonpaar流变仪的测量筒(油样装至测量筒的标记刻度线高度)。

步骤7，凝点测试：

将剩余的滤液装入到已经预热好的凝点试管中，测试其凝点，以保证每个装入到流变仪中的试样凝点的一致性。

步骤8，析蜡点、含蜡量的测定：

将制备好的式样装入铝制干锅，放入dsc仪器中，进行析蜡点与含蜡量的测量。

不同性质的空白原油溶解的罐底沉积物的结果如下表3所示；不同性质空白原油溶解罐底沉积物后物性测试结果如下表4所示；不同性质空白原油溶解罐底沉积物后粘度测试结果如下表5所示。

表3不同性质空白油对罐底沉积物的溶解性测试结果

表4不同性质空白原油溶解罐底沉积物后物性测试结果

表5不同性质空白原油溶解罐底沉积物后粘度测试结果

图6为不同性质空白原油对罐底沉积物的溶解率随含蜡量变化曲线，图7不同性质空白原油对罐底沉积物的溶解率随粘度变化曲线。由图5a-图5c、图6可知，在处理温度、搅拌转速、搅拌时间和罐底沉积物硬度一定的条件下，空白原油含蜡量越少、粘度越低，则原油对罐底沉积物的溶解性越好。

图8-图11分别为1#、2#、3#和4#油空白原油掺入罐底沉积物后粘度随剪切速率的变化曲线。由图8-图11可知，不同空白原油掺入罐底沉积物后所形成的浆液粘度与原油粘度的差值随油品性质的变差而减小，这主要是因为油品性质越差，原油溶解的罐底沉积物越少，因而物性变化小。

实验例3

本实验例提供了利用大涡模拟计算搅拌沉积层时储罐内的流场分布的实验，操作步骤如下：

步骤1：采用solidworks三维建模软件建立图5b所示的罐中心固定喷嘴模型，流场计算域为储罐直径d和液位高度h构成的圆柱形区域，喷嘴位于储罐底部中心位置。将该模型以parasolid格式输出。

步骤2：将上述三维模型导入ansysicemcfd软件进行结构化网格剖分，在喷嘴外部划分o-block，删除喷嘴内部的block。将pre-meshconverttounstructmesh，输出mesh文件，求解器设置为fluent。

步骤3：采用fluent软件三维双精度基于压力的分离式求解器对搅拌过程中储罐内的流场分布进行计算。湍流模型：les模型，亚格子模型选用smagorinsky-lilly，选择dynamicstress；流体介质：根据沉积层的密度和粘度进行设置；边界条件：喷嘴出口设置为速度入口边界条件，其他均为无滑移壁面边界条件；压力-速度耦合：piso算法；空间离散格式：梯度项离散为leastsquarescellbased，压力离散为standard，动量方程离散为boundedcentraldifferencing；瞬态项求解：boundedsecondorderimplicit格式。根据喷嘴出口处流体速度不同，设定合理的收敛残差，调节压力、密度和动量的松弛因子，选择合适的迭代步长。

步骤4：采用tecplot360可视化后处理软件对计算结果进行处理，通过观察不同截面的速度云图、压力云图、流线图和涡量图等，对搅拌过程中不同时刻的流场分布进行分析。

需要说明的是，在本说明书的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的和区别类似的对象，两者之间并不存在先后顺序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本说明书的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

应该理解，以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述，在所提供的示例之外的许多实施例和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此，本教导的范围不应该参照上述描述来确定，而是应该参照前述权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。出于全面之目的，所有文章和参考包括专利申请和公告的公开都通过参考结合在本文中。在前述权利要求中省略这里公开的主题的任何方面并不是为了放弃该主体内容，也不应该认为申请人没有将该主题考虑为所公开的说明书主题的一部分。