顺序输送管道中混油的机理分析与处理方法

顺序输送管道中混油的机理分析与处理方法
顺序输送方法可使长输管道最大限度的满负荷运行,增加管道企业的经济效益,减轻其他运输方式(铁路、公路)的运输负荷,但在顺序输送的管道中,当2种油品交替时,在接触区会形成一段混油。

混油的形成造成了一定的油品损失,因此,有必要对顺序输送管道在输油过程中产生混油的机理、混油量计算和混油处理的方法等方面作一些探讨和研究。

1 混油分析
1.1 混油产生机理
对流—扩散混油机理是混油产生的主要机理。

2种油品在管内交替时,产生混油的因素主要包括:①管道横截面沿径向流速分布不均匀,导致后行油品呈楔形进入前行油品中;②管内流体沿管道径向、轴向造成紊流扩散作用。

层流流动下,管道横截面上流速的分布不均匀是造成混油的主要原因,这种混油量可能达到管道总容积的若干倍。

紊流流动下,沿管道截面的速度分布比层流均匀,由于激烈的紊流扰动,使混油各截面上的油品浓度较为均匀,观察不到楔形油头的存在。

当雷诺数超过某一数值时,层流边层的厚度极薄,紊流核心部分几乎占有整个管道截面,这时紊流速度场局部流速不均匀、紊流脉动以及在浓度差推动下沿管长方向的分子扩散是造成混油的主要原因。

混油产生的其他机理包括:①当切换油罐时,在管汇系统中形成2种不同油品的初始混油,这些混油将进入管道干线,油品的油罐切换时间越长,初始混油区越长;②一些所谓的“死区”(铸造闸阀的上腔、垫圈、过滤器、三通、汇管、备用泵等)对在罐区管汇中形成的混油体积产生相当大的影响,前面流动的油品滞留在这些地方,再被后面的油品冲走。

干线中的一些盲肠式支管、旁通管、垫片、机械隔离器及刮蜡器的收发筒等也能促使混油形成;③在顺序输送原油和成品油的管道上可能存在自流段。

雷诺数是影响混油的决定因素,此外还有油品性质、初始混油量、流速变化、输送距离和停输等影响因素。

1.2 混油长度的计算
混油量所占据的管段长度称为混油长度。

目前国内外对成品油顺序输送产生的混油长度进行了大量的研究,但由于混油机理的复杂性和管道本身的特殊性,至今还没有一个公认的与实际完全吻合的计算公式。

比较常用公式包括:①由扩散理论推导的混油计算公式[4],该公式表明混油长度与管道长度和管径的平方根成正比;②奥斯汀与柏尔弗莱经验公式,其混油量浓度范围为1%～99%;③中国工业试验总结的混油计算公式,即在格拉管道大量试验基础上得出的经验公式,其混油浓度范围为1%～99%。

2 混油处理
混油处理方法主要有掺混法、蒸馏法、金属氧化物处理法、碱处理法及过滤法等。

目前国内外对混油的处理方法主要是掺混法和蒸馏法。

表1为2种方法的比较。

3 算例分析
3.1 不同管径和不同雷诺数的混油长度计算
设有5条成品油顺序输送管道,其管道内径分别为159.0、273.0、355.6、57.0、559.0mm,长度均为200km,采用上述公式计算这5条管道在雷诺数为10000和100000时管道内混油的长度。

结果表明:中国工业试验总结的混油计算公式的计算结果仅与管道长度有关,其结果不能体现出雷诺数对混油长度的影响,故实际应用中局限性大;由扩散理论推导的混油计算公式和奥斯汀与柏尔弗莱经验公式计算结果可知,当雷诺数小于临界雷诺数时,管道中产生的混油量很大,当雷诺数大于临界雷诺数时,管道中产生的混油量相对于前者要小得多;混油量随管径的增大而增大。

因此在顺序输送中,为了减少混油量,应在雷诺数大于临界雷诺数的条件下运行。

3.2 不同管道长度下的混油量计算
当雷诺数大于临界雷诺数时,以格拉管道的长度和输油量为基础,计算顺序输送管道中的混油量,其实测混油量和公式计算混油量见表2。

可以看出,混油量随管道长度和输量的增加而增加;利用扩散理论推导的混油计算公式的计算值与实测值最为接近;中国经验公式与格拉管道上测试数据较为接近,但其应用于其他管道会有局限性,不应做为计算混油量的通用公式[7];奥斯汀与柏尔弗莱经验公式计算的混油量与实测数据相比明显偏低,也明显低于扩散理论推导公式的计算值。

4 结论
(1)顺序输送成品油和原油是管道输送中的一种工艺安排,应当在实际生产实践中从工艺设计和操作要求2个方面着手,尽量减少混油的产生,比如将流体的流动控制在紊流状态下、采用隔离球(塞)或隔离液法输送、输送过程中尽量减少停泵次数以及合理安排输油次序等措施都能有效减少顺序输送管道中的混油量。

(2)混油处理是长距离顺序输送成品油管道以及油品储存的重要生产环节,也是降低管道输送成本、提高管输经济效益的重要课题。

因而在保证油品质量的前提下,应尽量采用将混油分割为2部分的切割方案。

在制定方案时,要遵循往售价较高的油品中切入的混油尽量多些的原则,以减少混油的贬值损失。

参考文献:
[1] 黄春芳.石油管道输送技术[M].北京:中国石化出版社,2008.
[2] 杨筱蘅,张国忠.输油管道设计与管理[M].东营:石油大学出版社,1996.
[3] 陈保东,马贵阳.油品储运技术[M].北京:中国石化出版社,2009.
[4] 唐海燕,等.顺序输送成品油管道混油量计算公式对比[J].油气储运,2007,31 (10).
[5] 曾多礼.成品油管道输送技术[M].北京:石油工业出版社,2002.
[6] 李传宪.原油流变学[M].东营:中国石油大学出版社,2007.
[7] 蒲家宁.管道顺序输送动态分析[J].油气储运,1991,15(3).。