第五章 顺 序 输 送

22
第五章 顺序输送
如果是对称浓度，则计算公式可进一步简化，在对 称浓度范围内，有Z1=-Z2 。以99%~1%为例
1 K A = [1 + φ ( Z )] 2
φ (Z ) = 2K A − 1
φ ( Z1 ) = 2 K A1 − 1 = 2 × 0.99 − 1 = 0.98
φ ( Z 2 ) = 2 K A 2 − 1 = 2 × 0.01 − 1 = −0.98
21
第五章 顺序输送
混油浓度与Z值
KA1，% 99 98 97 96 95 94 93 92 91 KA2，% 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Z 1.645 1.452 1.330 1.238 1.163 1.099 1.044 0.994 0.948 KA1，% 90 85 80 75 70 65 60 55 50 KA2，% 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Z 0.906 0.733 0.595 0.477 0.371 0.272 0.180 0.089 0.000
0 T T T
t0
Z=
Vt0 (1 − τ ) (1 − τ ) Vt0 (1 − τ ) = = 2 DTτt0 2 τ DT t0 2 τ
(1 − τ ) VL (1 − τ ) L = = Ped DT DT L / V 2 τ 2 τ
t →t0 取 τ
=1
则
Z=
1−τ 2
Ped
17
第五章 顺序输送
6
第五章 顺序输送
5.1.3 顺序输送要解决的问题
首要问题是如何减少混油损失 确定混油量、 混油到终点以后的切割方案， 确定混油量 、 混油到终点以后的切割方案 ， 以及 处理方案 确定油品的输送顺序和合理的循环周期 确定首站、 确定首站、末站和中间站必须建设的油罐容积 在两种油品交替过程中， 对混油的监视， 在两种油品交替过程中 ， 对混油的监视 ， 控制和 测量 确定各个泵站在不同工况下的工作方式。 确定各个泵站在不同工况下的工作方式。
代入不同的有效扩散系数计算公式，可得有关混 油量不同的计算公式。
3 0.545 vpj (3×103 + 60.7 Re0.545 ) Vh d 3×10 + 60.7 Re pj pj = 4Z = 4Z Vg LV L Re pj
按上式计算所得的混油量Vh 与生产中测得的混油 量相比，一般偏小。这是由于希兹基洛夫紊流扩散系数 计算式对管壁处层流边层 层流边层造成混油的影响估计不足。因 层流边层 而对公式引入修正系数，于是混油量可按下式计算
油气管道输送课程
第一部分
输油管道设计与管理
第五章
顺序输送
2009-02-17
第五章 顺序输送
5.1 顺序输送的特点 5.1.1概述 概述 在一条管道 一条管道内，按照一定批量和次序，连 一条管道 连 续地输送不同种类 续地 不同种类油品的输送方法称为顺序输 不同种类 送（或交替输送）。 采用顺序输送的原因 顺序输送的发展情况及应用前景
7
第五章 顺序输送
5.2 混油的机理
两种油品在管内交替时，产生混油的因素主要有 两个：一是管道横截面沿径向流速分布不均匀使后行 油品呈楔形进入前行的油品中；二是管内流体沿管道 径向、轴向造成的紊流扩散作用。紊流扩散过程破坏 了楔形油头的分布，使两种油品混合，在一定程度上 使混油段油品沿管子截面趋于均匀分布。 5.2.1 层流混油机理 层流时，出现楔形油头 楔形油头，混油量大 楔形油头 层流
q1
q2
KB +
∂K B ∂2KB = DT ∂t ∂x 2
∂K B dx ∂x
14
第五章 顺序输送
引入变量 解方程得
Z= x 2 DT t
Z
2
代入方程中
d 2KB dK B = −2 Z dZ dZ 2
K B = C1 ∫ e − Z dZ + C 2
0
根据定解条件 在 0 < t < ∞ 的任一时刻，在x=0处，z=0，KB=0.5； 在 0 < x < ∞ 的任一截面上，t→0时，Z→∞，KB=0。 − 1 C =0.5 2 C1 = 1 K A = [1 + φ ( Z )] π 2 （3）紊流扩散系数
18
第五章 顺序输送
实测值不对称，产生很长的一个混油尾痕
19
第五章 顺序输送
5.3.2管道终点的混油量和混油长度 管道终点的混油量和混油长度 管道终点的混油量与所讨论的混油段的浓度范围有 关。混油所占据的管段长度称为混油长度。显然，管道 终点的混油量（混油长度）是个条件性的参数。预先确 定的混油头、混油尾的切割浓度范围不同，管道终点产 生的待处理的混油量也就不同。 （1）混油量理论计算公式 混油量理论计算公式 混油段头到达管道终点截面的时间为t1，混油段尾 通过管道终点的时间为t2，则在管道内形成的混油量Vh 为 Vh = Q(t 2 − t1 )
10
第五章 顺序输送
汽油
煤油
柴油
11
第五章 顺序输送
12
第五章 顺序输送
5.3混油浓度的分布规律 5.3.1 扩散速度 两种油品在管道内交替时，因为对流和扩散的作 用，A油从浓度高处向低处扩散，使B油中混入A油； A B A 同时，B油也从高浓度区向低浓度区扩散，使A油中混 入B油。在两种油品之间形成混油区。在混油区内油品 浓度沿长度变化，而管道横截面上浓度基本趋于均匀。 对于这种管内一维的扩散过程，可以近似用费克扩散 定律描述
Vh − = τ 2 − τ 1 = 2( Z 1 − Z 2 ) Ped 0.5 Vg
上式为管道终点处任意浓度范围内混油量的计算公 式。由式（6－6）可知，Z1、Z2是油品KA、KB的函数。 如已知混油的浓度范围，可由式（6－6）计算Z值或由 图6－6查得Z1、Z2值，代入上式，即可求得已知浓度范 围内的混油量。
因此有：
1 1−τ K A = [1 + φ ( 2 2 1 1−τ K B = [1 − φ ( 2 2 Ped )] Ped )]
当输送条件一定时，某一特定管道终点所流出的油 流浓度KA或KB仅是τ（时间）的函数。理论上是对称的。
1-Ped=100；2- Ped=1000，3- Ped=10000
26
第五章 顺序输送
27
第五章 顺序输送
在规定的对称浓度范围内，管内径d、管长L和雷数 Re是影响混油量的主要因素。 对于某一特定的顺序输送管道（即d、L为定值）， 雷诺数对混油长度的影响大致有两个不同的区域。在每 一区域内，Re和无因次量 C2/Ld在对数坐标系统中均呈 直线关系。 把C2/Ld值随雷诺数降低而缓慢增大的区域称为“平 滑区”，在该区域内，直线的斜率为-0.2，因而图65“平滑区”内C2/Ld与Re的关系可用下式表示
路易斯安那州 密西西比州
林登(终点) 新泽西州
宾西法尼亚州
米切尔 格林斯巴勒
卡罗来纳州 南卡罗来纳州
亚特兰大 佐治亚州
得克萨 斯州
巴吞鲁日
休斯敦（起点）
科洛尼尔成品油管道
3
第五章 顺序输送
中国
成品油干管约3800km 石油1783 石化267 1783， 267）。 成品油干管约3800km （石油1783，石化267）。
wk.baidu.com
16
第五章 顺序输送
5.3 管道终点混油的接收与销售
5.3.1管道终点的混油浓度 管道终点的混油浓度 管长L，流速为V，则终点距0界面的距离 x = L − Vt 设0界面从管道起点流到终点所经历的时间间隔为t0 ， x L − Vt V (t − t ) L=Vt0，则： Z= = = 2 D t 2 D t 2 D t t t = τt 0 则： 设：τ =
如以C代表混油段长度，则
C = 4αZ dL 3 × 10 3 + 60.7 Re 0.545 pj Re pj
25
第五章 顺序输送
（2）混油量的经验计算公式 混油量的经验计算公式 奥斯汀（Austin）和柏尔弗莱（Palfrey）收集并分 析了有关顺序输送管道的大量实验和生产数据，给出了 混油量的经验计算式。在整理这些数据时做了如下规定： 1）混油的粘度按下式计算，并由此粘度计算雷诺数。 2）不考虑输送顺序对混油的影响 3）根据对称浓度条件，把前行油品浓度为99％～1％范 围内混油长度定义为混油段的长度。
13
第五章 顺序输送
5.3.2 混油浓度的分布规律 公式推导
∂K B ∂X ∂K B ∂ q 2 = − FDT (k B + dx) ∂x ∂X ∂2KB dq = q1 − q 2 = FDT dx 2 ∂x q1 = − FDT
∂K B dq = ∂t Fdx
dq = F ∂K B dx ∂t
8
第五章 顺序输送
5.2.2 紊流混油过程
9
第五章 顺序输送
归纳如下： 归纳如下： (1)在起始接触面(0界面)上 KA=KB=0.5; (2)在同一时间内，在混油段内距0界面不同距离的各截 面上，混油浓度不同，混油浓度是距离的函数K=f(x); (3)在混油段内，距0界面同一距离的某一截面上，混油 浓度随时间而改变，混油浓度是时间的函数 K=f(t); (4)综合考虑 KA=f1(t,x) KB=f2(t,x) KA+KB=1 or KB=1- KA (5) 注意0界面和起点截面的关系
3 0.545 Vh d 3×10 + 60.7 Re pj = 4αZ Vg L Re pj
24
第五章 顺序输送
雷诺数越小，层流边层越厚，因流速分布不匀所增 加的混油量就越多， 值就大。由于层流边层内的液量 由于层流边层内的液量 α 不多，它主要影响对称浓度范围较宽的混油段的混油量， 不多，它主要影响对称浓度范围较宽的混油段的混油量， 对较窄浓度范围的混油量影响不大。 对较窄浓度范围的混油量影响不大。
2
管道概况： 管道概况： 干线全长： 双线)； 干线全长：4649km(双线 ； 双线 管径： 管径：762mm ~1016mm； ； 泵站： 座 泵站：53座； 压力： 压力：4.0MPa； ； 输量： 输量：9300×104t/a × 交油站： 交油站：281个; 个 九家石油公司合股投资建设
图例
中石油 中石化 其 他
名称 长度(km) 管径(mm) 设计输量（104t/a） 兰成渝 1248 508/457/323.9 500 抚鲅管道 245 355.6/377 240 格拉管道 1076 159 15 克乌线 291 273 130 4 镇杭线 192 355/273 250
第五章 顺序输送
起点：兰州北滩油库油 终点：重庆 全长：1247km 1247km 管径：508/457/323mm ： 泵站：4座 4 设计输量：500×104t/a 500× 500 设计压力：10MPa 10MPa
兰州
兰 成 渝 管 道
成都
重庆
5
第五章 顺序输送
5.1.2 顺序输送的特点 顺序输送时会产生混油 混油的处理与销售 批量与最优循环次数 首、末站批量油品的储存 一年内完成的循环周期数 顺序输送时管道的水力特性不稳定 顺序输送管道中， 顺序输送管道中，一次 由不同的几种批量油品组成一 输送某种油品的量 循环， 个循环，完成一个循环所需的 时间称为循环周期 时间称为循环周期
1 K B = [1 − φ ( Z )] 2
15
第五章 顺序输送
1 K A = [1 + φ ( Z )] 2 1 K B = [1 − φ ( Z )] 2
Z= x 2 DT t
φ (Z ) =
2
π
∫
Z
0
e − Z dZ
2
该积分具有如下性质： 该积分具有如下性质： 1）当Z>0时，0 1，KB=0.5 0 ） 时 ， 2）当Z<0, φ (− Z ) = −φ ( Z ) 分布是对称的。 ） 分布是对称的。 （3）有效扩散系数 ）
20
第五章 顺序输送
混油量与管道容积Vg之比称为相对混油量 相对混油量。 相对混油量
Vh Q(t 2 − t1 ) = = τ 2 − τ1 Vg Qt 0
Z= 1−τ 2 Ped
τ = 1 − 2ZPed −0.5
− − τ 2 = 1 − 2 Z 2 Ped 0.5 τ 1 = 1 − 2Z 1 Ped 0.5
φ 另外，由概率积分函数： (−Z ) = −φ (Z ) 则： φ (−Z ) = −φ (Z ) = 0.98 而： φ (Z ) = 0.98 所以： Z1 = − Z 2 因此对于对称浓度，理论混油量计算公式为
2 2
1
Vh − = τ 2 − τ 1 = 4ZPed 0.5 Vg
23
第五章 顺序输送