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    調合噴嘴在儲罐上的應用

    2012-07-24 08:53:02楊海宏
    化工技術與開發(fā) 2012年12期
    關鍵詞:浮盤調合攪拌器

    楊海宏,原 英

    (中國石油廣西石化公司,廣西 欽州 535000)

    南方某煉廠,汽油、柴油和航煤油進罐后采用的是側向攪拌器進行循環(huán)攪拌,就使用效果來看,發(fā)現(xiàn)側向攪拌器循環(huán)攪拌效果不佳,側向攪拌器易出故障,維修頻繁,而且油箱密封不好,潤滑油泄漏形成的油污也不利于現(xiàn)場管理,油品需要攪拌時間長,延長了每罐調合時間。

    鑒于攪拌器的使用現(xiàn)狀,需要在新建工程項目中增設噴嘴循環(huán),以保證生產(chǎn)的需要。

    1 油品調合方式方案比較

    油品的調合方式主要有風攪拌調合、噴嘴調合(也稱泵循環(huán)調合)、機械攪拌調合和管道在線調合幾種方式。該廠汽油、柴油均采用管道在線進行油品調合,航煤油調合采用泵循環(huán)調合,鑒于實際使用中的經(jīng)驗,新增汽油罐區(qū)采用管道在線調合噴嘴循環(huán)的方式。

    1.1 機械攪拌循環(huán)

    機械攪拌調合是在油罐上設置側向攪拌器進行調合,每座成品5000m3罐安1臺側向攪拌器,每座10000m3罐安裝2臺側向攪拌器,每座20000m3罐安裝2臺側向攪拌器。側向攪拌器從罐壁伸入罐內,循環(huán)時通過側向攪拌器葉輪旋轉的圓周運動使油品上下翻騰,最終達到攪拌循環(huán)均勻的目的。

    目前,該廠汽油、柴油和航煤油儲罐都采用側向攪拌器循環(huán)攪拌。側向攪拌器循環(huán)攪拌過程中,暴露出以下缺點:(1)攪拌時間長,延長每罐調合時間,增大了每罐次調合周期。(2)攪拌器在使用中易發(fā)生齒輪磨損等故障,設備維護工作量大,同時更換配件亦需不斷增加投入資金。(3)使用中消耗潤滑油,需增加投資,同時攪拌器的泄漏給設備現(xiàn)場管理帶來難度。(4)攪拌器需要電機傳動,耗電高。

    1.2 噴嘴循環(huán)

    噴嘴循環(huán)是將調合噴嘴安裝在伸入罐壁內的進油線上,通過法蘭連接,其動力來自于罐區(qū)外,噴嘴一般由5~7個噴嘴組合而成,整套噴嘴安裝在罐底部中心,中心嘴垂直向上,四周噴嘴圍繞中心噴嘴均勻分布略呈向上傾斜,以形成向上噴射的射流網(wǎng),將油品混合均勻。

    噴嘴循環(huán)具有以下優(yōu)點:(1)油品調合時均勻分布的噴嘴產(chǎn)生的射流網(wǎng)有效平衡對罐壁的沖擊力,不易造成無力矩罐失穩(wěn)。(2)設備簡單,結構緊湊,操作方便安全可靠,施工簡單易行,噴嘴安裝后基本不需要維護,管理方便。(3)調合效率高,減少循環(huán)時間,節(jié)省能耗,降低蒸發(fā)損失。(4)熱傳遞均勻,避免油品氧化,無循環(huán)死角。(5)不會漏油污染,不需要配電,無火災爆炸隱患。

    圖1 噴嘴示意圖

    綜上所述,采用噴嘴循環(huán)的方式,對設備管理方便,而且對提高油品質量、降本增效具有重要意義。

    2 噴嘴設計計算

    2.1 噴嘴工作條件

    下面以10000m3儲罐設置噴嘴為例,設計計算噴嘴結構尺寸,安裝噴嘴的510#罐工藝參數(shù)見表1。

    表1 儲罐工藝參數(shù)

    2.2 噴嘴結構尺寸計算

    調合工藝流程及噴嘴安裝部位見圖2。

    圖2 噴嘴循環(huán)示意流程

    (1)選定噴嘴個數(shù)n:

    D=28m>15.5m,選取n=7,設計按7個噴嘴,3個導流嘴計算。

    (2)計算噴嘴仰角θ (圖3):

    式中:θ-噴嘴仰角,°;H-進油管中心線以上最高油位高度,m;H1-罐安全高度,m;

    h-罐底至進油管中心線高度,m;D-油罐直徑,m。

    圖3 噴嘴安裝圖

    (3)噴嘴出口處噴射速度(V)計算:

    式中:Q導-導流嘴的流量,m3·h-1;

    Q噴-單個噴嘴的流量,m3·h-1;Q總-進噴嘴的總流量,m3·h-1。所以 Q導不大于 15m3·h-1, Q噴不小于 57.9m3·h-1。

    1/2mv2=mgH V=2gH

    式中:V-噴嘴出口處所需的噴射速度,m·s-1;

    g-重力加速度,9.81m·s-2;

    H-進油管中心線以上最高油位高度,m;V- 17.368m·s-1。

    (4)噴嘴出口內徑(d1)計算(圖4):

    式中:QT-通過多噴嘴的總流量,m3·s-1;

    d1-噴嘴出口內徑,m;

    V-噴嘴出口處噴射速度,m·s-1;

    N-噴嘴個數(shù);

    Φ1-流量系數(shù),取決于泵的效率和泄漏情

    況,一般取0.9~0.95;

    Φ2-摩阻系數(shù),取決于液體內部阻力,汽油取1.05~1.1,煤油取1.10~1.15,柴油取1.15~1.2,潤滑油取1.25~1.50。

    我們選Φ1=0.95,Φ2=1.05,QT=450/3600=0.125 m3·s-1,則:

    圖4 噴嘴示意圖

    (5)導流嘴出口內徑(R)計算:

    Q導=Q總×10%÷3=15m3·h-1

    儲罐內徑D=28m 1/2mv2=mgS

    式中:S-做功距離,m。

    由 Q=v×S,得 S截= Q導/V=πr2=15/16.57/3600

    式中:r-導流嘴半徑,m。

    r =0.0089m=8.9mm R=2r=17.8mm

    (6)噴嘴入口內徑(d)計算:

    因為各噴嘴入口處截面積之和應大于或等于進油管的截面積,所以:

    (7)噴嘴長度(L)計算:L=3.8(d-d1)

    式中:L-噴嘴長度,mm;

    d-噴嘴入口內徑,mm;

    d1-噴嘴出口內徑,mm;

    L=3.8×(100-34.4)=249.28 mm

    3 驗算所設計噴嘴是否滿足要求

    下面,根據(jù)公式T=Q/V1驗算所選噴嘴能否滿足要求的調合時間。式中Q為通過噴嘴的液體流量,實際上,Q值不但與調合泵的選取有關,還應考慮到調合罐的總容量。根據(jù)實際經(jīng)驗,調合均勻所需要的總循環(huán)量,大體上是調合油品總量的1/3至1/2,考慮到汽油低粘度易于擴散的特點,我們選Q=1/3V體。考慮到實際調合中,去除罐底量后,10000m3儲罐實際調合量約為 7800m3,Q=1/3×7800=2600m3。V1為通過噴嘴的單位流量。

    V1=17.368×3.14×0.03442×7×3600/4=406 m3·h-1

    t=2600/406=6.4h,小于設計要求6~8h,所以噴嘴滿足要求。

    4 結論

    噴嘴循環(huán)調合具有減少泵循環(huán)時間,降低蒸發(fā)損失,設備簡單,便于管理等優(yōu)點,同時有效降低操作工人勞動強度,降低調合過程中的油品蒸發(fā)損失,節(jié)能效果顯著。另外噴嘴循環(huán)調合方式同樣適用于柴油循環(huán)攪拌和航煤循環(huán)攪拌。因為汽油儲罐內安裝有內浮盤,浮盤是輕骨架的鋁內浮盤,耐沖擊性能差,考慮到油品調合循環(huán)時噴嘴噴射的射流網(wǎng)對浮盤的沖擊,為防止出現(xiàn)浮盤翻盤事故,需要在噴嘴的實際應用中加裝減壓孔板,在不影響調合效果的情況下,能有效防止對浮盤造成損害。

    噴嘴調合方式由于其本身特性所帶來的經(jīng)濟效益,并結合當今世界對環(huán)境保護的需求,將在儲運調合方面獲得更廣泛的應用。

    [1] 李征西,徐思文.油品儲運設計手冊[M].北京:石油工業(yè)出版社,1997.

    [2] 郭光臣.煉油廠油品儲運[M]. 北京:中國石化出版社,1999.

    [3] 侯芙生.煉油工程師手冊[M]. 北京:石油工業(yè)出版社,1995.

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