日儀管道順序輸送混油量分析與計(jì)算

田 遠(yuǎn)劉 靚

1.中國石化管道儲(chǔ)運(yùn)分公司 運(yùn)銷處 （江蘇 徐州 221006)

2.中國石化管道儲(chǔ)運(yùn)分公司 華東管道設(shè)計(jì)研究院 （江蘇 徐州 221006）

日照-儀征原油管道 （以下簡稱日儀管道）于2011年建成投產(chǎn),管道總長度378km,管徑914mm,干線設(shè)計(jì)壓力8.5MPa，全線共設(shè)有5座輸油站，年輸量為 2000×104t，最大年輸量為 3600×104t。 日儀管道是我國目前口徑最大、輸量最大、自動(dòng)化水平最高的原油管道，投產(chǎn)后進(jìn)一步完善了中國石化原油輸送管網(wǎng)，減輕了甬滬寧和魯寧管道的輸油壓力。

1 管道順序輸送產(chǎn)生混油的機(jī)理

在同一條管道內(nèi)，按時(shí)間順序連續(xù)地輸送不同種類的油品，稱為順序輸送。順序輸送時(shí)，兩種油品在管道內(nèi)流動(dòng)中形成混合界面，油品的物性參數(shù)相差越大，混合界面越清晰，混油量越小。流態(tài)對(duì)混油量有很大的影響，流態(tài)不同，在輸送過程中產(chǎn)生的混油量也大不相同[1]。

在層流時(shí)，管道內(nèi)油品流動(dòng)的軸心流速大于管內(nèi)壁邊緣流速，從而使后行油品呈楔形進(jìn)入前行油品中，由于兩種油品密度不同，后行油品的分子將通過前行油品界面，這種擴(kuò)散使界面臨近區(qū)域的2種油品密度趨于均勻。

在紊流時(shí)，管道截面上油品的流速接近平均流速，且擴(kuò)散不單單存在軸向上，還存在徑向上的擴(kuò)散，對(duì)流傳遞不顯著，從而減少了混油量。實(shí)驗(yàn)表明，隨著雷諾數(shù)的增加，相對(duì)混油量下降。當(dāng)雷諾數(shù)達(dá)到某一數(shù)值時(shí)，混油量隨雷諾數(shù)的改變很小。

2 混油量的影響因素分析

2.1 油品性質(zhì)及輸送次序

順序輸送時(shí)，某一種油品其單位容積內(nèi)允許另一種油品混入的數(shù)量與這2種油品的物性參數(shù)相關(guān)。油品性質(zhì)越接近，2種油品互相允許的混入量就越大。在制訂一個(gè)批次的輸油計(jì)劃時(shí)，應(yīng)盡可能將密度相近，產(chǎn)生的混油易于處理的油品相鄰排列輸送。如輕質(zhì)原油-重質(zhì)原油-輕質(zhì)原油。

黏度小的油品后行時(shí)混油量比前行時(shí)混油量多10%～15%。國內(nèi)外的試驗(yàn)及輸送中發(fā)現(xiàn)，油品交替時(shí)，黏度小的油品頂替黏度大的油品所形成的混油長度大于次序相反時(shí)的混油長度，2者比值在1.04～1.36之間，且隨流速和輸送距離的變化而不同。

2.2 輸送距離

由于速度的不均勻性及分子擴(kuò)散作用，混油長度的大小隨著輸送距離的增加而增大，通過大量的生產(chǎn)數(shù)據(jù)得到混油長度與輸送距離間的經(jīng)驗(yàn)公式:

式中 C—混油長度，m；

A—系數(shù)，隨雷諾數(shù)的增大而減??；

L—輸送距離，m；

x—小于 1 的混油指數(shù)(0.38＜x＜0.62，混油段經(jīng)過的泵站次數(shù)越多，x越大)。

2.3 初始混油量的影響

在輸油首站2種油品開始交替時(shí)，先開啟后行油品儲(chǔ)罐的閥門，后關(guān)閉前行油品儲(chǔ)罐的閥門，實(shí)現(xiàn)輸油批次的交替。在切罐的短暫時(shí)間內(nèi)，2種油品同時(shí)進(jìn)入管道，形成初始混油[2]。初始混油量的大小與切罐速度的快慢和首站輸量有關(guān)。初始混油對(duì)短距離輸送管道的影響很大，而對(duì)長距離輸送管道的影響不明顯。

2.4 停輸對(duì)混油量的影響

管道運(yùn)行時(shí)，可能會(huì)因事故或維修等情況造成管道停輸。此時(shí)，相鄰油品密度的差異就是混油量的決定因素。由于密度差的作用，較輕的油品將會(huì)向上運(yùn)動(dòng)，較重油品則向下運(yùn)動(dòng)，如果停輸時(shí)混油段位于高度差很大的山坡，且密度大的油品位于高點(diǎn)，則混油量將會(huì)顯著增加。

順序輸送的管道中可能存在不滿管的流段，由于重新建立的流速斷面以及紊流強(qiáng)度、擴(kuò)散過程的變化，油品混摻與滿管流時(shí)的情況不同，也會(huì)增大混油量[3]。流速和管道沿線溫度的變化以及管道的分支與旁接都將影響輸送中形成的混油量。所以為了減少混油量增大而帶來的損失，必須從以上影響因素入手。

3 日儀管道順序輸送混油量的計(jì)算

日儀管道目前主要是常溫密閉輸送低硫、低凝的原油，輸送的油品主要有凱薩杰、塞巴、阿曼和杰諾等原油。要確定順序輸送時(shí)混油量的多少，首先是確定相鄰輸送油品的性質(zhì)。油品的物性參數(shù)如表1所示。

表1 日儀管道輸送油品參數(shù)表

當(dāng)日儀管道輸送凱薩杰和阿曼的混油時(shí)，可以通過Austin和Palfrey經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算，該公式不考慮輸送次序?qū)煊土康挠绊懀亚靶杏衅唇訚舛葹?%～99%的2界面間的距離定義為混油段的長度。

混油的運(yùn)動(dòng)黏度v由以下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算:

式中 Re—混油段雷諾數(shù)；

Rej—臨界雷諾數(shù)；

C—混油段長度，m；

d—管道內(nèi)直徑，m；

L—管道長度，m；

Q—流量，m3/s；

V—混油量，m3;

v—混油段運(yùn)動(dòng)黏度，m2/s；

vA—前行油品在輸送溫度下的運(yùn)動(dòng)黏度,m2/s；

vB—后行油品在輸送溫度下的運(yùn)動(dòng)黏度,m2/s。

由公式（4）、（5）計(jì)算可得,當(dāng)日儀管道（φ914mm×12.7mm）在順序輸送凱薩杰和阿曼原油時(shí)，臨界雷諾數(shù) Rej=12.98×104，通過混油量計(jì)算公式（2）、（3）可以得出Re與混油長度的關(guān)系。在日儀管道順序輸送過程中，若不考慮輸送次序和初始混油量的影響，雷諾數(shù)是混油量大小的主要影響因素。當(dāng)Re＞12.98×104時(shí)，混油長度隨雷諾數(shù)的降低而緩慢增長；當(dāng)Re＜12.98×104時(shí)，混油長度隨雷諾數(shù)的降低而急劇增加。 因此可以得出結(jié)論:為了減少混油量，盡可能使該管段在大于臨界雷諾數(shù)12.98×104時(shí)輸送原油。

通過Austin經(jīng)驗(yàn)公式（6）計(jì)算可得，當(dāng)輸送凱薩杰（vA=23.1×10-6m2/s）和阿曼（vB=37.0×10-6m2/s）混油時(shí)，混油段運(yùn)動(dòng)黏度v=29.13×10-6m2/s，此時(shí)混油段長度約為3753.71m，通過公式（7）可得混油量為2326.7m3。

通過以上計(jì)算可得日儀管道的混油量與輸送距離和年輸量的關(guān)系（圖1）:當(dāng)輸送距離相同時(shí)，隨著年輸量的提高，混油量減少；當(dāng)年輸量確定時(shí)，隨著輸送距離的增大，混油量增加減緩，當(dāng)輸送距離達(dá)到一定值時(shí)混油量曲線將會(huì)趨于平緩。

4 減少混油的措施

（1）簡化輸油流程，盡量減少旁接油罐混油，盡可能采取密閉輸送方式。

（2）油品交替時(shí)，盡量加大輸送速度，保持流態(tài)在紊流狀態(tài)下運(yùn)行。

（3）合理安排輸油次序，先輸黏度小的原油，后輸送黏度較大的原油。

（4）嚴(yán)格控制處于管道翻越點(diǎn)之后各泵站的進(jìn)站壓力，以避免不滿流管引起混油量增加。

（5）在2種油品的接觸界面處放隔離球或隔離塞，避免油品直接接觸。

（6）盡量避免停輸，若要停輸盡可能是混油段停在平坦地段。若是高落差起伏大的管道，應(yīng)考慮油品輸送次序，使重油在下、輕油在上。

[1]楊莜蘅.輸油管道設(shè)計(jì)與管理[M].北京:石油大學(xué)出版社,2006.

[2]王昆,陳保東,王占黎,等.管道順序輸送中混油及混油量的研究[J].管道技術(shù)設(shè)備,2007（2）:8-12.

[3]陳世一,崔艷星,崔艷雨.成品油管道順序輸送混油量的計(jì)算方法[J].油氣儲(chǔ)運(yùn),2007（8）:16-19.