新型油槽車定量裝車工藝計(jì)算研究

周志強(qiáng), 劉德俊, 關(guān) 麗 , 梅宏林

(1. 遼寧石油化工大學(xué)石油天然氣工程學(xué)院，遼寧撫順 113001; 2. 遼河油田油建二公司，遼寧盤錦 124000)

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新型油槽車定量裝車工藝計(jì)算研究

周志強(qiáng)1, 劉德俊1, 關(guān) 麗1, 梅宏林2

(1. 遼寧石油化工大學(xué)石油天然氣工程學(xué)院，遼寧撫順 113001; 2. 遼河油田油建二公司，遼寧盤錦 124000)

根據(jù)新型油槽車定量裝車系統(tǒng)中鶴管分布不同的工藝特點(diǎn)，建立了滿足傳統(tǒng)油槽車裝車時(shí)間要求的油槽車定量裝車時(shí)間的數(shù)學(xué)模型。討論了新型油槽車定量裝車系統(tǒng)水力計(jì)算的數(shù)值求解方法，應(yīng)用數(shù)學(xué)迭代的方法求解管路系統(tǒng)計(jì)算方程，求解出集油管、鶴管段的流量。應(yīng)用VC++6.0高級(jí)語(yǔ)言編制了定量裝車系統(tǒng)的計(jì)算程序，求得了各鶴管流量，進(jìn)而求出裝車時(shí)間。該數(shù)學(xué)模型可用于油槽車定量裝車系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、改造和運(yùn)行管理，為計(jì)算、分析、優(yōu)化和運(yùn)行管理等環(huán)節(jié)提供理論支撐。

定量裝車； 流量； 鶴管； 裝車時(shí)間

傳統(tǒng)油槽車定量裝車分布于棧橋的兩側(cè)，存在自動(dòng)化水平普遍不高，可靠性、安全性設(shè)計(jì)不理想，受人為因素的影響較大等缺點(diǎn)。而新型油槽車定量裝車系統(tǒng)中鶴管的分布與傳統(tǒng)油槽車裝車系統(tǒng)不同，它的鶴管分布于棧橋的一側(cè)，且具有精度高、技術(shù)先進(jìn)、結(jié)構(gòu)合理、操作方便、運(yùn)行穩(wěn)定可靠、減少環(huán)境污染、高效節(jié)能、經(jīng)濟(jì)效益十分顯著的特點(diǎn)[1-3]，這樣設(shè)計(jì)便于管理、減少人工成本。根據(jù)新型油槽車定量裝車系統(tǒng)的工藝特點(diǎn)，建立了油槽車定量裝車系統(tǒng)水力計(jì)算和裝車時(shí)間計(jì)算的模型，討論了此計(jì)算模型的數(shù)值解法。并且應(yīng)用了VC++6.0語(yǔ)言編制了油槽車定量裝車系統(tǒng)計(jì)算程序，利用該程序?qū)λ憷M(jìn)行計(jì)算與分析。

1 定量裝車系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)的確定

1.1 裝車流量的確定

油槽車定量裝車系統(tǒng)中，首先需要確定裝車流量，計(jì)算公式為:

(1)

式中：Q為裝車流量，m3/s；Vc為油罐車有效容積，m3；n為鶴管數(shù)，個(gè)；tm為原裝車方式裝車時(shí)間，s；n/m為每組最多開(kāi)m根鶴管，取整。

1.2 管徑的確定

油庫(kù)裝卸中，集油管管徑都是通過(guò)經(jīng)濟(jì)流速來(lái)計(jì)算的，而經(jīng)濟(jì)流速的取值主要決定于油品的黏度和管徑，查表選擇出相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)流速[4]，然后根據(jù)裝車流量Q，求得管徑，并選取標(biāo)準(zhǔn)管徑，計(jì)算公式為:

(2)

式中：d為計(jì)算管徑，mm；V為經(jīng)濟(jì)流速，m/s；Q為裝車流量，m3/s。

1.3 流態(tài)確定

通過(guò)雷諾數(shù)的計(jì)算得出集油管和鶴管中油品的流態(tài)，從而查表得出流態(tài)指數(shù)[5]。計(jì)算公式為:

(3)

式中：υ為油品的運(yùn)動(dòng)黏度，m2/s；Q為油品在管路中的體積流量，m3/s。

流態(tài)判斷[6]：

(1)Re<2 000時(shí)，層流；

(2) 3 000

(3)Re

(4)Re>Re2時(shí)，阻力平方區(qū)或粗糙區(qū)。

1.4 管路的沿程摩阻計(jì)算

要獲得摩阻較為精確的計(jì)算結(jié)果，關(guān)鍵在于選擇正確的摩阻計(jì)算公式。理論和實(shí)驗(yàn)都證明了列賓宗公式準(zhǔn)確、可靠。計(jì)算公式為：

(4)

式中：h為管路的水力摩阻，m；β為流態(tài)系數(shù)，m/s2；Q為流量，m3/s；ν為油品運(yùn)動(dòng)黏度,m2/s;d為管線直徑，mm；L為管線長(zhǎng)度，m；m為流態(tài)指數(shù)。

2 定量裝車系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型及算法

油槽車定量裝車系統(tǒng)流程如圖1所示，設(shè)裝車流量為Q。開(kāi)n個(gè)鶴管，各鶴管流量依次為q1,q2,…，qn，鶴管摩阻損失為hf,i，集油管摩阻為Hf,i。數(shù)學(xué)模型為：

(5)

圖1 油槽車定量裝車系統(tǒng)流程圖

Fig.1Theflowchartoftrainquantitativeloadingsystem

2.1 數(shù)學(xué)模型求解

將式(4)帶入式(5)，得:

(6)

因此，問(wèn)題變?yōu)閷?duì)n個(gè)未知量解q1，q2,…,qn解n-1個(gè)如式(6)形式的方程，采用常規(guī)解法相對(duì)困難，因此，采用計(jì)算機(jī)編程對(duì)上述方程進(jìn)行迭代方法求解。對(duì)于式(6)，i=n-1時(shí)，只有qn-1,qn兩個(gè)未知量，可用qn表示qn-1，當(dāng)i=n-2時(shí)，可用qn表示qn-2，如此從后至前，依次遞推，q1,q2,…,qn-1都可用qn表示，由公式(5)即可解出qn[7-8]。

2.2 模型求解

3 新舊油槽車定量裝車算例分析

某油庫(kù)的油槽車定量裝車系統(tǒng)如圖1所示。油庫(kù)油料為車用汽油，操作條件下車用汽油的黏度為1.05×10-6m2/s，槽車容積約為50m3，棧橋共有車用汽油鶴管8根，每組裝車最多同時(shí)開(kāi)4個(gè)鶴管，每組裝車時(shí)間不超過(guò)40min[9-10]，鶴位間距為12m，

鶴管計(jì)算長(zhǎng)度12m，鶴管內(nèi)徑100mm。

圖2 油槽車定量裝車時(shí)間數(shù)學(xué)模型求解程序框圖

Fig.2Thetrainquantitativeloadingtimemathematicalmodelsolvingprogramblockdiagram

根據(jù)上述給定的已知條件，運(yùn)用已編制的油槽車定量裝車系統(tǒng)計(jì)算程序，計(jì)算新型油槽車定量裝車時(shí)間與傳統(tǒng)油槽車定量裝車時(shí)間，計(jì)算對(duì)比結(jié)果如表1所示。

從表1中可以看出，以2組8根鶴管為例，兩種

裝車方式均滿足裝車時(shí)間約束條件，但新型油槽車定量裝車時(shí)間明顯優(yōu)于傳統(tǒng)油槽車定量裝車。即可以為新型油槽車定量裝車的設(shè)計(jì)提供理論參考。

表1 計(jì)算結(jié)果

4 結(jié)論

新型油槽車定量裝車系統(tǒng)中，在不同鶴管和集油管中，其流量是不同的。根據(jù)油槽車定量裝車系統(tǒng)的工藝特點(diǎn)，建立了油槽車定量裝車系統(tǒng)的水力計(jì)算模型，綜合分析了算例中油槽車裝車系統(tǒng)工藝計(jì)算中各個(gè)變化的參數(shù)對(duì)裝車時(shí)間的影響，以使理論研究更接近實(shí)際運(yùn)行工況，從而為油槽車裝車工藝的研究、優(yōu)化提供理論依據(jù)。

[1] 石英春,張維寧,畢宏偉，等.定量裝車控制系統(tǒng)在液體產(chǎn)品裝卸中的應(yīng)用[J].化工進(jìn)展,2013,32(z1):258-263.

Shi Yingchun, Zhang Weining, Bi Hongwei, et al.Quantitative tanker-filling control system applied in petrochemical liquid products in the process of loading and unloading[J].Chemical Industry and Engineering Progress，2013,32(z1):258-263.

[2] 王強(qiáng). 淺析鐵路油罐車定量裝車控制系統(tǒng)[J]. 黑龍江科技信息， 2009(28): 268-270.

Wang Qiang.Quantitative Analysis of railway tanker loading control system[J].Heilongjiang Science and Technology Imformation，2009(28):268-270.

[3] 徐京，秦豐高.油品裝車自控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J]. 石油化工自動(dòng)化，2006(3): 20-22.

Xu Jing,Qin Fenggao.Design and application of control system for refinery products truck loading[J].Automation of Petroleum Chemical Industry，2006(3):20-22.

[4] 唐海燕.成品油管道經(jīng)濟(jì)流速的確定[J]. 石油規(guī)劃設(shè)計(jì)，2007(3):33-34.

Tang Haiyan.Determination of oil product pipeline economical flow[J].Petroleum Planning and Design，2007(3):33-34.

[5] 馬貴陽(yáng). 工程流體力學(xué)[M]. 北京: 石油工業(yè)出版社, 2009: 92-93.

[6] 曾涌捷.等溫長(zhǎng)輸油管道的工藝設(shè)計(jì)[J].石油和化工設(shè)備,2010,13(6):12-15.

Zeng Yongjie.The long pull transports oil pipeline way of the technological design[J].Petro & Chemical Equipment，2010,13(6):12-15.

[7] 李征西, 徐思文. 油氣儲(chǔ)運(yùn)設(shè)計(jì)手冊(cè)[M]. 北京:石油工業(yè)出版社, 1997: 570-572.[8] 張猛,耿力學(xué)，秦瑞勝. 鶴管水力計(jì)算程序研究[J]. 內(nèi)蒙古石油化工， 2008(3): 32-33.

Zhang Meng，Geng Lixue,Qin Ruisheng.Crane hydraulic calculation program research[J].Inner Mongolia Petrochemical Industry，2008(3): 32-33.

[9] 王亞新，范開(kāi)峰，王衛(wèi)強(qiáng)，等.輕油罐車最佳卸車時(shí)間模擬分析[J].遼寧石油化工大學(xué)學(xué)報(bào)，2012,32(2)：47-49.

Wang Yaxin，F(xiàn)an Kaifeng.Wang Weiqiang,et al.Analysis of the best time for unloading clean oil tank truck[J].Journal of Liaoning Shihua University.2012,32(2):47-49.

[10] 權(quán)紅旗.輕質(zhì)油品鐵路裝車系統(tǒng)的改造[J].化工環(huán)保,2013,33(6):536-539.

Quan Hongqi.Modification of railway loading system for light oil[J].Environmental Protection of Chemical Industry,2013,33(6):536-539.

(編輯 王亞新)

Study on Quantitative Loading Process Calculation of Oil Tanker

Zhou Zhiqiang1, Liu Dejun1, Guan Li1, Mei Honglin2

(1.CollegeofPetroleumEngineering,LiaoningShihuaUniversity,FushunLiaoning113001，China; 2.LiaoheOilfieldConstructionCompany,PanjinLiaoning124000,China)

According to the process feature of different distribution of the hoses in the quantitative of loading system, the mathematical model was built for the calculations of loading time in the quantitative loading system. Furthermore the numerical method for solving the hydraulic calculation of ration loading system and the basic idea was discussed, then the flow rates in collecting pipeline and the hose at a certain liquid level were obtained by using iterative method. The flow of each hose was calculated by applying the procedure of quantitative loading system in VC++6.0 high-level language, and the loading time was got. The model can be applied to quantitative tank car loading system design, transformation, and operational management which provides theoretical support with calculation, analysis, optimization and operation management, etc., of the quantitative tank car loading system.

Quantitative loading; Flow rates; Hose; Loading time

1006-396X(2015)04-0091-03

2014-09-22

2014-10-25

遼寧省教育廳資助項(xiàng)目(L2011054)。

周志強(qiáng)(1988-)，男，碩士研究生，從事儲(chǔ)運(yùn)工藝與設(shè)備研究；E-mail：443436880@qq.com。

劉德俊(1967-)，男，碩士，副教授，從事原油及成品油管道輸送技術(shù)、油品儲(chǔ)存技術(shù)研究；E-mail:ldj88@163.com。

TE832.2

A

10.3969/j.issn.1006-396X.2015.04.019