成品油管道投產(chǎn)過(guò)程中油品乳化原因分析及防控

林景麗，許少新

成品油管道投產(chǎn)過(guò)程中油品乳化原因分析及防控

林景麗，許少新

（中國(guó)石化銷售股份有限公司華南分公司，廣東 廣州 510620）

針對(duì)成品油管道投產(chǎn)過(guò)程中普遍遇到的油品乳化問(wèn)題，總結(jié)歷年管道投產(chǎn)情況，發(fā)現(xiàn)油品乳化必然導(dǎo)致油品的分水性、微量水含量、堵塞性質(zhì)量指標(biāo)變化。結(jié)合已有理論，分析與這3項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)相關(guān)的影響因素，包括抗磨劑、水分、雜質(zhì)。提出篩選油品、篩選水、做好清管、提高管道運(yùn)行技術(shù)等10項(xiàng)關(guān)鍵的防乳化控制技術(shù)。這些技術(shù)通過(guò)了實(shí)驗(yàn)室模擬驗(yàn)證，并成功地應(yīng)用在2019年12月新投產(chǎn)的管道上，為類似成品油管道的投產(chǎn)提供實(shí)踐依據(jù)和解決方法。

成品油管道；投產(chǎn)；油品乳化；防控

對(duì)于新建設(shè)成品油管道，為了清管、試壓、調(diào)校設(shè)備、內(nèi)檢測(cè)需要以及考慮安全因素，投產(chǎn)前普遍采用水進(jìn)行試運(yùn)行，即水聯(lián)運(yùn)，之后再采用柴油頂水進(jìn)行投產(chǎn)。在柴油頂水投產(chǎn)過(guò)程中容易出現(xiàn)油品乳化現(xiàn)象，且部分管道在投產(chǎn)后較長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)油品持續(xù)乳化，對(duì)管道運(yùn)行和市場(chǎng)供應(yīng)造成了較大的影響。針對(duì)這一問(wèn)題，本文通過(guò)分析不同管道投產(chǎn)的特點(diǎn)，確定油品乳化同許多因素有關(guān)，針對(duì)性提出防控措施，并在新投產(chǎn)的管道上進(jìn)行實(shí)踐。

1 歷年管道投產(chǎn)油品乳化情況

近年來(lái)，華南管網(wǎng)共有8條管道采用柴油頂水方式投產(chǎn)運(yùn)營(yíng)，除柳州-桂林管道沒(méi)有出現(xiàn)油品乳化外，其余7條管道在投產(chǎn)過(guò)程和投產(chǎn)初期均出現(xiàn)油品乳化情況，油品乳化具有普遍性（見(jiàn)表1）。

表1 管道投產(chǎn)油品乳化情況表

通過(guò)大批量油樣跟蹤及質(zhì)量分析，發(fā)現(xiàn)油品乳化是柴油經(jīng)過(guò)管輸后，出現(xiàn)分水性、微量水含量、堵塞性等質(zhì)量指標(biāo)不合格或質(zhì)量指標(biāo)較進(jìn)管道前相差較大的情況，從而表現(xiàn)為油品外觀不清透，目測(cè)乳化。

2 柴油乳化的相關(guān)性分析

從歷年管道投產(chǎn)油品乳化比例（乳化油品量與管道容量之比）和投產(chǎn)條件進(jìn)行分析，可知每條管道的油品乳化比例隨著投油條件不同而相差較大，與油品性質(zhì)、水、雜質(zhì)有直接關(guān)系，與之相關(guān)的因素分析如下。

2.1 抗磨劑影響柴油的分水性

隨著柴油質(zhì)量升級(jí)，乳化現(xiàn)象愈加明顯。車用柴油較普通柴油乳化嚴(yán)重，國(guó)Ⅳ油品較之國(guó)Ⅲ油品嚴(yán)重，國(guó)Ⅴ油品較之國(guó)Ⅳ油品嚴(yán)重，且從國(guó)Ⅴ油品開(kāi)始，油品乳化后沉降難度加大。國(guó)Ⅱ、國(guó)Ⅲ、國(guó)Ⅳ、國(guó)Ⅴ油品的乳化比例分別為8%、16%、57%、276%。分析原因，主要為柴油在質(zhì)量升級(jí)過(guò)程中，加氫深度增加，硫含量比例大幅度降低（國(guó)Ⅱ、國(guó)Ⅲ、國(guó)Ⅳ、國(guó)Ⅴ柴油硫含量分別為2 000、350、50、10 mg·kg-1），為保證潤(rùn)滑性，柴油中加入較多的抗磨劑，抗磨劑中含有親水性較強(qiáng)的羧基等親水性基 團(tuán)［1］，是潛在的乳化劑或助乳化劑，在油頂水投油過(guò)程中使油水混合物容易形成乳化物。而柴油中的其他添加劑，如十六烷值改進(jìn)劑、抗靜電劑等不隨油品升級(jí)而增加添加量。

2.2 管道運(yùn)行技術(shù)影響柴油的微量水含量

2.2.1 流速的影響

流速越高，管道中的水和雜質(zhì)越容易被充分置換，越不容易發(fā)生大量油品乳化或持續(xù)乳化的情況。根據(jù)已有管道的投油及順序輸送控制經(jīng)驗(yàn)，管道運(yùn)行流速至少應(yīng)達(dá)到 1 m·s-1［2］，若能接近1.5 m·s-1更佳。分析原因主要是流速大，管內(nèi)介質(zhì)運(yùn)行狀態(tài)達(dá)到紊流狀態(tài)，尤其是對(duì)于爬坡?tīng)顟B(tài)，油相才有足夠的剪切力帶動(dòng)水相，使水不至于積存在低點(diǎn)形成積水［3］。以同樣使用國(guó)Ⅳ柴油投產(chǎn)的3條管道作比較，流速高的百色-昆明管道油品乳化比例較低，同樣使用國(guó)Ⅴ柴油投產(chǎn)的3條管道作比較，流速高的洋浦-馬村管道油品乳化比例較低。

2.2.2 運(yùn)行方式的影響

管道存水時(shí)間越短，油品乳化幾率越小。投產(chǎn)前，投油時(shí)間距離水聯(lián)運(yùn)結(jié)束時(shí)間應(yīng)盡量短，宜控制在1個(gè)月以內(nèi)；投產(chǎn)過(guò)程，油水界面在管道中的停留時(shí)間宜短；投產(chǎn)后宜連續(xù)輸送。分析原因，主要是投產(chǎn)前水長(zhǎng)期留存在管道中將會(huì)持續(xù)對(duì)管道造成腐蝕，留存時(shí)間越長(zhǎng)腐蝕產(chǎn)物雜質(zhì)越多；投產(chǎn)過(guò)程中油水界面長(zhǎng)時(shí)間停留在管道內(nèi)將使油水混合更均勻，若多次停輸，水將不斷從油中析出，并在下次輸送時(shí)與油再混合，多次混合及析出，加之管道的腐蝕產(chǎn)物，一并混合后越容易導(dǎo)致油品乳化。同時(shí)，投產(chǎn)結(jié)束后管道中仍會(huì)殘留部分水，投產(chǎn)后連續(xù)輸送正是為了盡快將殘留的水帶出，例如投產(chǎn)后間斷輸送的遵義-重慶、曲溪-梅州管道，油品乳化比例更高。

2.3 雜質(zhì)和水影響柴油的堵塞性

2.3.1 水質(zhì)的影響

水聯(lián)運(yùn)所用的水越純凈，油品乳化幾率越小，采用消防水投產(chǎn)較江河水、水庫(kù)水投產(chǎn)能減少乳化油品比例。同樣使用國(guó)Ⅴ柴油投產(chǎn)，洋浦-馬村管道采用消防水進(jìn)行水聯(lián)運(yùn)，油品乳化比例只有34%，而其他管道使用的是未經(jīng)任何凈化作用的江河水，油品乳化比例大大增加。分析原因，一方面是水中鈉、鈣、鎂等堿金屬離子質(zhì)量濃度較高，在堿性條件下與柴油中酸型抗磨劑含有的脂肪酸發(fā)生反應(yīng)，生成并析出脂肪酸鹽而引起的［1］；另一方面不干凈的水中可能含有更高的懸浮物類雜質(zhì)，與油品充分混合后，雜質(zhì)影響油品的外觀和質(zhì)量指標(biāo)。以遵 義-重慶段管道為例，受條件所限，水聯(lián)運(yùn)所用的水只能用水庫(kù)未經(jīng)凈化的水，pH值為8，全鹽量393 mg·L-1，懸浮物含量18 mg·L-1。水質(zhì)為堿性，含鹽量高，有雜質(zhì)，這進(jìn)一步促進(jìn)油品乳化。

2.3.2 管道清潔度的影響

管道內(nèi)部越干凈，油品越不容易乳化。管道內(nèi)部的雜質(zhì)，一部分來(lái)自管道建設(shè)期間遺留在管道內(nèi)的沙塵、焊渣等物質(zhì)及其他人為導(dǎo)致的物品，一部分為鐵銹。一方面基于造價(jià)及安全問(wèn)題考慮，國(guó)內(nèi)成品油管道全部為未經(jīng)防腐處理的碳鋼鋼管，管道內(nèi)壁原本就有鐵銹，在較長(zhǎng)的施工周期、較惡劣的施工環(huán)境下不斷氧化，鐵銹越積越多；另一方面來(lái)自水聯(lián)運(yùn)和成品油輸送過(guò)程中形成的鐵銹，由于管道內(nèi)的積水很難完全清理干凈，水持續(xù)對(duì)管道造成腐蝕, 雖然非常輕微， 但也是積少成多［4］。例如曲溪-梅州管道和遵義-重慶管道，油品乳化后期均為堵塞性指標(biāo)不合格，通過(guò)加大清管力度掃除雜質(zhì)后油品很快就變清透了。

2.3.3 油中含水的影響

進(jìn)行柴油堵塞性實(shí)驗(yàn)時(shí)所用濾膜為纖維素酯膜，孔徑小于0.7 μm，故其對(duì)水有一定的攔截性。根據(jù)實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)，若油品中含有可見(jiàn)明水或微量水大于120 μg·g-1時(shí)，其堵塞性指標(biāo)將受到影響。

2.4 其他因素

對(duì)落差大、起伏大的管道，水更容易積存在管道的低洼處，容易拉長(zhǎng)油品乳化時(shí)間。另外，油水界面經(jīng)過(guò)多重泵和減壓閥、過(guò)濾器等設(shè)備剪切的情況，對(duì)油品乳化也有一定影響，但不是主要因素。而對(duì)油品本身具有腐蝕性、管存微生物、環(huán)境溫度變化大等其他非常規(guī)的影響因素則不是導(dǎo)致管道投產(chǎn)初期油品乳化或大量乳化的原因。

3 防止油品乳化的管控措施及驗(yàn)證

通過(guò)對(duì)歷年管道投油乳化情況及有關(guān)質(zhì)量指標(biāo)、產(chǎn)生原因和機(jī)理的分析，針對(duì)性地從油品的性質(zhì)、水聯(lián)運(yùn)所用的水、管道的清潔度和運(yùn)行技術(shù)方面進(jìn)行改進(jìn)，提出成品油管道柴油頂水投產(chǎn)的10條油品乳化防控措施，并進(jìn)行試驗(yàn)和實(shí)踐驗(yàn)證。

3.1 油品乳化防控措施

1）篩選油源。前期選擇可獲得用于管輸?shù)牟煌驮?，進(jìn)行初步篩選，對(duì)不同來(lái)源油品進(jìn)行不同水、不同溫度的水乳化試驗(yàn)，對(duì)比選出乳化程度小的油品用于投油。選定目標(biāo)煉廠的油品后，提前了解有關(guān)工藝，協(xié)調(diào)少加抗磨劑。嚴(yán)格監(jiān)測(cè)油品的含水率，確保全部油品含水率小于100 μg·g-1，且盡可能先進(jìn)罐存儲(chǔ)大于24 h，脫水后再注入管道。

2）篩選水源。水聯(lián)運(yùn)采用金屬離子和雜質(zhì)含量相對(duì)少的消防水，而不是一般的江河或水庫(kù)水。

3）清管。水聯(lián)運(yùn)期間多發(fā)送清管球，循序漸進(jìn)逐步增加清管器的過(guò)盈量，發(fā)送多個(gè)清管器（皮碗和直板組合清管器、鋼刷清管器、磁力鋼刷清管器、漏磁檢測(cè)器等），使管道達(dá)到可內(nèi)檢測(cè)的內(nèi)部環(huán)境要求，徹底清除管道施工遺留的雜質(zhì)，使排出的水無(wú)肉眼可見(jiàn)機(jī)械雜質(zhì)。

4）投油時(shí)間。水聯(lián)運(yùn)后一個(gè)月內(nèi)立即投油，若無(wú)法及時(shí)投油，投油前應(yīng)再次水聯(lián)運(yùn)及清管。

5）提高流速。提高管輸流速，確保投產(chǎn)過(guò)程以及后續(xù)3倍管容的輸送中，全程流速大于1 m·s-1。

6）加隔離球。在油水界面加隔離球，采用3~4個(gè)以上清管球，以聚氨酯球?yàn)橹鳎ね霋咚驗(yàn)檩o，掃除管內(nèi)存水。這將導(dǎo)致第一次投油的含水污油增多，但有利于后續(xù)輸送。

7）保證首次下載量。增加首次下載柴油總量，務(wù)必一次性將1倍管容的柴油置換下載完，力求下載2~3倍管容的柴油。

8）準(zhǔn)確切割油水。加密油頭跟蹤頻率，務(wù)必在臨近油水接收站前端的閥室有一個(gè)跟蹤點(diǎn)，跟蹤及計(jì)算時(shí)間準(zhǔn)確至分鐘，選擇合適的時(shí)機(jī)切換水和含水污油的下載，確保盡量少將水切進(jìn)油罐。在條件允許時(shí)，將含水率大的油品與污油分開(kāi)存儲(chǔ)，以利于后續(xù)油品處理。

9）落實(shí)不合格油品的處理方法。做好應(yīng)急措施，落實(shí)不合格油品處理手段，例如提前擺布下載點(diǎn)罐容、引入可調(diào)和的油品、提前預(yù)制油水過(guò)濾分離設(shè)備等。

10）確保連續(xù)輸送。投油后應(yīng)盡快處理不合格含水污油，并恢復(fù)正常管輸，盡早完成3倍管容的油品下載量。

3.2 有關(guān)實(shí)踐驗(yàn)證

將研究結(jié)果應(yīng)用于2019年12月新投產(chǎn)的廉 江-北海管道的柴油頂水投產(chǎn)加以驗(yàn)證。

1）篩選油品（見(jiàn)表1）。按照管控措施第一條，對(duì)柴油油源進(jìn)行篩選，對(duì)可能注入管道的中國(guó)石化海南煉化、青島煉化、鎮(zhèn)海煉化、東興煉廠、青島石化以及從中國(guó)石化以外單位盤錦的國(guó)Ⅵ標(biāo)準(zhǔn)柴油進(jìn)行抗乳化性試驗(yàn)，并與末站接收點(diǎn)處中國(guó)石化北海煉化的油品進(jìn)行比較。使用1 500 r·min-1抗乳化性能測(cè)定儀，在54 ℃下測(cè)試柴油與一般消防水混合攪拌5 min后沉降變清澈的時(shí)間，發(fā)現(xiàn)不同油品的抗乳化性能差異較大，海南煉化、青島煉化出產(chǎn)的柴品抗乳化性能更好，外采盤錦的油品抗乳化性能較差。

表2 油品篩選實(shí)驗(yàn)

2）篩選水。考慮到青島煉化的產(chǎn)能和進(jìn)貨運(yùn)輸方式更適合，對(duì)目標(biāo)油源青島煉化的油品做不同水和不同溫度的抗乳化性試驗(yàn)。按照一般試驗(yàn)溫度54 ℃以及管道內(nèi)實(shí)際溫度23 ℃（參照相同注入點(diǎn)的湛江-茂名管道的油溫），分別與純凈水、一般消防水、帶銹消防水混合，并與北海煉化的油源進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)溫度越低油水越難分離，水中的雜質(zhì)越多油水越難分離。

表3 水篩選實(shí)驗(yàn)

3）調(diào)運(yùn)優(yōu)質(zhì)油品。根據(jù)分析試驗(yàn)結(jié)果，協(xié)調(diào)青島煉化，通過(guò)船舶調(diào)運(yùn)到達(dá)一批優(yōu)質(zhì)國(guó)Ⅵ柴油專用于管道投產(chǎn)。油品只添加少量抗磨劑，無(wú)其他添加劑（抗磨劑小于130 mg·kg-1，酸度2.82 mg·100 mL-1，硫3 mg·kg-1，微量水62 mg·kg-1，多環(huán)芳烴3.3%，總污染物5.0 mg·kg-1，閉口閃點(diǎn)92.5 ℃，密度831.9 kg·m-3）。油品上岸后經(jīng)過(guò)沉降和多次脫水，之后再注入管道。

4）徹底清管。水聯(lián)運(yùn)采取反輸?shù)姆绞?，?yán)格按照防乳化管控方案執(zhí)行，使用北海煉化的消防水進(jìn)行清管及水聯(lián)運(yùn)，共發(fā)送5批次合計(jì)13個(gè)清管器，使廉江站排出的水無(wú)肉眼可見(jiàn)雜質(zhì)，可直接注入廉江站消防水罐作為該站的消防水用。

5）水聯(lián)運(yùn)結(jié)束38天后立即投油。投油時(shí)柴油頂水界面間及后續(xù)柴油共發(fā)送3個(gè)清管器，分別為軟體聚氨酯清管器、四皮碗兩直板清管器、四皮碗兩直板清管器。

6）投油全程流速達(dá)到1 m·s-1，一次性下載1倍管容的柴油。

經(jīng)過(guò)嚴(yán)格管控，廉江-北海管道最終投油成功，除收隔離球產(chǎn)生的含水污油外，后續(xù)下載中未發(fā)生柴油微量水或堵塞性指標(biāo)不合格的情況。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著國(guó)家對(duì)環(huán)保的日益重視，柴油質(zhì)量已經(jīng)達(dá)到國(guó)Ⅵ標(biāo)準(zhǔn)，抗磨劑的加入無(wú)法避免，柴油更容易親水。為減少柴油頂水投產(chǎn)過(guò)程中的油品乳化，應(yīng)重點(diǎn)做好管道清管，選擇干凈消防水進(jìn)行水聯(lián)運(yùn)，并在油水界面處增設(shè)隔離球，提高運(yùn)行流速，確保首次油品下載大于1倍管容。只要方法妥當(dāng)、嚴(yán)格執(zhí)行，成品油管道柴油頂水投產(chǎn)過(guò)程中的油品乳化問(wèn)題可以得到有效控制。

［1］陳洪德.油庫(kù)發(fā)出車用柴油渾濁的原因分析[J].石油化工技術(shù)與經(jīng)濟(jì)，2019， 35（5）：45-49．

［2］王劍波，達(dá)文曦，鄭堅(jiān)欽，劉靜.大落差成品油管道投產(chǎn)過(guò)程中油品乳化問(wèn)題研究[J].當(dāng)代化工，2018，47（11）：2425-2429．

［3］許道振，張國(guó)忠，趙仕浩.積水在成品油管道中的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)[J].油氣儲(chǔ)運(yùn)，2012，31（2）：131-134．

［4］王德增，劉井會(huì)，王彩霞，等.對(duì)成品油管道中沉積物的分析[J].油氣儲(chǔ)運(yùn)，2005，24（2）：59-60.

Cause Analysis and Prevention of Oil Emulsification in Commissioning of Products Pipeline

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（Sinopec Sales Co.,Ltd. Southern China Branch, Guangzhou Guangdong 510620, China）

Aim at the oil emulsification problems commonly encountered in commissioning of products pipeline, the commissioning conditions of products pipeline in the past years were summarized, andit was found that emulsification of oil products would inevitably lead to the change of water separation, moisture and clogging. In this paper, the reasons affecting oil emulsification were analyzed, including antiwear-additive, moisture and impurities. Several key prevention and control technologies were put forward, such as selecting suitable oil products, selecting clean water, doing well in pigging and improving pipeline operation process. And these prevention and control technologies have been successful appliedin a new pipeline in December 2019. The paper can provide practical basis and solution for oil emulsion prevention of similar products pipeline.

Products pipeline ; Commissioning; Oil emulsification; Prevention

2020-03-08

林景麗（1979-），女，高級(jí)工程師，廣東省揭陽(yáng)市人，2002年畢業(yè)于北京石油化工學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化專業(yè)，現(xiàn)從事成品油管道輸送油品計(jì)量及質(zhì)量管理工作。

TE832

A

1004-0935（2020）07-0846-04