長(zhǎng)輸成品油管道混油形成的途徑、控制措施及回?fù)?/h1>
2018-02-25 08:48蔡立
石油庫(kù)與加油站 2018年6期
蔡 立
〔中國(guó)石化銷售有限公司華中分公司 湖北武漢 430000〕
成品油生產(chǎn)銷售企業(yè)采用管道順序輸送技術(shù)，控制和減少混油量，做好混油管控工作對(duì)管輸企業(yè)具有重要意義。研究混油產(chǎn)生的途徑，建立符合管道特性的混油控制方法和回?fù)侥Ｐ?，?duì)提升管道輸送企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益能產(chǎn)生重要作用[1]。
1 長(zhǎng)輸成品油管道中混油產(chǎn)生的途徑：
1.1 初始混油
由于首站在油品發(fā)油切換過(guò)程中，在閥門行程時(shí)間內(nèi)，兩種油品不可避免地會(huì)同時(shí)進(jìn)入管道或在管道內(nèi)接觸，很容易在管道首段形成初始混油。初始混油量決定于切換油罐的速度，首站泵吸入管線的布置和首站外輸?shù)乃矔r(shí)量。通過(guò)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，在管道首站產(chǎn)生的初始混油,對(duì)短距離管道影響很大,采取措施減少初始混油量對(duì)短距離管道有效,但對(duì)減少長(zhǎng)距離管道的終點(diǎn)混油效果較小。
1.2 流速壓力變化形成的混油
流量調(diào)節(jié)、管道變徑、閥門動(dòng)作、經(jīng)過(guò)泵站等也會(huì)引起輸送油品流速壓力的變化新增混油。例如在管道變徑的地方在流量一定的情況下，會(huì)導(dǎo)致流速在不同橫截面產(chǎn)生不同的流速。如果管道擴(kuò)徑則混油的流速降低，縮徑則反之。經(jīng)驗(yàn)得知密閉輸送泵機(jī)組串聯(lián)運(yùn)行時(shí)，一個(gè)泵站增加的混油量約為10～15km沿程直管段增加的混油量。
1.3 油品粘度差形成的混油
黏度差對(duì)混油量的影響與順序輸送油品次序相關(guān)。高黏油品在管壁處的層流邊層較厚，后行的低黏油品很難在湍流混合強(qiáng)度低的近壁處“沖刷”掉高黏油品所留下的層流邊層，于是在柴油前行、汽油后行時(shí)，會(huì)形成較長(zhǎng)的柴油濃度低的混油尾。反之，柴油頂汽油時(shí)則汽油油尾較容易沖刷干凈，混油量也小于前者。據(jù)統(tǒng)計(jì)，黏度小的油品后行時(shí)形成的混油量較黏度大的油品后行時(shí)多10%～15%
1.4 停輸時(shí)產(chǎn)生的混油
當(dāng)管道處于停輸狀態(tài)時(shí)，由于管道存在海拔落差，在重力作用下，相鄰油品由于位能差異會(huì)導(dǎo)致混油量的增加。油流不僅能夠克服阻力自流到終點(diǎn)，還有多余勢(shì)能，如不采取措施強(qiáng)制保壓，管道就會(huì)形成不滿流狀態(tài)，在重力下，高位能油品沿斜坡向下的流展性會(huì)增加混油量。
2 控制混油量的主要措施
2.1 合理安排油品輸送順序
順序輸送過(guò)程中，不同油品前后順序的排列原則，是把性質(zhì)相近的油品安排在相鄰輸送，且一種油品一個(gè)批次的輸送總量盡量大，這樣可以保證最少的混油頭在管道內(nèi)運(yùn)行，達(dá)到減少混油量的目的。例如湖南長(zhǎng)—郴成品油管道輸送的排列順序?yàn)椋?號(hào)車柴→92號(hào)汽油→95號(hào)汽油→92號(hào)汽油→0號(hào)車柴，且湘潭—婁底分支根據(jù)末站市場(chǎng)特點(diǎn)，輸送一次柴油后間隔2～3個(gè)批次再進(jìn)行一次混輸作業(yè)，在滿足市場(chǎng)需求同時(shí)，最大程度地減少了混輸產(chǎn)生的混油量。
2.2 合理切割混油的方式
(1)對(duì)于汽、柴油不同種類油品的混油頭進(jìn)行切割時(shí)，可將全部混油切割為三段，按照組分差異進(jìn)入兩種油品的混油罐內(nèi)然后進(jìn)行處置。
(2)對(duì)于不同標(biāo)號(hào)的同種油品(例如92號(hào)和95號(hào)汽油)進(jìn)行油品切割時(shí)，可將全部混油切割為兩段，分別進(jìn)入前、后行純油罐。切割時(shí)若不考慮經(jīng)濟(jì)因素，可將混油頭盡量往標(biāo)號(hào)較低的油品中切割；反之，則可往價(jià)格較高的高標(biāo)號(hào)油品中多進(jìn)一些混油。無(wú)論采用哪種切割方案，都必須以油品質(zhì)量合格為前提。
2.3 優(yōu)化輸送過(guò)程
由于在層流狀態(tài)時(shí)， 汽、柴油在管內(nèi)接觸所形成的混油量比紊流時(shí)大得多，雷諾數(shù)在2 300～8 000范圍內(nèi)，流態(tài)由層流轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪?，流態(tài)不穩(wěn)定，且管道截面上液體質(zhì)點(diǎn)的局部流速差異較大，因此順序輸送一般應(yīng)控制在紊流狀態(tài)下運(yùn)行，并盡量保持水力工況的穩(wěn)定性。
2.4 優(yōu)化輸油站場(chǎng)的工藝流程
改進(jìn)輸油庫(kù)站、中間站和末站的工藝流程，提升站場(chǎng)流程切換的效率，提高儀表設(shè)備的可靠性，減少非計(jì)劃停輸機(jī)率，簡(jiǎn)化管件設(shè)備配置等方式都可以減少初始混油量和沿程混油量。
2.5 提高管道操作人員技能
每個(gè)混油界面的切割點(diǎn)并不是統(tǒng)一規(guī)定，應(yīng)隨前、后行油品質(zhì)量潛力的不同而區(qū)別對(duì)待。例如后行油品質(zhì)量潛力較大，則可在保證后行油品質(zhì)量的前提下，將適量多的后行混油切入后行純油，充分利用純油的質(zhì)量潛力，達(dá)到減少混油量的目的。又如由于汽、柴油隨著油流距離的增加，其終餾點(diǎn)或閃點(diǎn)指標(biāo)都會(huì)不同程度的衰減，其程度與管線特性和油流距離有關(guān)，按照這個(gè)規(guī)律，通過(guò)調(diào)整混油切割時(shí)下載和過(guò)站流量比例，合理分配各中間站下載的混油量，如純油到達(dá)上游站場(chǎng)的指標(biāo)較好，根據(jù)下載計(jì)劃量，合理分配上游站場(chǎng)混油下載量，使上游站場(chǎng)充分利用質(zhì)量潛力在計(jì)劃量范圍內(nèi)最大程度的消化混油，減少下游站場(chǎng)和末站的混油壓力。這些都對(duì)管道操作人員的技能素質(zhì)提出了更高的要求。
3 混油回?fù)搅坑?jì)算及實(shí)例
成品油順序輸送產(chǎn)生混油的處理方式通常采用回?fù)椒╗2]?；煊突?fù)骄褪抢眉冇唾|(zhì)量潛力將部分混油均勻回?fù)降叫再|(zhì)相近的純油中。但是在混油回?fù)竭^(guò)程中回?fù)嚼碚撚?jì)算值與回?fù)綄?shí)際值之間還有一定的距離，因此在混油回?fù)匠跗趹?yīng)加強(qiáng)回?fù)胶笥推分懈飨嚓P(guān)質(zhì)量指標(biāo)的化驗(yàn)分析，根據(jù)實(shí)際化驗(yàn)值動(dòng)態(tài)調(diào)整回?fù)搅浚?/p>
3.1 汽、柴油回?fù)搅坑?jì)算
通過(guò)對(duì)柴油閃點(diǎn)、凝點(diǎn)、冷濾點(diǎn)、溜程、硫含量等指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)分析得出以下結(jié)論。表1為汽油摻入柴油中對(duì)柴油各指標(biāo)無(wú)影響的比例。
表1 汽油摻入柴油對(duì)柴油各指標(biāo)無(wú)影響的比例
由表1得知，汽油對(duì)柴油指標(biāo)影響最敏感的是閃點(diǎn)，通過(guò)經(jīng)驗(yàn)公式(1)計(jì)算汽油摻入柴油中的允許濃度[3]：
(1)
其中：KQ——汽油摻入柴油中的允許體積濃度，%；
tη——具有一定質(zhì)量潛力的柴油的實(shí)際閃點(diǎn)，℃；
[tη]——規(guī)定的柴油的允許閃點(diǎn)，℃。
柴油對(duì)汽油影響最為敏感的指標(biāo)是汽油蒸發(fā)95%的溫度和終餾點(diǎn)[4]。汽油中摻入柴油的允許濃度受汽油終餾點(diǎn)影響，可按經(jīng)驗(yàn)公式(2)計(jì)算[3]：
(2)
其中：Kc——柴油摻入汽油中允許的體積濃度，%；
[tλ]——汽油允許的終餾點(diǎn)，℃；
tλ——具有一定質(zhì)量潛力的汽油實(shí)際的終餾點(diǎn)，℃。
用以上兩個(gè)公式可計(jì)算出汽、柴油中允許回?fù)交煊偷睦碚撟畲笾?。出于油品質(zhì)量安全的考慮，企業(yè)實(shí)際內(nèi)控指標(biāo)均高于國(guó)家強(qiáng)制性指標(biāo)。如企業(yè)內(nèi)部可將92號(hào)汽油終餾點(diǎn)控制小于等于203℃，0號(hào)車用柴油閃點(diǎn)實(shí)際控制大于等于63℃，實(shí)際回?fù)搅吭侔丛撚?jì)算值的80%以內(nèi)執(zhí)行。
3.2 回?fù)綄?shí)例
以某成品油管道為例，該管道全長(zhǎng)734 km，順序輸送92號(hào)、95號(hào)汽油和0號(hào)車用柴油三個(gè)品種，共設(shè)有1個(gè)首站、6個(gè)中間站和3個(gè)末站，年輸送汽、柴油約40個(gè)批次，年產(chǎn)生混油總量約7 000 m3，混油消化的主要方式為就地回?fù)健?/p>
該管線2018年某批次首站注入92號(hào)汽油，終餾點(diǎn)指標(biāo)是200.5℃，該段汽油抵達(dá)C站終餾點(diǎn)化驗(yàn)值為201℃。根據(jù)當(dāng)時(shí)該站下載流量和混油密度計(jì)算得知，該工況下最大允許回?fù)搅繎?yīng)為1.055 m3/h，按照經(jīng)驗(yàn)值系數(shù)80%計(jì)算，實(shí)際以0.8 m3/h回?fù)胶蠡?yàn)結(jié)果為203℃，恰好符合汽油終餾點(diǎn)指標(biāo)要求。
3.3 回?fù)街袘?yīng)特別注意的事項(xiàng)
(1)回?fù)街蟮挠推分笜?biāo)一定要及時(shí)化驗(yàn)。根據(jù)化驗(yàn)結(jié)果動(dòng)態(tài)調(diào)整回?fù)搅髁?，確?；?fù)街蟮挠推分笜?biāo)合格。
(2)回?fù)角暗拈W點(diǎn)、終餾點(diǎn)、混油密度等參數(shù)一定要及時(shí)更新，特別是待摻入的混油，回?fù)角耙皶r(shí)測(cè)量該油品密度指標(biāo)，因?yàn)閷?shí)際作業(yè)中存在油品密度不均會(huì)導(dǎo)致分層現(xiàn)象。
4 結(jié)語(yǔ)
綜上所述，混油產(chǎn)生的途徑盡管非常多，產(chǎn)生的原因較為復(fù)雜，但是管道設(shè)計(jì)者和操作人員還是能夠根據(jù)管道實(shí)際情況，掌握混油形成規(guī)律，采取相應(yīng)措施最大程度地管控混油總量，并以理論計(jì)算值為依據(jù)，根據(jù)管道特性和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，采取回?fù)降姆绞骄偷叵煊?，最大程度地發(fā)揮管道設(shè)計(jì)性能和經(jīng)濟(jì)效益。
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蔡 立
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1 長(zhǎng)輸成品油管道中混油產(chǎn)生的途徑：
1.1 初始混油
由于首站在油品發(fā)油切換過(guò)程中，在閥門行程時(shí)間內(nèi)，兩種油品不可避免地會(huì)同時(shí)進(jìn)入管道或在管道內(nèi)接觸，很容易在管道首段形成初始混油。初始混油量決定于切換油罐的速度，首站泵吸入管線的布置和首站外輸?shù)乃矔r(shí)量。通過(guò)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，在管道首站產(chǎn)生的初始混油,對(duì)短距離管道影響很大,采取措施減少初始混油量對(duì)短距離管道有效,但對(duì)減少長(zhǎng)距離管道的終點(diǎn)混油效果較小。
1.2 流速壓力變化形成的混油
流量調(diào)節(jié)、管道變徑、閥門動(dòng)作、經(jīng)過(guò)泵站等也會(huì)引起輸送油品流速壓力的變化新增混油。例如在管道變徑的地方在流量一定的情況下，會(huì)導(dǎo)致流速在不同橫截面產(chǎn)生不同的流速。如果管道擴(kuò)徑則混油的流速降低，縮徑則反之。經(jīng)驗(yàn)得知密閉輸送泵機(jī)組串聯(lián)運(yùn)行時(shí)，一個(gè)泵站增加的混油量約為10～15km沿程直管段增加的混油量。
1.3 油品粘度差形成的混油
黏度差對(duì)混油量的影響與順序輸送油品次序相關(guān)。高黏油品在管壁處的層流邊層較厚，后行的低黏油品很難在湍流混合強(qiáng)度低的近壁處“沖刷”掉高黏油品所留下的層流邊層，于是在柴油前行、汽油后行時(shí)，會(huì)形成較長(zhǎng)的柴油濃度低的混油尾。反之，柴油頂汽油時(shí)則汽油油尾較容易沖刷干凈，混油量也小于前者。據(jù)統(tǒng)計(jì)，黏度小的油品后行時(shí)形成的混油量較黏度大的油品后行時(shí)多10%～15%
1.4 停輸時(shí)產(chǎn)生的混油
當(dāng)管道處于停輸狀態(tài)時(shí)，由于管道存在海拔落差，在重力作用下，相鄰油品由于位能差異會(huì)導(dǎo)致混油量的增加。油流不僅能夠克服阻力自流到終點(diǎn)，還有多余勢(shì)能，如不采取措施強(qiáng)制保壓，管道就會(huì)形成不滿流狀態(tài)，在重力下，高位能油品沿斜坡向下的流展性會(huì)增加混油量。
2 控制混油量的主要措施
2.1 合理安排油品輸送順序
順序輸送過(guò)程中，不同油品前后順序的排列原則，是把性質(zhì)相近的油品安排在相鄰輸送，且一種油品一個(gè)批次的輸送總量盡量大，這樣可以保證最少的混油頭在管道內(nèi)運(yùn)行，達(dá)到減少混油量的目的。例如湖南長(zhǎng)—郴成品油管道輸送的排列順序?yàn)椋?號(hào)車柴→92號(hào)汽油→95號(hào)汽油→92號(hào)汽油→0號(hào)車柴，且湘潭—婁底分支根據(jù)末站市場(chǎng)特點(diǎn)，輸送一次柴油后間隔2～3個(gè)批次再進(jìn)行一次混輸作業(yè)，在滿足市場(chǎng)需求同時(shí)，最大程度地減少了混輸產(chǎn)生的混油量。
2.2 合理切割混油的方式
(1)對(duì)于汽、柴油不同種類油品的混油頭進(jìn)行切割時(shí)，可將全部混油切割為三段，按照組分差異進(jìn)入兩種油品的混油罐內(nèi)然后進(jìn)行處置。
(2)對(duì)于不同標(biāo)號(hào)的同種油品(例如92號(hào)和95號(hào)汽油)進(jìn)行油品切割時(shí)，可將全部混油切割為兩段，分別進(jìn)入前、后行純油罐。切割時(shí)若不考慮經(jīng)濟(jì)因素，可將混油頭盡量往標(biāo)號(hào)較低的油品中切割；反之，則可往價(jià)格較高的高標(biāo)號(hào)油品中多進(jìn)一些混油。無(wú)論采用哪種切割方案，都必須以油品質(zhì)量合格為前提。
2.3 優(yōu)化輸送過(guò)程
由于在層流狀態(tài)時(shí)， 汽、柴油在管內(nèi)接觸所形成的混油量比紊流時(shí)大得多，雷諾數(shù)在2 300～8 000范圍內(nèi)，流態(tài)由層流轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪?，流態(tài)不穩(wěn)定，且管道截面上液體質(zhì)點(diǎn)的局部流速差異較大，因此順序輸送一般應(yīng)控制在紊流狀態(tài)下運(yùn)行，并盡量保持水力工況的穩(wěn)定性。
2.4 優(yōu)化輸油站場(chǎng)的工藝流程
改進(jìn)輸油庫(kù)站、中間站和末站的工藝流程，提升站場(chǎng)流程切換的效率，提高儀表設(shè)備的可靠性，減少非計(jì)劃停輸機(jī)率，簡(jiǎn)化管件設(shè)備配置等方式都可以減少初始混油量和沿程混油量。
2.5 提高管道操作人員技能
每個(gè)混油界面的切割點(diǎn)并不是統(tǒng)一規(guī)定，應(yīng)隨前、后行油品質(zhì)量潛力的不同而區(qū)別對(duì)待。例如后行油品質(zhì)量潛力較大，則可在保證后行油品質(zhì)量的前提下，將適量多的后行混油切入后行純油，充分利用純油的質(zhì)量潛力，達(dá)到減少混油量的目的。又如由于汽、柴油隨著油流距離的增加，其終餾點(diǎn)或閃點(diǎn)指標(biāo)都會(huì)不同程度的衰減，其程度與管線特性和油流距離有關(guān)，按照這個(gè)規(guī)律，通過(guò)調(diào)整混油切割時(shí)下載和過(guò)站流量比例，合理分配各中間站下載的混油量，如純油到達(dá)上游站場(chǎng)的指標(biāo)較好，根據(jù)下載計(jì)劃量，合理分配上游站場(chǎng)混油下載量，使上游站場(chǎng)充分利用質(zhì)量潛力在計(jì)劃量范圍內(nèi)最大程度的消化混油，減少下游站場(chǎng)和末站的混油壓力。這些都對(duì)管道操作人員的技能素質(zhì)提出了更高的要求。
3 混油回?fù)搅坑?jì)算及實(shí)例
成品油順序輸送產(chǎn)生混油的處理方式通常采用回?fù)椒╗2]?；煊突?fù)骄褪抢眉冇唾|(zhì)量潛力將部分混油均勻回?fù)降叫再|(zhì)相近的純油中。但是在混油回?fù)竭^(guò)程中回?fù)嚼碚撚?jì)算值與回?fù)綄?shí)際值之間還有一定的距離，因此在混油回?fù)匠跗趹?yīng)加強(qiáng)回?fù)胶笥推分懈飨嚓P(guān)質(zhì)量指標(biāo)的化驗(yàn)分析，根據(jù)實(shí)際化驗(yàn)值動(dòng)態(tài)調(diào)整回?fù)搅浚?/p>
3.1 汽、柴油回?fù)搅坑?jì)算
通過(guò)對(duì)柴油閃點(diǎn)、凝點(diǎn)、冷濾點(diǎn)、溜程、硫含量等指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)分析得出以下結(jié)論。表1為汽油摻入柴油中對(duì)柴油各指標(biāo)無(wú)影響的比例。
表1 汽油摻入柴油對(duì)柴油各指標(biāo)無(wú)影響的比例
由表1得知，汽油對(duì)柴油指標(biāo)影響最敏感的是閃點(diǎn)，通過(guò)經(jīng)驗(yàn)公式(1)計(jì)算汽油摻入柴油中的允許濃度[3]：
(1)
其中：KQ——汽油摻入柴油中的允許體積濃度，%；
tη——具有一定質(zhì)量潛力的柴油的實(shí)際閃點(diǎn)，℃；
[tη]——規(guī)定的柴油的允許閃點(diǎn)，℃。
柴油對(duì)汽油影響最為敏感的指標(biāo)是汽油蒸發(fā)95%的溫度和終餾點(diǎn)[4]。汽油中摻入柴油的允許濃度受汽油終餾點(diǎn)影響，可按經(jīng)驗(yàn)公式(2)計(jì)算[3]：
(2)
其中：Kc——柴油摻入汽油中允許的體積濃度，%；
[tλ]——汽油允許的終餾點(diǎn)，℃；
tλ——具有一定質(zhì)量潛力的汽油實(shí)際的終餾點(diǎn)，℃。
用以上兩個(gè)公式可計(jì)算出汽、柴油中允許回?fù)交煊偷睦碚撟畲笾?。出于油品質(zhì)量安全的考慮，企業(yè)實(shí)際內(nèi)控指標(biāo)均高于國(guó)家強(qiáng)制性指標(biāo)。如企業(yè)內(nèi)部可將92號(hào)汽油終餾點(diǎn)控制小于等于203℃，0號(hào)車用柴油閃點(diǎn)實(shí)際控制大于等于63℃，實(shí)際回?fù)搅吭侔丛撚?jì)算值的80%以內(nèi)執(zhí)行。
3.2 回?fù)綄?shí)例
以某成品油管道為例，該管道全長(zhǎng)734 km，順序輸送92號(hào)、95號(hào)汽油和0號(hào)車用柴油三個(gè)品種，共設(shè)有1個(gè)首站、6個(gè)中間站和3個(gè)末站，年輸送汽、柴油約40個(gè)批次，年產(chǎn)生混油總量約7 000 m3，混油消化的主要方式為就地回?fù)健?/p>
該管線2018年某批次首站注入92號(hào)汽油，終餾點(diǎn)指標(biāo)是200.5℃，該段汽油抵達(dá)C站終餾點(diǎn)化驗(yàn)值為201℃。根據(jù)當(dāng)時(shí)該站下載流量和混油密度計(jì)算得知，該工況下最大允許回?fù)搅繎?yīng)為1.055 m3/h，按照經(jīng)驗(yàn)值系數(shù)80%計(jì)算，實(shí)際以0.8 m3/h回?fù)胶蠡?yàn)結(jié)果為203℃，恰好符合汽油終餾點(diǎn)指標(biāo)要求。
3.3 回?fù)街袘?yīng)特別注意的事項(xiàng)
(1)回?fù)街蟮挠推分笜?biāo)一定要及時(shí)化驗(yàn)。根據(jù)化驗(yàn)結(jié)果動(dòng)態(tài)調(diào)整回?fù)搅髁?，確?；?fù)街蟮挠推分笜?biāo)合格。
(2)回?fù)角暗拈W點(diǎn)、終餾點(diǎn)、混油密度等參數(shù)一定要及時(shí)更新，特別是待摻入的混油，回?fù)角耙皶r(shí)測(cè)量該油品密度指標(biāo)，因?yàn)閷?shí)際作業(yè)中存在油品密度不均會(huì)導(dǎo)致分層現(xiàn)象。
4 結(jié)語(yǔ)
綜上所述，混油產(chǎn)生的途徑盡管非常多，產(chǎn)生的原因較為復(fù)雜，但是管道設(shè)計(jì)者和操作人員還是能夠根據(jù)管道實(shí)際情況，掌握混油形成規(guī)律，采取相應(yīng)措施最大程度地管控混油總量，并以理論計(jì)算值為依據(jù)，根據(jù)管道特性和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，采取回?fù)降姆绞骄偷叵煊?，最大程度地發(fā)揮管道設(shè)計(jì)性能和經(jīng)濟(jì)效益。
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