溷油知識培訓.ppt

1、混油原理及處理知識培訓,一、前言,當采用順序輸送的是兩種能相互溶解的油品，在管內(nèi)兩種油品的接觸面處，由于分子的互相擴散和液體質(zhì)點的紊流脈動會使接觸界面處形成一段混油。,1 混油過程簡要描述,兩種油品在管內(nèi)交替時，產(chǎn)生混油的因素主要有兩個：管道橫截面沿徑向流速不均勻，使得后行油品呈楔形進入前行油品中；管內(nèi)流體沿管道徑向、軸向造成的紊流擴散作用。紊流擴散過程破壞了楔形油頭的分布，使兩種油品混合，在一定程度上使混A油段油品沿管子截面趨于均勻分布。對于紊流程度不大或層流流動的管內(nèi)流體，橫截面上油品的混合過程主要是分子擴散作用。,當管中流體層流流動，管中心液體的流速比平均流速大一倍，后一種油品B會進入前

2、一種油品A形成楔形油頭，在橫截面上兩種油品的分布很不均勻，中心部分B油的濃度很高。由于油品的密度差，這種楔形油頭可能偏離管中心，并隨改輸油時間的延續(xù)愈來愈大，直至管道終點。,在A、B油品濃度差的推動下，A油分子將通過楔形界面進入B油，B油分子將通過楔形界面進入A油，這種分子擴散使界面鄰近區(qū)域內(nèi)的A、B油農(nóng)度趨于均勻。不難看出層流流態(tài)下，管道截面上流速分布的不均勻是造成混油的主要原因。這種混油量大得驚人，可能達到管道總容積的若干倍。,當在紊流狀態(tài)下交替輸送油品時，沿管道截面的速度分布比層流均勻，紊流核心部分中流體的最大局部流速隨雷諾數(shù)的增大而接近于液體的平均流速，一般是平均流速的1.181.25

3、倍。由于激烈的紊流擾動，使混油各截面上的油品濃度較為均勻，觀察不到楔形油頭的存在。,在層流邊層內(nèi)，則與層流流態(tài)相似，液層間的流速不同是造成混油的主要原因。試驗表明：隨雷諾數(shù)的增加，相對混油量(混油體積與管道總容積之比)開始很快地下降，當雷諾數(shù)大于5104時，相對混油量隨雷諾數(shù)改變很小?？梢宰魅缦陆忉專寒斃字Z數(shù)超過某一數(shù)值時，層流邊層的厚度極薄，紊流核心部分已基本上占有整個管道截面，這時紊流速度場局部流速的不均勻、紊流脈動以及在濃度差推動下沿管長方向的分子擴散是造成混油的主要原因，統(tǒng)稱為縱向紊流擴散。,由于在層流狀態(tài)時，兩種油品在管道內(nèi)交替所形成的混油量比紊流時大得多，同時雷諾數(shù)在2.31034

4、103范圍內(nèi)，流態(tài)由層流轉變?yōu)槲闪鳎鲃硬环€(wěn)定，且管子截面上液體質(zhì)點的局部流速差異較大，因而順序輸送管道運行時，一般應控制在紊流態(tài)下運行，各國對順序輸送所進行的研究亦大多局限于紊流范圍內(nèi)。,2 混油段的發(fā)展,在混油區(qū)內(nèi)油品濃度沿長度平緩變化，而在液流橫截面上每種油品的濃度是均勻的。假設兩種相互摻混的油品連續(xù)充滿共同流動的區(qū)域，且當體積為和的兩種油品混合時，總體積大致等于兩個組分體積之和，即， 對每一組分引入體積濃度和的概念,二、混油計算,1 混油機理 1、 沿程混油 管內(nèi)互相接鄰的油品在流動過程中發(fā)生的混油稱為沿程混油，若無嚴重的意外情況發(fā)生，它是主要的混油。沿程混油有以下三個水力和物理特性在

5、起作用。,1. 流速伸展 流速伸展是一種水力特性，由液流橫截面流速分布不均勻造成，可稱流速不均擴散。根據(jù)流體力學理論，管流橫截面上流速的分布規(guī)律為：,式中 距管軸心距離處的流速，m/s； n 與流態(tài)有關的數(shù)，層流時=1，紊流時； y距管軸心的距離，m； r管子半徑，m； 橫截面上的平均流速，m/s。,管流橫截面上的流速呈圓錐形分布，最大流速與平均流速之比，層流為2:1，紊流為1.14:1。在順序輸送過程中，密度的差異對層流狀態(tài)的流速分布有一定影響，對紊流狀態(tài)則基本上沒有影響。圓錐形的流速分布使后行油品像楔子那樣向前行油品突進，造成不斷延伸的混油段。層流的楔子最尖突，混油更為嚴重。橫截面上流速分

6、布不均是沿程混油的基本根源。,如果混油過程僅有流速伸展這一個因素起作用，就會出現(xiàn)兩種油品分層共處、各層異速前進的局面，這是極其危險的。按式（3-1）可以推導出純流速伸展的混油長度，在紊流狀態(tài)可為管道長度的68左右，而在層流狀態(tài)竟可延伸為管道長度的4.5倍。幸而有分子擴散和紊流擴散作用，使分層異速流動現(xiàn)象在層流狀態(tài)下有所改善，在紊流狀態(tài)下則可完全避免。,2. 分子擴散 分子擴散是一種物理特性，由油品濃度梯度造成。當分子擴散時，既有徑向的擴散又有軸向的擴散，其強度取決于物質(zhì)特性。軸向擴散使混油增加，是不利的擴散，不過該擴散速度與前述流速不均的伸展速度相比較是微不足道的。徑向擴散使橫截面濃度趨于均勻

7、，可縮短混油長度，是有利的擴散，其實際效果依液流的流態(tài)而不同。在層流狀態(tài)下，各層油品的摻混完全依靠這種作用，可惜由于分子擴散速度不大，其消除分層流動的作用是有限的。在紊流狀態(tài)下，分子擴散速度遠遠低于紊流擴散速度，對油品摻混的作用毋需考慮。,3. 紊流擴散 紊流擴散是一種水力特性，由液體質(zhì)點的不規(guī)則運動造成，僅存在于紊流狀態(tài)。像分子擴散那樣，紊流擴散既有徑向的擴散又有軸向的擴散，其強度取決于紊流特性，比分子擴散大得多。強勁的徑向擴散，尤其是旋渦運動，使液體質(zhì)點發(fā)生劇烈的橫向交換，中部速度較快的油品把邊緣滯后的油品迅速帶走，可大大縮短混油長度，一般只為管道長度的1%5%。因此，順序輸送總是取紊流而

8、避層流。,綜上所述，在紊流狀態(tài)下的沿程混油是流速伸展、紊流擴散、分子擴散共同作用的結果，前兩者起決定作用。從實效講，伸展是有害作用，擴散是有益作用。三個作用的綜合效應稱為擴展(dispersion) ，也可統(tǒng)稱擴散。有些文獻把這種擴散也叫做紊流擴散，這種紊流擴散與流體力學所講的由液體質(zhì)點不規(guī)則運動造成的紊流不同。,2 局部混油 管道始端切換油品產(chǎn)生的搭接混油和管件閥門等造成的死角混油為局部混油。如有復管，其混油也屬于局部混油。泵站的死角很多，其所增加的混油量與通過1015管道的混油量不相上下。有些文獻把泵站局部混油歸因于泵，還需商討。由于泵內(nèi)流速大大快于管內(nèi)流速，不可能有死角，加之葉輪具有使混

9、油均勻的作用，即使不起明顯的好作用，也不應起明顯的壞作用，很可能是無關緊要的。在計算時，局部混油一般不單獨考慮，而是把它并人沿程混油的擴展系數(shù)中，與長輸管道水力計算不單獨計算局部阻力而并人沿程阻力的方法類似。,3 意外混油 沿程混油和局部混油都是必定存在的。此外，一些意外混油也會造成不可忽視的，甚至是嚴重的混油。尤其值得注意的是，中途停輸造成的意外混油，因為在流動過程中，油品密度的差異對油品混合的作用無足輕重，但若停輸，密度差就會在一定的條件下起重要作用。意外混油并非必然存在，但若發(fā)生則必須單獨計算。,2 混油濃度 簡化之一是不考慮層流底層的存在，認為它極薄而可以忽略不計，紊流擴散作用遍及整個

10、橫截面；簡化之二是不考慮流速伸展總是先于并快于紊流徑向擴散，橫截面上的濃度分布總有點不均勻，認為徑向擴散作用可以瞬時將油品混合均勻。不言而喻，這樣簡化只適用于紊流狀態(tài)，決不可用于層流。 由于上述簡化，兩種油品沿軸向的體積分數(shù)以界面為中心呈對稱衰減分布，如圖3-1中的短曲線所示。,簡化處理必然會縮短混油段的長度，并掩飾軸向濃度分布的不對稱性。由于層流底層消散滯緩、擴散與伸展不能同步、死角內(nèi)油品流出緩慢，因此混油長度必定增加，軸向濃度分布注定是不對稱的，即以A油和B油體積濃度均等的橫截面為中心，其后面的混油長度大于前面的混油長度，頭短而尾長，如圖3-1中長曲線所示。,混油濃度基本方程 按混油過程的

11、簡化模型可推導出簡明的混油濃度基本微分方程。,擴展系數(shù)也可稱有效擴散系數(shù)，但它既不是分子擴散系數(shù)，也不是紊流擴散系數(shù)，而是流速伸展、紊流擴散、分子擴散、局部流動死角以及輸送兩種油品先后順序的差異、處理各種簡化和假設造成的偏差以及其它未計影響因素的綜合系數(shù)。有些文獻稱其為紊流擴散系數(shù)。這種紊流擴散系數(shù)與流體力學中由流體質(zhì)點不規(guī)則運動造成的紊流擴散的擴散系數(shù)不同。有效擴散系數(shù)與管內(nèi)流速管徑油品黏度和油品密度等因素有關。有效擴散系數(shù)可有實驗確定，或用生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計求得。擴散越強，紊流擴散系數(shù)越大，混油段就越長。,3 管道終點混油量的計算,4 終點混油段的切割,順序輸送時在管道里所組成的混油體石油產(chǎn)品，

12、就其質(zhì)量指標來說，還不能算是商品石油產(chǎn)品。因此，要對混油體進行分割。可以把混油段分割為兩段或三段，兩段時前行油品進入A罐，后行油品進入B罐；三段是時前行油品進入A罐，后行油品進入罐，中間混油進入專門的混油罐，再進行處理。,切割濃度的確定,5 混油界面的檢測,在油品順序輸送中，及時準確了解管內(nèi)流動的兩油品的界面是非常里要的。在順序輸送中，無論采用中間站“旁接罐”流程，還是采用泵到泵，或越站流程，或采用在分輸站將不同的油品切入不同的油罐內(nèi)，都離不開界面檢測。準確及時掌握管內(nèi)油品的界面。不僅能夠準確地切別不同的油品，減少混油報失。而且對管線的安全運行也是十分有利的，因此做好混油界面的檢測工作對于混油

13、分析有重要作用。,1 密度測定法,振動式密度計是一種較新型的密度計，是將其探針結構的探頭安裝在管道內(nèi)，并配備先進的電子儀表系統(tǒng)。它是以振動物體的簡諧運動結合牛頓第二定律進行測量，探針的振動周期與浸沒它的液體有關，所以通過檢測其振動周期就可測量出抽品之間的界面。 就是在順序輸送時人為地將兩種油品隔開、從而可基本消除混油。目前，隔離方法主要有隔離球法、隔離塞法和隔離液法。這些隔離措施有的在國外應用得較好，效果很明顯。國外常用的是浮筒式和振動式。,2 記號檢測方法 該方法是將色素染料、熒光染料等溶解在與管抽油品特性類似的有機溶劑中，從首站注入界面，在末站圈其記號物質(zhì)便可得知混油段。由于在使用過程中。

14、色索染料會降低油品的商標價值，所以一般不太使用；而多用熒光染料和化學惰性氣體為示蹤物,光記號方法 在順序輸送不同油品之間的界面中注入熒光劑，然后使用界面中測儀即可檢測混油界面，熒光劑注人界面的時機是十分重要的。也是直接影響界面檢測準確性的重要條件。因此必須根據(jù)實際情況注入熒光劑，其注入方法大致分為三種情況：,（1）前端注入，是指在混油段之前注入，主要是防止先行油品質(zhì)量不受混油影響； （2）中間注入，是指在混油段中間注入，主要是由于兩種油品性質(zhì)相接近，兩種油品被其切割后，其質(zhì)量不受影響； 3）末端注入，是指在混油段之后注入，主要是防止后行油品質(zhì)量不受混油影響。與煤油相混組成的熒光劑在油品中有很高

15、的溶解度，即使管線停運熒光劑也會全部融于油品中，并可準確地提供混油段的位置。這種熒光劑使用效果較好,氣體記號方法 該檢測方法是將化學惰性、無毒的氣體注入管內(nèi)油品界面之間作為示蹤物。然后在分輸站用色譜儀采樣分析其在油品中的濃度分布，以達到檢測混油界面的目的。,目前，國外研制使用的氣體是SF，它不但符合質(zhì)量要求而且便宜SF不受注入時機的影響，它可在泵前，也可在泵后注入，其注入量一般為2ppm。與其相匹配的色譜儀必須能連續(xù)自動采樣并進行分析，只有這樣才能準確無誤,3 電容型檢測方法 電容型界面檢測系統(tǒng)是利用電容電池測量電池兩極板間流動介質(zhì)的介電強度來測量的。它是將電容電池放入管線內(nèi)部，并通過連接管線

16、外部的裝置給它充電。管體內(nèi)流體的電容變化由該電池連續(xù)不斷地或定時地進行監(jiān)測，并自動記錄在與時間有關的圖表上，用此方法可準確地檢測出各流體之間的界面是否已通過或正在通過。,4 超聲波型檢測方法 超聲波型界面檢測是利用油品密度與聲速的關系檢測混油界面的。它是將超聲探頭插入管道流體中，并嚴格地控制其電壓強弱和頻率，使之產(chǎn)生機械振動。振動的幅度隨流體的比重按比例變化，其探頭部僅用機械方式連接一個線圈轉子，使之產(chǎn)生一個與流體比重成比例的電壓。,三、影響混油的因素及減少混油量措施,1 順序輸送產(chǎn)生油損失的原因 1. 初始混油的影響 成品油管道首站是在不停輸?shù)那闆r下進行油品切換的。在兩種油品切換的同時，在閥

17、門快速動作的一段時間內(nèi)，兩種成品油同時進入管道，于是在管道首段便形成所謂的初始混油?；煊土康拇笮『烷y門的切換時機和切換速度有關，掌握好切換時機后，閥門切換時間越長，混油量越大。,2. 流速和變徑管的影響 由理論公式和Austin-Palfrey經(jīng)驗公式可以看出，混油長度主要與管長、管徑、流速、運動粘度有關，如果管長、管徑、流速和運動粘度不同，混油的擴散速度不同，混油長度的增長速度也不同，在順序輸送過程中，兩種油品因粘度的不同，不可避免的由于發(fā)生干線流量的調(diào)節(jié)、以及在運行上開泵站數(shù)等原因，引起輸量的變化造成流速的改變，增加了混油損失。,3. 密度和停輸?shù)挠绊?對于順序輸送的兩種成品油來說，其密度

18、的差異對混油量的影響遠小于粘度的差異對混油量的影響，在正常的輸送條件下這種影響可以忽略不計。但是，在混油段在輸送的過程中，由于設備、人為和外界的影響，導致輸油管線停輸。這就使管路中油品紊流強度明顯減弱，密度的差異可大量增加混油量，特別是如果地形崎嶇不平，且高密度成品油處于斜坡的高處，而低密度成品油處于斜坡的低處時更是如此，停輸時，如果高密度成品油位于斜坡的上方(這是一種最危險的情況)，那么，由于高密度成品油具有沿斜坡向下的流展性，因而會大量增加混油量。為減少混油量要盡量少停泵，停泵次數(shù)越多造成的混油越多。必須停泵時，應選擇停泵時機，盡量使兩種油品的交界處處在較平坦的地段上。,4. 站間距及高程

19、差的影響 在輸油過程中，隨著輸送距離的增加，速度的變化就越慢，這就導致油品流態(tài)發(fā)生改變，即由紊流向層流發(fā)生變化，增加了輸送過程由的混油損失。其是在地形起伏劇烈管段，由于油流在向下流動時，管內(nèi)油品產(chǎn)生不滿管，使速度的最大值偏離軸心，發(fā)生速度的陡變，造成混油量的增加，從實際運行上來看，地形起伏越劇烈所產(chǎn)生的混油量越多。,5. 中間泵站及附件的影響 混油段經(jīng)過每一座中間泵站后混油距離就會加長。通過分析發(fā)現(xiàn)，造混油量增加的原因豐要是由于中間泵站的工藝流程較復雜發(fā) 。中間泵站站內(nèi)由于變徑管、閥門、彎頭多等較多，使得管壁附著的油膜、盲支管道積存的死油都不斷摻人混油段。此外泵對油品劇烈剪切的影響也不可忽視原

20、因，使油品的流速、混油濃度都發(fā)生了變化，尤其是通過加壓后，由于泵的攪拌使混油量得到增加(但是，也有資料證明混油量不增加，這里采取通常說法)。在實際運行上，油品通過的中間站越多，增加的混油也就越多。,四、減少混油量措施,1. 減小開關閥的時間 為了減小初始混油，應盡量減小開關閥的時間。如用球閥代替閘板閥，用球閥切換油品通常有閘板閥和球閥切換兩種方式。采用閘閥時，由于開關閥門的時間較長，因此混油增多，而球閥切換時開關時間短，因而可明顯減少混油。,2. 提高管輸運行速度 速度保持在紊流狀態(tài)下運行，速度最小值應大于20 。在制定順序輸送方案時，盡可能采用兩種油品密度和粘度相近的油品輸送，以防止因兩種油

21、品前后經(jīng)過泵時，流速發(fā)生較大變化，帶來混油量的增加。,3. 簡化流程 在運行工藝上采用最簡單流程，以減少因站內(nèi)盲管、支管帶來死油管段。管路閥門、過濾器等附件應盡可能的減少。在使用的閥門、過濾器等附件應盡可能靠近干線，以減少因流程的切換帶來混油的增加。,4. 熟練的操作人員 為了減少初始混油量，在首站進行兩種油品切換操作時，應先編制最簡單的流程切換順序流程圖，并由熟練的操作人員進行操作。尤其首站流程的切換，應采用流程切換自動化控制，盡可能使用開啟快速的電動或液動閥門，減少人為因素帶來混油量的增加。,5. 全線應采用SCADA管道監(jiān)控 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，對干線的壓力、溫度、流量的變化進行及時反饋。在運

22、行上應采用“泵到泵方式，避免因“旁接油罐”運行方式帶來因油品物性的改變，使運行工況發(fā)生變化，造成純油管路中摻人油罐中的混油。如采用“旁接油罐”運行方式，在混油頭到來前倒為全越站流程，待混油尾過去后再啟泵或進行其它流程操作。,6. 采用等溫輸送運行方式 如輸送油品凝點較高、粘度較大的油品，需加熱輸送時應在“混油頭”和“混油尾”界面處停止加熱，待過去后再加熱，防止因溫度的變化帶來混油損失的增加。,7. 避免管線停輸 在順序輸送時，當后行油品開始輸送時，應避免管線停輸。如遇不可避免的停輸時，應盡可能避免在油品分界面處，如中間泵站加壓處，管路地形起伏劇烈處停輸，停輸后應迅速關閉混油段兩端的閥門，防止由于油品間密度和粘度不同加劇混油量的增加。,8. 依據(jù)油品的密度和粘度確定油品輸送次序 由于混油粘度的變化，局部平均流速剖面將發(fā)生變形，這本身又導致有效擴散系數(shù)沿混油段長度發(fā)生變化?？梢园延行U散系數(shù)與局部平均流速剖面確定的水力摩阻系數(shù)看成正比關系。當順序輸送粘度