順序輸送管道的混油

混油有兩種一般來說，泵站內(nèi)的混油不好計算，而且如果操作管理得當，站內(nèi)混油所占比例很小，因此一般不作詳細計算。下面我們主要討論在油品交界面處引起的沿程混油。第二節(jié)順序輸送管道的混油一、沿程混油機理

1、流速分布不均引起的幾何混油

油品在管內(nèi)流動時，存在著流速分布。流速分布對混油影響很大，流態(tài)不同，管內(nèi)流速分布不同，對混油的影響也不同。管內(nèi)流速分布呈拋物線型，且Umax=2V。在兩種油品接觸處管中心附近的流速大，后面的油品進入前面的油品中，在管壁處，流速較慢的前行油品又會落后在后面的油品中，就在管內(nèi)形成楔形油頭。層流：B油A油隨著流動距離的增加，混油段會越來越長，混油量相當大，可達(3～4)Vg(Vg為管道總?cè)莘e)。因此順序輸送的管道在兩種油品交替時應(yīng)避免在層流下工作，無法避免時，應(yīng)在兩種油品交界面處加隔離裝置減少混油。紊流：在紊流核心部分，流速分布趨于均勻，Umax≈(1.18~1.25)V，僅在管壁處的層流邊層內(nèi)存在較大的流速梯度，而無明顯的楔形油頭存在，所以紊流時混油量比層流時小得多。隨著流量的增大，Re↑,混油量↓，一般情況下，Re>104時混油量僅占管道總?cè)莘e的0.5～1％。B油A油2、密度差引起的混油

由于兩種油品的密度不同，會引起管內(nèi)的自然對流，從而加大混油量。表現(xiàn)在兩個方面：①在流速不均而造成的混油界面上，由于兩種油品的密度不同，引起自然對流，重的下沉，輕的上浮，增加了混油量。②在地形起伏的管段上，當混油段處于上下坡時，由于密度差的作用（重油在上面、輕油在下面）也會形成自然對流，加大混油，此時管線停輸則混油量更大。3、擴散混油

在兩種油品的交界面處，兩種油品的濃度是不同的。若將前后兩種油品分別稱為A油和B油，則在A油中A油的濃度要大于B油中A油的濃度，使A油分子由濃度高的A油方面向濃度低的B油方面擴散，而B油則由B油方面向A油方面擴散，這樣便形成了擴散混油。一般情況下，紊流時，擴散混油是主要的；層流時，流速分布不均，形成楔形油頭造成的混油是主要的；正常運行時密度差引起的混油要小得多，可以忽略不計。對于長距離順序輸送管道，一般都在紊流區(qū)工作，主要是擴散混油。二、縱向紊流擴散混油理論

1、基本概念

(1)起始接觸面：

設(shè)管內(nèi)原來輸送A油，在t=t1時刻開始輸入B油。在該瞬間，A、B油在起點截面相接觸。由于流速分布不均，實際接觸面不是平面，為了討論方便，我們假設(shè)A、B油的接觸面為一垂直于管道軸線的平面。①定義：A、B兩種油品開始接觸時的垂直于管軸的平面稱為起始接觸面。②性質(zhì)：起始接觸面具有如下性質(zhì)：a、在該面上A、B兩種油各占一半，用體積濃度表示即為：KA=KB=0.5b、起始接觸面以平均流速V向前移動。在t1時刻它在管線起點，t2時刻，它在距起點截面為V(t

2-t1)的地方。注意：

起始接觸面與起點截面是不同的。起點截面是靜止不動的。而起始接觸面以速度V前進，僅在t=t1時刻兩面才是重合的。(2)混油段：既含有A油又含有B油的段落。在混油段內(nèi)，A油的濃度由1變?yōu)?，B油的濃度由0變?yōu)?。(3)混油量：混油段內(nèi)所含的油品體積稱為混油量。(4)混油長度：混油段所占的管段長度稱為混油長度。2、混油段的形成過程：

在起始接觸面處，A、B兩種油品直接接觸，產(chǎn)生混油。隨著B油的流入，起始接觸面向前移動，混油段逐漸增大。為了便于分析計算，我們選擇一個移動的坐標系K－x座標系，移動速度為V，坐標原點位于起始接觸面上，縱坐標表示油品濃度，橫坐標為某截面到起始接觸面的距離，這樣縱坐標軸（即起始接觸面）將混油段分為左右兩部分。①t1時刻，兩種油品剛開始接觸，混油段長度為0，起始接觸面O處，KA=KB=0.5，截面O右邊：KA=1，KB=0輸送方向A油B油OKB=1KA=0KA=KB=0.5KA=1KB=0t1②t2>t1時刻，起始接觸面O移動了V(t2-t1)的距離。形成了長為2l1

的混油段，起始接觸面把混油段分為左右兩部分：在起始接觸面上：x=0，在起始接觸面右邊：x>0,

在起始接觸面左邊：x<0,輸送方向A油B油OKA=KB=0.5t2l1l1KAKB混油段內(nèi)的任意截面上，A、B油都有一定的濃度。A、B油的濃度隨截面位置而不同，但在每個截面上都有KA+KB=1。③t3>t2時刻，起始接觸面移動到(t3-t1)V的位置。這時的混油長度為2l2。與t2時刻的混油濃度曲線相比，可知混油段內(nèi)某個截面上的混油濃度還隨時間變化，且隨t↑l↑，混油濃度曲線變平。輸送方向A油B油OKA=KB=0.5t3l2l2KAKB擴散混油的基本特點：(1)隨時間的延長，混油段變長，起始接觸面(x=0)上始終有KA=KB=0.5，任意截面上：KA+KB=1(2)在某時刻t，混油段內(nèi)B油(或A油)的濃度是x的函數(shù)，KB=f(x)(3)在某一截面處，混油段內(nèi)B油(或A油)的濃度隨時間而變化，KB=φ

(t)(4)混油段內(nèi)混油濃度是x和t的函數(shù)，KB=ψ(x,t)三、影響混油量的因素1、影響混油量的主要因素：根據(jù)混油量的計算公式，影響混油量的主要因素有：(1)管內(nèi)徑D：管徑越大，混油量越大；(2)管長L：管道越長，混油量越大；(3)雷諾數(shù)Re：Re越大，混油量越小。(1)停輸混油在順序輸送管道發(fā)生停輸?shù)那闆r下，相鄰油品密度的差異可大大增加混油量，特別是線路起伏、高密度油品處于斜坡的上方、低密度油品處于斜坡的下方時更是如此。因所輸油品之間的密度差，較輕的油品上浮，較重的油品下沉，這會導(dǎo)致混油長度顯著增加。2、影響混油量的其它因素不同油品在長輸管道順序輸送過程中，除了已分析過的對沿程混油的影響因素以外，影響因素還有：例如，前蘇聯(lián)的古比雪夫--勃良斯克成品油管道的斯大里諾伊柯思--勃良斯克管段(該管段有一定的高差)，停輸幾個小時形成的混油比停輸前連續(xù)輸送9晝夜形成的混油量多約1倍。停輸時混油的增加量與停輸時間、沿線地形、油品密度差有關(guān)。在對蘭成渝成品油管道投產(chǎn)以來的停輸情況和重慶末站分輸?shù)幕煊土窟M行跟蹤研究表明，該管道的停輸時間對混油量增加的影響不如停輸時界面所處位置的影響大。其原因是蘭成渝管道的前面起伏大，后面比較平緩，因此，停輸時界面的位置和油品的次序就顯得尤為重要。目前還沒有較好的計算停輸混油的方法。(2)粘度差混油粘度差對混油量的影響與順序輸送油品的次序有關(guān)：粘度小的油品后行時的混油量比粘度小的油品前行時的混油量多10%～15％。在古比雪夫--勃良斯克成品油管道上輸送粘度相差幾乎9倍的柴油和汽油時，因輸送次序不同產(chǎn)生的混油量差別可達10％。在我國的管道順序輸送試驗和運行中也發(fā)現(xiàn)，油品交替時，粘度小的油品頂替粘度大的油品所形成的混油長度大于次序相反時的混油長度，兩者比值在1.04～1.36之間，隨流速和輸送距離的變化而不同。這種現(xiàn)象是由于高粘油品在管壁處的層流邊層較厚，后行的低粘油品(如汽油)很難在湍流混合強度低的近壁處“沖刷”掉高粘油品(如柴油)所留下的層流邊層，柴油膜全部被沖刷需要的時間長，差不多要到混油段的一半通過所選截面之后柴油膜才被沖刷掉。因此柴油前行、汽油后行時，形成了柴油濃度不很大的混油尾痕。在輸送次序相反即當汽油前行、柴油后行時，汽油膜在短時間內(nèi)被沖掉，從而形成的混油量比柴油前行、汽油后行的混油量小。(3)初始混油和過站混油順序輸送工藝規(guī)定管道首站更換油品時不能停輸，當切換油罐時，在管匯中形成的混油段稱為初始混油。初始混油量的大小取決于輸送流速和油罐切換的時間。我國格拉成品油管道的初始混油長度通常為280～400m；前蘇聯(lián)管徑為0.5m的古比雪夫--勃良斯克成品油管道的初始混油長度約為600m，蘭成渝管道的初始混油長度約為250m(50m3)。管道愈長，初始混油量對管道終點處油品濃度的影響就愈小。科洛尼爾管道為減少初始混油量，要求干線及泵站主要閥門的開關(guān)時間限制在15s內(nèi)?；煊屯ㄟ^沿線各中間(泵)站時，站內(nèi)盲支管中的油品不斷與進站混油摻合、混油通過過濾器時的層流流動、站內(nèi)管匯和管件處的渦流、泵的攪拌等都使得經(jīng)泵站后混油量增加。一般密閉輸送泵機組串聯(lián)運行時，一個泵站所增加的混油量約等于通過10～15km長的直管段時所增加的混油量。我國格拉成品油管道混油段每通過一座中間泵站，混油段長度平均增長36～40m，占管道全程混油長度的1.2％～1.35％。(4)其他混油在順序輸送的管道中可能存在不滿流段，不滿流段的油流只局部充滿管道。由于重新建立的流速斷面以及湍流強度、擴散過程的變化，油品混摻與滿管時的情況不同，也會在一定程度上增大混油量。輸量調(diào)節(jié)、中途分輸或進油、油品交替、管徑變化等引起流速變化，管道沿線溫度變化以及管道沿線的支管、旁通管等都將影響輸送中形成的混油量。四、隔離液與隔離器隔離液體是在兩種交替油品之間注入的緩沖液，用以減少混油量?？捎米鞲綦x液的物質(zhì)有：與兩種油品性質(zhì)相近的第三種油品、兩種油品的混油、水(或油)的凝膠體和其他化合物的凝膠體。使用成品油作隔離液時，其性質(zhì)與所輸送的兩種油品的性質(zhì)要有較好的相容性。這就意味著隔離液可以大量地補充到兩種成品油中去。隔離液的長度取決于緩沖液與所輸油品的相容性和輸送條件。例如，汽油與柴油交替時，在汽油與柴油兩種油品之間放入一段煤油(或汽油與柴油的混油)，由于汽油或柴油中允許混入的煤油(或混油)的濃度比汽油中允許混入的柴油或柴油中允許混入的汽油的濃度要大若干倍，從而使需要處理的混油量減少。1、隔離液2、凝膠體隔離塞(1)能充滿管道橫截面，可以清除管壁處層流邊層內(nèi)的油品，具有良好的密封性。(2)具有良好的彈性變形特性，能很好地克服管內(nèi)變徑、管接頭、彎頭等的擾動。(3)對管內(nèi)的機械雜質(zhì)、沉積物攜帶作用強。(4)凝膠體具有較強的非牛頓特性，在管內(nèi)能始終作為一個整體塞狀物沿管道運動；靠近管壁處，在剪切作用下，膠凝體的粘度降低，摩擦阻力也小。凝膠體隔離塞不僅可用于順序輸送管道兩種油品的隔離及管道投產(chǎn)時油(氣)與水的隔離，而且可用于清除管內(nèi)沉積物、管道排空等。凝膠體隔離塞與機械隔離塞相比，有如下特點：

(5)凝膠體具有良好的再聚合能力。通過泵、閥，受到劇烈剪切后，凝膠體具有很強的自持力和再聚合能力，可以較快地恢復(fù)結(jié)構(gòu)使隔離塞的整體性不受到破壞。選擇凝膠物質(zhì)作隔離塞時，需要防止其對油品的污染，同時對于長距離輸送管道，要考慮凝膠物質(zhì)的抗剪切性，以防止在經(jīng)長距離的管道剪切和多次過泵剪切而產(chǎn)生整體性的破壞。3、固體隔離(1)機械隔離器常用的機械隔離器有橡膠隔離球(器)和皮碗形機械隔離器兩種。把隔離器置于兩種油品的界面處與管內(nèi)壁緊密接觸，且隨油品沿管道向前推進，可以避免兩種油品之間的直接接觸，從而減少混油。實際使用的皮碗形隔離器外徑一般比管內(nèi)徑大1％～3％，以便在隔離器與管內(nèi)壁之間有較好的密封作用，但這就會在隔離器的前后產(chǎn)生壓差。在這種壓差作用下，后行油品也會往前行油品中泄漏，會增加混油。生產(chǎn)實際中，機械隔離器的運行速度很難與油流的平均速度相一致，這種速度的不同步也會增加混油量。(2)橡膠隔離球橡膠隔離球為一厚壁中空的橡膠球體。使用前在球內(nèi)充以一定壓力的水或所輸油品，在冬季嚴寒地區(qū)可充以防凍液，使球外徑膨脹到稍大于管內(nèi)徑。這樣可以在隔離球與管壁間產(chǎn)生一定的密封壓力，并可防止在管內(nèi)油流壓力作用下球發(fā)生變形。影響隔離球隔油效果的主要因素有：球的耐磨性、球腔的充液量、球的過盈量、投放隔離球的數(shù)量、球間距等。由于影響隔離球隔油效果的因素較多，油品通過球而漏泄的過程又很復(fù)雜，再加上管道的長度、管子的安裝和質(zhì)量不同，各種文獻中對隔離球的隔油效果眾說不一，有的認為，采用球型隔離器減少的混油量很少。目前隔離球一般僅用于管道投運時的油水隔離。前面介紹了固體隔離器和液體隔離塞兩類減少混油的措施，但應(yīng)注意，隔離措施只能減少沿程混油。能采用直接接觸輸送的兩種油品，如產(chǎn)生的混油又比較容易處理，應(yīng)盡量采用直接接觸輸送。必須進行隔離輸送時，選用哪種隔離措施，需根據(jù)實際情況，通過經(jīng)濟比較選擇最佳方案,特別是凝膠及固體隔離器應(yīng)慎重選擇。五、減少混油的措施(1)在保證操作要求的前提下，盡量采用最簡單的流程，以減少基建投資與混油損