成品油管道順序輸送的混油分析報告

./摘要本文介紹了順序輸送的特點及順序輸送管道的水力特性。分別從沿程油、局部混油、意外混油三方面對順序輸送管道混油機理進行了全面闡述,對影響混油的因素進行了相關討論,總結(jié)了當今世界上使用圍較廣的幾種混油界面檢測方法。針對現(xiàn)有順序輸送混油模型計算方法所存在的問題,利用流體紊流特性提出了混油模型的簡化方式,利用簡化模型及費克定律推導出了混油濃度的基本方程,給出了管道終端混油濃度的高斯-勒讓德計算方法。經(jīng)過推導給出了混油量的計算公式,并分別討論了混油量計算的理論公式與經(jīng)驗公式,同時對理論公式的濃度適用圍的修正系數(shù)作了介紹。本文還重點分析了用混油濃度方程確定管道終點的濃度切割方法,以及對混油進行處理的方法；針對其影響混油的因素,提出了減少順序輸送管道混油量的相關預防措施。關鍵詞：順序輸送管道；混油機理；混油量；混油濃度；預防措施AbstractThisthesisisaboutthespecialityofsequentialtransportationandthewaterpowerspecialityofsequentialtransportationpipeline.Expatiatecompeletelyfromthreeaspects:confusedoilalongtheline、partlyconfusedoil、accidentlyconfusedoil,discussaboutthefactorsthataffectingtheconfuse,summarizenowadayswidelyusedmethodsonmesuringtheinterfaceoftheconfuesedoil.Aimedattheproblemsexistsinthemethodsofformercalculatingofsequentialtransportationatthepresent,putforwardthepredigestwaysoftheconfusedoilformerbyusingdisorderlycurrentspecialityoffluid,enducetheessencialequationofconfusedoil'sconsistencebyusingthesimpliedwaysandtheFeckLaw,presentthemethodofcalculatingtheconsistenceattheendofthepipelinewhichiscalledtheGauss-Lerangmethod.Presentthemethodofcalculatingthequalityoftheconfusedoilafterenducing,anddiscussthetheoryandexperienceformulasrespectlyofcalculatingthequalityoftheconfusedoil,atthesametimeintroducethemodifiedquotietyofthetheoryformula'sconsistenceextensionapplied.Andthethesisemphasizedmethodabouthowtoconfirmtheterminalofpipelinewhichiscalledcutingconsistencemethodbyusingtheequationofconfusedoil'sconsistence,astothemethodhowtodealwiththeconfusedoil.Aimedatthefactorsaffecttheconfusing,presentthemeasurestopreventingtheconfuseinsequentialitypipeline.Keywords：orderpipeline；mixingmachinasm；mixingvolune；contaminaiedconcentration目錄TOC\o"1-2"\h\z\u第1章概述11.1國外成品油管道的發(fā)展現(xiàn)狀11.2管道順序輸送的目的31.3研究順序輸送的意義4第2章混油過程62.1混油過程簡要描述62.2混油段的發(fā)展72.3混油處理9第3章混油計算103.1混油機理103.2混油濃度123.3管道終點混油量的計算203.4變流速情況的混油計算253.5管道終點油罐的允許混油量263.6終點混油段的切割283.7混油界面的跟蹤303.8混油界面的檢測31第4章影響混油的因素及減少混油量措施374.1順序輸送產(chǎn)生油損失的原因374.2減少混油量措施42結(jié)論47參考文獻48致50.第1章概述石油、石油產(chǎn)品作為重要的能源之一,在世界許多國家的經(jīng)濟發(fā)展中起到了重要的支柱作用,長期以來,我國由于石油儲運體系的不健全,尤其是成品油儲運結(jié)構(gòu)的不合理,在國際石油市場沖擊下十分被動,嚴峻的現(xiàn)實迫使我國把發(fā)展石油儲運業(yè)放在確保經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略高度來認識。從1993年起,我國已成為一個石油凈進口國,尤其是開發(fā)大西北、大西南戰(zhàn)略思想的確立,對油料的需求日益增多。隨著汽車工業(yè)的發(fā)展,燃料的需求快速增長,國煉化企業(yè)原油加工能力的不斷提高,繼續(xù)依靠鐵路、汽車和船舶運輸成品油已不能滿足市場的需求。成品油市場規(guī)模的形成及發(fā)展,提出了建設成品油管道的迫切需求。成品油管道順序輸送原油與成品油、原油與液化天然氣、成品油與液化天然氣等。這樣,一管多用可以使長輸管道最大限度地滿負荷運行,并且減輕其它運輸方式〔鐵路、公路的運輸負荷,充分發(fā)揮管道的利用率,提高經(jīng)濟效益。1.1國外成品油管道的發(fā)展現(xiàn)狀國外成品油管道的發(fā)展狀況管道運輸?shù)钠鹪纯梢宰匪莸焦?6世紀我國古代自流井鹽人利用竹木管輸送天然氣熬鹽的時代,但真正的管道運輸業(yè)是本世紀初美國大量敷設金屬管道用來輸送石油、石油產(chǎn)品以及天然氣才開始的。十九世紀末開始順序輸送石油和石油產(chǎn)品。成品油管道出現(xiàn)在1940年,即著名的普蘭迪遜成品油管道,這條管道完全按凱斯通公園的做法順序輸送油品,一直運行到現(xiàn)在。該管道由305mm和254mm變徑管組成,已建成相當規(guī)模。1941年爆發(fā)了第二次世界大戰(zhàn),美國在戰(zhàn)時利用已建的各種管道為戰(zhàn)時輸油服務,進行大量的改,建成了當時管徑最大、距離最長的輸油管道。其中一條是原油管道,管長為600mm,全長2158km,日輸原油47700m3。另一條是成品油管道,管徑為500mm,包括支線全長2745km,日輸原油37360m3。1942年,軍通過拉多湖底鋪設了35km的焊接管道,向被德軍封鎖的列寧格勒軍民輸送油料,至1943年3月累計輸送4105。第二次世界大戰(zhàn)后發(fā)展野戰(zhàn)輸油管道的同時,北約和美國大力建造軍用固定輸油管道。60年代開始,成品油管道向著大管徑、長距離方向發(fā)展。至20世紀80年代末建成長達1100多公里,形成了完整的體系,其中在中歐6000km,土耳其約1000km,北歐、意大利、希臘各600km。目前,世界成品油管道總長度已超過23104km。并且還在以每年新增約8000km我國成品油管道運輸?shù)默F(xiàn)狀我國于1973年開始對順序輸送進行大規(guī)模的工業(yè)試驗,1977年建成第一條長距離、小口徑順序輸送管道。這條管道建于世界屋脊青藏高原上,穿過永久凍土帶等地質(zhì)條件極為復雜地區(qū)的格爾木—成品油管道。全長1080km,管徑150進人20世紀90年代中期,我國建成了第一條具有商業(yè)意義的成品油順序輸送管道工程,即至魷魚圈成品油管道工程,管道全長246km,管徑355、637.7mm,管材X52,16Mn直和螺旋縫焊接鋼管,設計壓力6.4MPa,年輸送能力為2.4106,順序輸送汽油和柴油共5個牌號兩種油品。第一次在成品油管道工程上采用了當時具有領先技術的SCADA系統(tǒng),實現(xiàn)了全線自動化順序輸送成品油。隨后于2002年9月29日投產(chǎn)了蘭成渝成品油管道,管道干線全長1250km,管徑508、457、323.9mm,管材X60、X52直縫和螺旋縫焊接鋼管,順序輸送90號、93號汽油和0號柴油,該管道設計壓力10MPa,成縣減壓站進站處最高設計壓力14.6MPa,年輸送能力為5.0106。沿途地勢連綿起伏,最大落差達2254.9m,中間分輸站多達13個,面向15個油庫分輸。這是我國第一條高壓、大型成品油管道,無論從地理位置、管線環(huán)境還是其規(guī)模以及具有多分輸?shù)墓δ軄碇v,在國都是前所未有的。目前,正在建設中的大型成品油管道有,總長約為2100km的廣西———的大西南成品油管道,烏魯木齊—的西部成品油管道等。西部成品油管道干線長1858km,管徑599mm,設計壓力8.0~10.0MPa,設計輸量10106t,這將是我國又兩條大型長距離成品油管道。近年還將建設華北地區(qū)、長江三角洲、珠江三角洲地區(qū)、浙閩沿海及魯皖等地區(qū)的成品油管道,構(gòu)成成品油管道的骨架。中遠期將逐步發(fā)展短距離管道,形成成品油管道網(wǎng)絡。另外,東北地區(qū)成品油管道正在規(guī)劃中。截至20XX底,我國成品油管道共計1.2管道順序輸送的目的世界各國之所以不斷地發(fā)展油品管道運輸,積極調(diào)整成品油運輸結(jié)構(gòu),就是因為成品油管道運輸具有很多的優(yōu)越性,其大量采用對一個國家的經(jīng)濟發(fā)展起著很重要的作用?！?能明顯減少油品損耗。由于成品油是輕質(zhì)液體燃料,具有易燃、易爆、易于揮發(fā)的特點,采用管道密閉輸送,可大大降低<裝車、卸車、運輸?shù)炔僮鬟^程中的>蒸發(fā)損耗,其安全性也得以提高?！?能明顯降低運輸費用。由于管道運輸操作環(huán)節(jié)少,能耗低,自動化程度高,統(tǒng)一管理,節(jié)省人力,因此管道運輸總的輸油成本要比其他陸路運輸方式低很多?！?可以省去裝、卸、運輸?shù)榷鄠€作業(yè)環(huán)節(jié)管道運輸既節(jié)省人力,又減少轉(zhuǎn)運環(huán)節(jié)、加快周轉(zhuǎn)速度,在相同的油庫容量下,用管道輸送油品可實現(xiàn)更大的周轉(zhuǎn)量。〔4可以減輕油品運輸供應的不均衡性,并改善輸油的操作條件,便于集中管理鐵路裝、卸油設計的不均衡系數(shù)一般為1、2、3,而管道輸送本身的不均衡系數(shù)則接近1,可基本消除不均衡供應的問題?！?對復雜地形和惡劣氣候條件適應性更強管道便于翻山越嶺,不受坡度的影響,輸油過程基本不受氣候條件的影響?！?對環(huán)境的污染更少,運輸過程更加安全可靠?！?成品油管道建設快、占地少、投資省。1.3研究順序輸送的意義成品油管道一般都是多品種油順序輸送,其可輸送的油品圍很寬,從輕烴到重燃料油均可由一條管道順序輸送,油品的更迭會影響運行工況。另外,輸油量和油品種類還隨季節(jié)變化、管道所處的地域不同,變化的幅度也不一樣。成品油管道大都是多分支、多出口,其注油和卸油均受貨主和市場的限制,運行調(diào)度難度大,為滿足沿線市場的需求,管道設計和運行管理中心須控制管道各時段沿線的分輸量和管輸量,以保證管道安全平穩(wěn)地運行。這樣,成品油管道順序輸送相鄰批次油品之間必然產(chǎn)生混油,產(chǎn)生的混油在物理化學性質(zhì)上與所輸產(chǎn)品的質(zhì)量和各種油品沿途的分輸量均有嚴格要求。因此,混有段的跟蹤和混油量的控制,特別是在地形復雜、高差起伏大的地區(qū)是成品油管道的關鍵技術。所以,進行混油處理的研究是非常必要的,既可以減少油品在輸送時的損失,又可以節(jié)約能源本文的研究容是在查閱大量的資料上,了解混油的過程及影響混有因素,通過研究混油的機理,建立混油的簡化模型,經(jīng)過推導得出混油濃度、混油量計算公式,進而推出切割濃度的計算公式,為混油的切割提供了理論依據(jù),并且在文中提出了一些減少混油的措施。第2章混油過程當采用順序輸送的是兩種能相互溶解的油品,在管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。2.1混油過程簡要描述兩種油品在管交替時,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?qū)恿髁鲃拥墓芰黧w,橫截面上油品的混合過程主要是分子擴散作用[1]。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?cè)莘e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1.18~1.25倍[2]。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。對流傳遞不顯著,僅在層流底層。由于局部流速不均勻而存在擴散,傳遞過程成為影響混油形成的主要原因,紊流中的渦流擴散引起一個附加的擴散在徑向上,該附加擴散比分子擴散大很多,大大加強了徑向分子擴散作用,使得紊流時的混油大大小于層流。在層流邊層,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?cè)莘e之比>開始很快地下降,當雷諾數(shù)大于5×104時,相對混油量隨雷諾數(shù)改變很小[3]?？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,兩種油品在管道交替所形成的混油量比紊流時大得多,同時雷諾數(shù)在2.3×103~4×103圍,流態(tài)由層流轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪?流動不穩(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圍。2.2混油段的發(fā)展油品沿管道順序輸送過程中,因?qū)α骱臀闪鲾U散的局部作用形成混油區(qū)。在混油區(qū)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==〔2-1混油的過程可由圖2-1說明：如果管道從輸送A油轉(zhuǎn)為輸送B油的時刻為,在此瞬間,兩種油品的初始接觸面O左右兩側(cè)分別是純油B和純油A,接觸面上的油品濃度為==0.5,如圖中〔a所示。經(jīng)過一段時間=,到時刻,油品A、B通過起始接觸面相互滲透,在起始接觸面兩側(cè)分別形成一段長為、的混油段,如圖中〔b、〔c所示在混油段自右向左A油濃度逐漸減小,B油濃度逐漸增大,在任意截面都有+=1,初始接觸面處仍為==0.5。到時刻,起始接觸面兩側(cè)混油段分別加長,如圖中〔d、〔e所示,混油段油品濃度變化趨于平緩。可以看出,當管流速一定時,在某一時刻,混油段任一截面上的油品濃度與該截面距起始接觸面的距離及第二種油品的輸送時間有關,如設=0,則有=,=,且+=1。圖2-1紊流段的發(fā)展所謂混油段是指既含A油又含有B油的段落,即在混油段A種油品的濃度由1變化為0,B種油品的濃度由0變化為1。在生產(chǎn)實踐中,一種油品含有微量的另一種性質(zhì)相近的的油品通常是允許的。同時限于測量儀表的精度,不可能精確的測出A種油品的濃度由1變化為0整個混油過程。在工程上往往取一種油品的對稱濃度,如把為99%~1%或98%~2%或95%~5%〔指體積比濃度圍的油品作為混油段?；煊投嗡挠推啡莘e稱為混油量,混有段所占的管段長度稱混油長度。2.3混油處理混油處理是長距離順序輸送成品油管道以及油品儲存的重要環(huán)節(jié),也是降低管道輸送成本、提高管輸經(jīng)濟效益的重要課題。成品油管道順序輸送的混油是一種不合格的油品,因為混油的質(zhì)量指標達不到要求,要對混油進行適當?shù)奶幚??；煊吞幚淼囊话惴椒壳皣鈱煊偷奶幚矸椒ㄒ话阌袃煞N：一種是就近送回煉廠重新加工,另一種是摻混后供用戶使用或降級處理?；煊吞幚磉€有一些其他的方法〔如金屬氧化法、堿處理法、蒸餾法和過濾法,但它們不是很常用。以混摻方式處理順序輸送所產(chǎn)生的混油,是目前國外所通用的一種行之有效的經(jīng)濟而且比較簡便的方法混油處理裝置成品油順序輸送管道末站必須建混油罐,以用于儲存混油。若末站距離煉廠較遠,末站可設置一套混油處理裝置,一般是采用簡單的常壓蒸餾工藝?；煊吞幚硌b置年設計輸量的確定取決于需處理的混油量及裝置建設和運行的綜合費用。第3章混油計算3.1混油機理沿程混油管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：〔3-1式中——距管軸心距離處的流速,m/s；——與流態(tài)有關的數(shù)；——距管軸心的距離,m；——管子半徑,m；——橫截面上的平均流速,m/s。式〔3-1表明,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[4]。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,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%[5]。因此,順序輸送總是取紊流而避層流。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(jié)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。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10～15km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。由于泵流速大大快于管流速,不可能有死角,加之葉輪具有使混油均勻的作用,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。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。3.2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[6]。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。圖3-1混油段的濃度分布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簡化模型可推導出簡明的混油濃度基本微分方程。圖3-2油品濃度分析圖如圖3-2所示,兩種油品的最初接觸界面于時刻到達圖示的位置,以下研究距界面處的微分段在時間B油濃度的變化。在時間,段B油的體積增量為〔3-2式中——B油的體積增量；——B油的體積分數(shù)；——管子截面積,m2。B油體積的增加,是其在時間流人和流出段體積不同造成的。B油流入的體積為〔3-3流出的體積為〔3-4體積增量為〔3-5式中——B油軸向擴展速度,m/s。聯(lián)解式〔3-2和式〔3-3得〔3-6擴展速度可以用流體力學公式進行計算,但甚為麻煩,而且難以計算局部混油的影響。工程上采用的辦法是把擴展當作是分子擴散,用費克<Fick>分子擴散定律來表述。按費克定律,擴散速度、擴散系數(shù)與負的濃度梯度成正比。將擴散速度、擴散系數(shù)、體積濃度分別置換為擴展速度、擴展系數(shù)、體積分數(shù),則為〔3-7式中—擴展系數(shù)。將式〔3-7代人式〔3-6得〔3-8費克定律是推導簡明混油濃度方程的一個實用工具,而不是研究混油形成的理論基礎。按三種作用所作的數(shù)值計算和實驗考查表明,利用費克定律導出的式〔3-8可以滿足工程應用的要求。為求解偏微分方程〔3-8引入新變量Z,即〔3-9利用將方程〔3-8改寫為〔3-10求解上述常二階微分方程,并代入根據(jù)邊界條件確定的積分常數(shù),得〔3-11再積分〔3-12邊界條件,解得,〔3-13由于在同一混油截面上有〔3-14上述兩式表述了油品濃度與時間,距離的基本函數(shù)關系。由此可確定：〔1當時間一定時,油品濃度與截面位置的關系；〔2當位置一定時,油品濃度隨時間的變化規(guī)律。管道終點截面與起始接觸面的距離可表示為〔3-15〔3-16時間系=〔3-17式中——起始接觸面在管道中的運行時間,s；——起始接觸面由管道起點到終點所需時間,s；——管道總長度,m。將式〔3-15、〔3-16、〔3-17代入〔3-9中,整理得〔3-18求函數(shù)Z的微分,則〔3-19將式〔3-18、〔3-19兩式代入到式〔3-13和式〔3-14中,并變換積分上下限,所以則有,〔3-20其中〔3-21式中——管平均流速,m/s。由式〔3-20、〔3-21兩式可知,當管道設計參數(shù)一定時,管道終點處的混油濃度僅為時間系數(shù)的函數(shù)。通過這個函數(shù)關系,就可求出在任意時刻流出管道終點截面的混油濃度；反之,還可根據(jù)混油濃度計算出對應的時間。有效擴散系數(shù)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)[7]。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。紊流擴散系數(shù)的計算公式如下〔1雅勃隆斯基一希茲基洛夫公式〔3-22式中——兩種相互交替油品運動粘度的算數(shù)平均值,m2/s；——按和管平均流速計算的雷諾數(shù)?！?阿薩圖良公式〔3-23式中——混油的計算運動黏度,m2/s；——按計算的雷諾數(shù)?！?聶奇瓦利亞一雅勃隆斯基公式〔3-24式中——水力摩阻系數(shù)；——濃度為50%的混油的運動粘度,,>?！?斯燕尼特捷爾公式〔3-25式中——管流的平均速度,m/s；——管道徑,m；——管道長度,m?！?泰勒公式泰勒使用數(shù)值分析方法,得出水利光滑區(qū)的計算公式〔3-26式中——管平均流速,m/s；——管徑,m?！?非牛頓流體的有效擴散系數(shù)對應泰勒公式的形式,考慮非牛頓流體的影響特征,可以寫出非牛頓冪律流體的有效擴散系數(shù)〔3-27式中——流變行為指數(shù)；——非牛頓冪律流體的水利摩阻系。高斯—勒讓德方法計算混油濃度混油濃度的計算關鍵在于式〔3-14的計算。其計算方法較多,應用較廣泛的為利用冪級數(shù)的性質(zhì)將其轉(zhuǎn)化為無窮級數(shù)來進行計算=1-+-+++…-+-+…〔3-28在上述計算中,當取-3～3時,收斂性較好截斷誤差較小,但當取較大值時,級數(shù)項要求計算項較多,否則截斷誤差較大[8]。在這種情況下,計算的累積誤差較大,可能產(chǎn)生實數(shù)溢出而無法計算若利用高斯積分法來計算,則可確定混油濃度該方法具有計算方法簡便,計算精度高,穩(wěn)定性好等優(yōu)點。下面給出高斯-勒讓德公式〔3-29具體做法如下〔3-30根據(jù)不同的需要采用不同的節(jié)點和系數(shù)。一般取五節(jié)點,下表列出,其它可在工程數(shù)值計算書里查到。表3-1高斯-勒讓德公式節(jié)點與系數(shù)4+0.53846930.47862870.00000000.5688889將計算求得、代入〔3-20便可求得混油濃度。3.3管道終點混油量的計算3.3.1上述計算我們可以求出管道終點處任時刻所對應的混油濃度和,或求出混油濃度為截面到達管路終點處所對應的。若混油濃度分別為和的兩個混油截面到達管路終點處時的時間為和,則兩個截面之間所形成的混油量可由下式求〔3-31式中——管路油品的流量,m3/s；——混油濃度為截面到達管路終點時的時間,s；——混油濃度為截面到達管路終點時的時間,s。=〔3-32式中——管道總?cè)莘e,=；——管道的輸送量,m3/s。由于實際工作中,混油段的長度經(jīng)常不到管道全長的百分之一,所以B油開始進入管道至混油段開始在管道終點出現(xiàn)所經(jīng)歷的時間,與兩種油品的起始接觸面從管道起點流到終點所需時間很接近,故：,〔3-33式中——油品濃度的函數(shù)；——油品濃度的函數(shù)；——貝克萊數(shù),。式〔3-33為管道終點處任意濃度圍混油量的計算公式。對于輸送條件一定的管道,貝克萊數(shù)是一常數(shù)間而變化,的大小只決定。在生產(chǎn)實際中,順序輸送管道所形成的混油量通常指的是對稱濃度圍混油量,因而對稱濃度圍〔3-34紊流擴散系數(shù)綜合了油品交替過程中各種因素對擴散速度的影響。一般采用雅勃隆斯基一希茲基洛夫公式。=按上式計算所得混油量與生產(chǎn)中測得的混油量相比,一般偏小。這里由于紊流擴散系數(shù)計算對管壁處層流邊層造成的影響估計不足。因此對上式引入修正系數(shù),于是〔3-35修正系數(shù)的大小隨雷諾數(shù)而變化,雷諾數(shù)越小,層流邊層越厚。因流速分布不均勻,所增加的混油量就越多,只就大[9]。由于層流邊層的液量不多,它主要影響對稱濃度圍較寬的混油段的混油量,對較窄濃度圍的混油量影響不大。表3-2修正系數(shù)濃度圍%104<105<599～11.31.2598～21.251.2097～31.201.1596～41.151.1095～51.101.0594～61.051.00因為〔3-36〔3-37式中——管道混油長度,m；——管道徑,m；——管道長度,m。式〔3-35、〔3-37就是對稱濃度圍混油量和混油長度的計算公式,它表明相對混油量和混油長度與雷諾數(shù)計管道幾何尺寸間的關系。公式表明,混油的多少與混油界面所經(jīng)過的管道長度的平方根成正比。生產(chǎn)實踐總結(jié)的混油量計算公式1929年美國對三種汽油在長1230km、管徑為200mm的管道上進行了順序輸送的試驗。前聯(lián)于1930~1932年,由卡也夫.A.A.在巴庫至巴杜姆的煤油管道上進行了煤油和粗制柴油首次順序輸送的工業(yè)試驗。1940~1946年間,前聯(lián)的雅布隆斯基教授進行了大量的模擬不同流動工況下的順序輸送試驗。20世紀70年代,我國也曾在兩站間距為17.32km,管道規(guī)格為15.9mm的兩條同溝敷設的管道上進行了順序輸送混油量試驗。1999年,埃及為了探求Shokeir至Assiout無隔離塞順序輸送原油和LPG的可行性,在Mostorod-Cairo石油公司修建了一條全長775m、由長200m<管徑為304.8mm>和長575m<管徑為406.4mm>相同壁厚管段組成的試驗管道,來模擬Shokeir至Assiout管道的運行條件,重點研究混油形成,目的是減少混油損失。然后在Suez到Mostorod的管道<包括長89km、mm和長51km,304.8mm兩個管段,輸送LPG、苯、煤油和柴油>上配置了連接到批次輸送控制中心的數(shù)字式高精度密度計,對油品密度變化進行精確監(jiān)測,原油和LPG的流量分別為200m3/h和160m3/h,以不同次序輸送的試驗數(shù)據(jù)經(jīng)處理后,得到了密度隨時間的變化關系,并用指數(shù)函數(shù)很好地擬合了試驗曲線回歸系數(shù)為0.985[10]。由于油品順序輸送試驗的成功,順序輸送管道得到了迅速的發(fā)展。在工程上多采用Austin-Palfrey經(jīng)驗公式[11],奧斯汀和柏爾弗萊收集分析有關順序輸送管道的大量實驗和生產(chǎn)數(shù)據(jù),整理數(shù)據(jù)時規(guī)定：用濃度各為50%的混油的運動粘度來計算雷諾數(shù)；其經(jīng)驗公式為〔3-38第二、不考慮輸送順序,即認為兩種油品的輸送次序?qū)煊土繜o明顯影響；第三、把前行油品濃度為99%～1%的兩界間的距離定義為混油濃度的長度。整理結(jié)果示于圖,它表明管道徑,管道長度和雷諾數(shù)是影響混油長度的主要因素。圖3-3雷諾數(shù)與無因次量的關系把值隨雷諾數(shù)降低而緩慢增大的區(qū)域稱為"平滑區(qū)",在該區(qū)域直線的斜率為-0.2,與的關系可表示為〔3-39把值隨雷諾數(shù)降低而急劇增大的區(qū)域稱為"陡斜區(qū)",在該區(qū)域直線的斜率為-1.8,與的關系可表示為〔3-40聯(lián)立解得與這兩條不同斜率直線的交點相對應的雷諾數(shù)值=10000〔3-41式中——臨界雷諾數(shù)；——管直徑,m。由圖可知,對任意直徑的管道而言,在湍流區(qū)有兩個特點不同的區(qū)域,即"平滑區(qū)"和"陡斜區(qū)"。由"平滑區(qū)"向"陡斜區(qū)"的過渡是急劇發(fā)生的。某一已知管道兩種油品交替時,其油品的混合特點可由臨界雷諾數(shù)來判別,管徑不同,其臨界雷諾數(shù)也不同。為了減少混油量,管道應在大于臨界雷諾數(shù)情況下運行。3.4變流速情況的混油計算管流速變化時,流速和湍流擴散系數(shù)均為時間的函數(shù),即為和。則管道終點處,有擴散理論推導的混油量計算公式可得B油濃度與輸送B油時間的關系為：〔3-42式中——管道終點與起始接觸面的距離,m；——各管段湍流擴散系數(shù)在其時間段的積分之和。管道終點處,濃度圍的混油體積可用下式計算〔3-43若為對稱濃度圍的混油段,則混油體積為：〔3-44求得不同情況下的值,就可以計算相應工況下管道終點混油量。3.5管道終點油罐的允許混油量在管道終點儲存A油的油罐允許混入多少B油量,取決于兩種油品的性質(zhì)、油品的質(zhì)量指標和油罐的容量[12]。當A油中混有B油是,必然會影響A油的性質(zhì),嚴重時甚至達不到A油的質(zhì)量指標。罐中允許的混油量計算如用表示A油罐中允許混入的B油濃度,表示在B油罐中允許混入的A油濃度。當A油罐的容量為,B油罐的容量為時,則允許混入該油罐的另一種油品的容積為〔3-45式中——允許混入A油罐的B油容積；——允許混入B油罐的A油容積；——B油中允許混入A油的濃度；——A油中允許混入B油的濃度；——A油罐的實際容量,m3；——B油罐的實際容量,m3。由式〔3-45可以確定,在某一種純凈油品油罐,允許混入另一種油品的容積。同一種油品每批油料的"質(zhì)量潛力"不同,因此A油罐中允許混入的B油濃度或B油罐中允許混入A油的濃度要由化驗確定[13]。在確定A油罐中允許混入的B油濃度和B油量以后,需要在管道終點控制進A油罐的B油量,使流出混油中的B油量不超過A油罐允許的混油量,這就需要進一步研究管道終點混油濃度與混油量的關系,以便根據(jù)管道終點混油濃度確定油罐的切換時間。常用的汽油和柴油的允許混摻濃度計算公式管道實際運行中需通過化驗來確定各油罐中允許混產(chǎn)的其它油品量,但在設計中需要對混摻量作出估算。.1汽油和柴油相互混摻的計算公式汽油中混摻柴油的允許濃度常受到汽油的初餾點控制,可按前聯(lián)的經(jīng)驗公式計算[14]：〔3-46式中——汽油中允許混入的柴油濃度,%；——汽油初餾點的最高允許值,℃；——汽油實際的初餾點,℃；——混入的柴油20℃的密度,g/cm3。柴油中摻入汽油后,其閃點與摻入汽油的10%餾出溫度有關。根據(jù)汽油的10%餾出溫度和柴油的閃電,可以確定柴油中允許混入的汽油濃度。〔3-47式中——柴油中允許混入的汽油濃度,%；——汽油的10%餾出溫度,℃；——柴油的最低允許閃點,℃；——柴油的實際閃點,℃。.2兩種汽油摻混時主要控制汽油的辛烷值牌號較低的汽油往牌號較高的汽油中混摻,摻入牌號較低汽油的允許體積百分濃度可按下式計算：〔3-48式中——較高牌號汽油在國標中規(guī)定的最低辛烷值；——較低牌號汽油的實際辛烷值；——較高牌號汽油的實際辛烷值。3.6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,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?？梢园鸦煊投畏指顬閮啥位蛉?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。3.6在管道終點,如在時間為時,從管道流出來的油流開始進入接收A油的儲罐,此時油流的濃度、,隨著混油段接近終點,逐漸減小,逐漸增大,到時間為時管道終點油流濃度為及,且。若到時間時,油罐A被裝滿,流入A油罐的B油量恰好為A油罐中所允許的最大B油量。就是分割混油頭的時間,此時必須轉(zhuǎn)換油罐,將后來的混油納入專門接收混油的油罐。在時間進入A油罐的B油量為：〔3-49流入A油罐的A油量,〔3-50上式代入〔3-43中,并且,〔3-51〔3-52——概率函數(shù)。〔3-53聯(lián)立以上兩式〔3-54〔3-55〔3-56上式只有兩個未知數(shù)、、,可由化驗確定,即可求得。由于存在前行油罐中后行油品流入油罐的油量已達到允許的最大值時,前行油罐剛好被裝滿的假設。實際上很難達到如此精確的程度,所以公式需要修正。經(jīng)常是前行油品還未裝滿,后行油品的前行油罐允許的后行油品油量已達到最大的允許值。所以需要向前行油罐注入前行油品。同理在時刻：〔3-57〔3-58如果,按上述方法計算的結(jié)果為>,此時說明兩種油品性質(zhì)接近,在A的儲罐罐容較大時,可將混油段分成兩個部分?；煊颓懈罘绞綄τ谛枰L期儲存的油品,在摻入混油后,盡管油品當時的各項指標都合格,但在長期儲存時可能會影響其安定性,最好不要摻混,而是將混油裝入專用混油罐,另行處理。一般是以含有前行油品濃度99%~1%的油流作為混油。對于混油段有以下切出方式：〔1兩端切割。即將混油段切割成兩部分,收入兩種純凈油品的儲罐。如汽油和汽油的切割即可采取此種方法;〔2三段切割。將能夠摻入前后兩種純凈油品罐的混油切入兩種純凈油品的儲罐,其余混油進入混油罐；〔3四段切割。將能夠摻入前后兩種純凈油品罐的混油切入兩種純凈油品的儲罐。其余混油按50%分成兩部分,前部份富含A油,后部份富含B油,分別切入兩個不同的油罐中。然后把富含A油的混油準備摻混到純凈的A油中,把富含B油的混油準備摻混到純凈的B油中；〔4混有段的五段切割〔或三段切割。一般采用將含有后行油品1%的混油段直接切入前行油品中；將含有1%~33%后行油品的混油段切入富含前行油品的混油罐中,以便按照比例回摻入前行油品中;將含有33%~66%后行油品的混油段切入中間混油罐中,以便利用混油處理裝置將兩種油品分離；將含有66%~99%后行油品的混油段切入富含后行油品的混油罐中,以便按照比例回摻入后行油品中;將含有后行油品99%的混油段直接切入后行油品中[15]。3.7混油界面的跟蹤混油界面跟蹤技術使調(diào)度人員能夠了解每批油的位置和達到預定地點的時間并計算出混油段的長度。該項任務是由管道SCADA系統(tǒng)中的應用軟件完成的。這些軟件承擔著油品切換、混油段跟蹤及末站混油切割等操作控制,它可以準確地預計出混油的抵達末端的時間,能夠進行混油界面位置計算、混油段長度計算、混油濃度變化計算。還可以輔助各站分輸時避開混油,在混油段到達前的一定時間發(fā)出警報,使末站的操作人員有時間針對到達的油選擇合適的閥門和油罐。3.8混油界面的檢測在油品順序輸送中,及時準確了解管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,都離不開界面檢測[16]。準確及時掌握管油品的界面。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分析有重要作用。3.8密度型界面檢測系統(tǒng)是國外成品油管道順序輸送中最普遍的方法,有多種形式,如浮筒型、重量式、壓差式、振動式、射線式。它是一種比較直接的檢測方法。由下式〔3-59導出,〔3-60、、分別為混合油、前行油品、后行油品的密度,、分別為前行油品、后行油品的濃度。在管路上安裝密度計,測定混油段中兩種油品的濃度來確定混油分界面。此外,還可以利用油品對射線的吸收程度與密度成線性關系的規(guī)律,用射線密度計來測定油品的密度。但自動測量密度計和射線密度計僅適用于兩種油品密度相差較大的情況,當密度相差較小時應采用其它方法測量。振動式密度計是一種較新型的密度計,是將其探針結(jié)構(gòu)的探頭安裝在管道,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(jié)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。蘭成渝成品油管道就是在各分輸站進站管線、末站的進站管線上安裝高精度的振動式密度計,在線監(jiān)測管油品密度變化,用于柴油和汽油間的混油界面檢測[17]。自動控制系統(tǒng)對在線密度計的檢測結(jié)果進行自動分析,準確地判定純油和混油的切割界面,并按預先設定的操作程序?qū)⒓冇秃突煊头蛛x,完成對混油界面的自動切割。3.8記號型界面檢測系統(tǒng)是先把作為記號的物質(zhì)溶解在有機溶劑中制成示蹤物。在首站將示蹤物注入界面,在末站檢測記號物質(zhì)即可得知混油段。隨界面的變化,示蹤物會擴散開來,在末站的有關儀表上可記錄到強度信號,由此可確定混油頭和混有尾。記號物質(zhì)可采用色素染料、硬光染料和具有高電子親和力的化學惰性氣體。由于在使用過程中,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。.1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[18]：〔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。美國帕蘭特遜管道公司于1972年在北卡羅納州的格林斯伯勒至華盛頓的哥倫比亞特區(qū)的成品油管線上就使用了該熒光記號檢測油品界面,取得了較好的效果。.2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地進行界面檢測。英國桑頓研究實驗室研制了一臺自動檢測油品界面的色譜儀。它是由高精度的采樣閥、六個圓柱形的色譜儀和電子檢測器組成。在1970年它成功地應用于西德的一條長192km、管徑500mm的成品油管線上和英國的一條管徑為200mm的成品油管線上。通過實際應用證明,無論在什么樣的條件下,示蹤劑均可給出明顯的信號,特別是在長距離運行中該劑無明顯地滯后,在管線停輸一周后,該劑在管油品中的分布無變化,可為工作人員準確提供混油段的正確位置。3.8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部,并通過連接管線外部的裝置給它充電。管體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。3.8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(zhuǎn)子,使之產(chǎn)生一個與流體比重成比例的電壓。聲速界面檢測器原用于海洋,用來測量聲速和其它的物理性質(zhì),后來逐漸引用于管道界面檢測。1970年國外研制出了第一臺用于成品油管線的超聲波界面檢測儀。最初的超聲波界面檢測儀是沒有壓力與溫度補償?shù)?所設計的探頭也未考慮到管所產(chǎn)生的瞬時壓力。所以,在以后的實際應用中,針對所出現(xiàn)的問題做了不斷地改進與完善?！?超聲波界面檢測儀在國的應用1974年,格拉線成功地應用超聲波界面檢測儀。該儀器是由同濟大學聲學研究所與超聲波儀器廠聯(lián)合開發(fā)研制的,取名為"CYJ-1型超聲波油品檢測儀"?！?國外聲波界面檢測儀的特點從70年代開始,國外有關機構(gòu)就著手研究和應用聲波界面檢測儀,并根據(jù)實際應用中所出現(xiàn)的問題做了針對性的改性,不斷地完善。特別是計算機加入此行列后,使得界面檢測工作更加穩(wěn)定和可靠。綜合發(fā)達國家所開發(fā)研究和應用聲波界面檢測儀現(xiàn)況,有如下幾個特點：第一、國外現(xiàn)應用的聲波界面檢測儀具有溫度和壓力的自動補償功能。第二、為防止管線所產(chǎn)生的瞬時壓力損壞探頭,改進了聲速探頭,改進并研制出了固態(tài)型壓力傳感器。第三、將聲波界面檢測儀的探頭改為能伸縮式的探頭,這是為了便于隔離球或清管器能順利通過。第四、國外的聲速界面檢測系統(tǒng)已由計算機控制,并配有高度穩(wěn)定的遙測技術系統(tǒng)。第五、已將流量計與界面檢測儀合二為一,具有一機多用的特點。3.8光學界面檢測方法是利用不同的油品對光的折射率不同檢測油品界面。蘭成渝管道正在試用美國KamControls公司的KAM〔OID界面檢測儀。試用表明,該儀器安裝簡單,維護方便,且對信號反應靈敏。它適用于密度差很小的混油,如兩種汽油放射型界面檢測方法該系統(tǒng)具有靈敏度高、便于準確切割油品的優(yōu)點。但該方法有放射性污染問題,因此,較大的限制了它的使用。放射型界面檢測系統(tǒng)由兩種方式：一種是向管油流中噴入放射性示蹤劑；另一種是放射源與檢測器均固定在管道上[19]。美國的鹽湖—西北管道公司,多年來一直使用放射性追蹤來檢測輸油管不同油品混油段。第4章影響混油的因素及減少混油量措施4.1順序輸送產(chǎn)生油損失的原因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,在閥門快速動作的一段時間,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?？紤]初始混油的影響,管道終點的混油長度可用下列公式計算〔4-1由式可知管道越長,初始混油對管道的混油量影響越小。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[20],由此可以得出〔4-2在管徑不變的情況下,第三項可以為零,而一般取一個平均運動黏度,因此第四項也可以為零,則變流速的情況下〔4-3理論公式〔4-4經(jīng)驗公式〔4-5〔4-6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。管道變徑的地方和途中卸下部分成品油的地方,成品油的流速還可發(fā)生跳躍性變化,如在調(diào)節(jié)流量時以及在切換成品油過程中因兩種油品粘度和密度的差異而改變流量時,成品油的流速也可發(fā)生平緩變化。此外,在管道變徑的地方,如果,混油段將被"拉長"；如果,混油段將被"壓短"圖〔4-1所示。圖4-1混油段的長度隨管徑的大小發(fā)生變化密度和停輸?shù)挠绊憣τ陧樞蜉斔偷膬煞N成品油來說,其密度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。古比雪夫一勃良斯克管道順序輸送情況,管道停輸12小時形成的混油量可能比停輸前連續(xù)輸送9個晝夜形成的混油量多1倍。為此,準確求出停輸時產(chǎn)生的混油量尤其重要。當管道停輸時,油流速度的紊流脈動消失,而原油之間的密度差就成為混油形成的決定性因素。因密度差產(chǎn)生了較重原油層在較輕原油層之下流動的滲流,這就形成了兩個流動鋒面,即在管道下部流動的較重原油的鋒面和在管道上部流動的較輕原油的鋒面,假設用和二分別表示相應的油流鋒面速度,于是在時間形成的混油量可用下式表示：〔4-7=〔4-8,〔4-9式中——鋒面面積,m2；——上部流動的較輕原油的鋒面速度m/s；——輕質(zhì)進口原油的密度,kg/m3；——輕質(zhì)進口原油的粘度,m2/s；——重質(zhì)進口原油的密度,kg/m3；——重質(zhì)進口原油的粘度,m2/s；——下部流動的較重原油的鋒面速度m/s；——管軸傾角。同時,輕質(zhì)進口原油的鋒面速度比重質(zhì)進口原油小,速度比與粘度比的關系可用式表示〔4-10由以上三式可解得停輸時的混油量〔4-11從公式看出,停輸時間越長,混油量也就越大。另外,如果混油段的停輸發(fā)生在大口徑水平管道,混油量也會有明顯的增加。主管道上的死岔線和線路上的平行副線<如河流穿越中的平行管段>也能影響混油量。比如,死岔線中原來輸送的是原油,現(xiàn)在輸送的是汽油,在輸送過程中留在死岔線中的柴油會逐步地被后來的汽油從死岔線中沖出,因而汽油的質(zhì)量會有明顯的下降。站間距及高程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?qū)恿靼l(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。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。4.2減少混油量措施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。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。簡化流程在運行工藝上采用最簡單流程,以減少因站盲管、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。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。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。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。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。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[21]。可以把有效擴散系數(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。當順序輸送粘度差異很大的兩種成品油時,混油量會增加。如果兩種油品的粘度不同,其輸送順序?qū)煊土亢蜐舛妊鼗煊烷L度的分布具有一定的影響。如果粘度較大的成品油在前,粘度較小的成品油在后,那么這種順序輸送的混油量要比相反順序輸送這兩種成品油時的混油量多10%～15%。從物理學的角度可以解釋為低粘度成品油<如汽油>很難在湍流混合強低的近壁處沖刷掉高粘度的成品油<如柴油>。為了減小因粘度差異形成的混油,需對成品油順序輸送的次序進行合理的組織和安排,一般可采取如下辦法：〔1合理安排輸油次序。一般應先輸粘度較小的油品,后輸粘度較大的油品?！?根據(jù)需要與實際可能,合理安排輸油批次,盡量將同一種油品集中到一起輸送,增大輸油批量,盡可能減少輸油中油料品種的改變次數(shù)?！?盡量把粘度和密度較接近的兩種油品安排在一起,先后輸送。兩種油品粘度和密度相近,順序輸送時造成的混油少。另外,混油也便于處理?！?盡量提高輸送流量,特別是兩種油品交替時更應盡量加大流量。研究表明,輸送時流量越大,造成的混油越少。當油流的雷諾數(shù)Re>10000時混油量很少。不同流量