中國石油大學(xué)(華東)輸油管道設(shè)計(jì)與管理儲(chǔ)運(yùn)課件63

1、,第三節(jié) 混油界面檢測(cè)與混油處理,對(duì)于多種油品的順序輸送，正確地檢測(cè)和跟蹤混油界面并能及時(shí)進(jìn)行油品分輸和末站混油界面切割，是保證輸送油品質(zhì)量的關(guān)鍵。有以下方法可以進(jìn)行油品界面檢測(cè)。,一、混油濃度檢測(cè)方法,1、密度計(jì),密度型界面檢測(cè)系統(tǒng)（簡稱密度計(jì)）是國內(nèi)外成品油管道順序輸送中最普遍的方法，有多種形式，如浮筒式、重量式、壓差式、振動(dòng)式、射線式。它是一種比較直接的檢測(cè)方法。 能夠連續(xù)測(cè)量的密度型界面檢測(cè)儀表有很多種，目前國外較多使用的是浮筒式和振動(dòng)式。浮筒式密度型界面檢測(cè)系統(tǒng)一次儀表的主要部件是計(jì)量箱、浮筒、連桿和平衡彈簧。從管線內(nèi)油品取樣，油樣連續(xù)流入一個(gè)平衡的計(jì)量箱，隨著油樣密度的增加與減少，

2、浮筒即下沉或上升。浮筒位置與油品密度成比例，壓差變送器把一次信號(hào)送入記錄儀表，由記錄儀表所顯示的密度變化可得知混油段的到達(dá)位置。,振動(dòng)式密度計(jì)是將探針型結(jié)構(gòu)的探頭裝在管道內(nèi)部，并配備電子儀表系統(tǒng)。其原理是以振動(dòng)物體的簡諧運(yùn)動(dòng)結(jié)合牛頓第二定律，進(jìn)行推理測(cè)量。讓一定質(zhì)量的流體與一彈性物體作用，使其產(chǎn)生簡諧運(yùn)動(dòng)。探針的振動(dòng)周期與浸沒它的液體有關(guān)，通過測(cè)量其振動(dòng)周期即可檢測(cè)油品的密度。 蘭成渝成品油管道就是在各分輸(泵)站進(jìn)站管線、末站的進(jìn)站管線上安裝高精度的(可達(dá)萬分之一)振動(dòng)式密度計(jì)，在線監(jiān)測(cè)管內(nèi)油品密度的變化，用于柴油和汽油間的混油界面檢測(cè)。自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)在線密度計(jì)的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行自動(dòng)分析，準(zhǔn)確地

3、判定純油和混油的切割界面，并按預(yù)先設(shè)定的操作程序?qū)⒓冇秃突煊头蛛x，完成對(duì)混油界面的自動(dòng)切割。圖6.13為蘭成渝管道成都站的密度變化曲線。,2、超聲波界面檢測(cè)器,超聲波界面檢測(cè)器用來檢測(cè)不同流體聲速的改變，通過準(zhǔn)確地測(cè)量超聲脈沖通過液體通道時(shí)的速度來實(shí)現(xiàn)。流體內(nèi)的聲速取決于其體積彈性模數(shù)B和密度,液體組分的改變?cè)斐陕曇魝鞑ニ俣茸兓糠N石油產(chǎn)品都具有各自的聲速特征。此類界面檢測(cè)器能區(qū)分出密度相接近的兩種液體的聲速，已在歐洲、亞洲及美國的一些成品油順序輸送管道上使用，經(jīng)過對(duì)硬件和線路系統(tǒng)的改進(jìn)后，界面檢測(cè)系統(tǒng)已能檢測(cè)到密度差很小的兩種汽油的界面，這就使它的實(shí)用性大大提高。,圖6-14表明：從低端的

4、乙烷、丙烷混合物到高端的燃料油，其密度和聲速之間的關(guān)系近似是線性的。連續(xù)測(cè)量并記錄聲波通過輸油管道的時(shí)間，就能確定管內(nèi)油流的密度，從而分辨出油流的品種和混油濃度。,綜合國內(nèi)外超聲波界面檢測(cè)器的使用與發(fā)展情況，它具有如下特點(diǎn)：,(1) 溫度和壓力自動(dòng)補(bǔ)償； (2) 為防止管道內(nèi)所產(chǎn)生的瞬時(shí)壓力損壞探頭，壓力敏感元件使用了固態(tài)型壓力傳感器； (3) 研制和應(yīng)用了便于清管器通過管道的傳感元件。要使界面檢測(cè)器能對(duì)瞬時(shí)油品變化獲滿意的響應(yīng)時(shí)間，檢測(cè)頭應(yīng)直接插入液流中，為便于隔離球或清管器通過，則必須使用伸縮式探頭； (4) 將界面檢測(cè)器與流量計(jì)聯(lián)合為一臺(tái)儀器使用。,3、記號(hào)型界面檢測(cè)系統(tǒng),記號(hào)型界面檢測(cè)

5、系統(tǒng)是先把作為記號(hào)的物質(zhì)溶解在有機(jī)溶劑中制成示蹤物，在首站將示蹤物注入界面，在末站檢測(cè)記號(hào)物質(zhì)即可得知混油段，隨界面的變化，示蹤物會(huì)擴(kuò)散開來，在末站的有關(guān)儀表上可記錄到強(qiáng)度信號(hào)，由此可確定混油頭與混油尾。 記號(hào)物質(zhì)可采用色素染料、螢光染料和具有高電子親合力的化學(xué)惰性氣體。由于色素染料放置于某些成品油中會(huì)降低其商品價(jià)值，現(xiàn)在一般已不采用色素染料作為示蹤物質(zhì)。,在順序輸送不同級(jí)別的油品之間的混油界面注入某種螢光劑，然后使用界面檢測(cè)器即可檢測(cè)到混油界面。這種螢光劑為某種螢光染料，它能吸收不可見的紫外光波，并能將紫外光轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢姽獠ǘ瓷涑鰜?。螢光染料大多是含苯或雜環(huán)并帶有共軛雙鍵的化合物。 將一定濃

6、度的螢光劑注入到順序輸送油品的混油段中，油品中螢光劑的含量與螢光強(qiáng)度成正比。通過螢光界面檢測(cè)器持續(xù)不斷地監(jiān)測(cè)管道中流動(dòng)油品螢光強(qiáng)度的變化，以檢測(cè)油品的混油界面。與煤油混合組成的螢光劑在油品中有很高的溶解度，即使管線停止運(yùn)行，螢光劑也會(huì)全都分散在油品中，并能準(zhǔn)確地確定油品之間的混油段。,(1) 螢光劑,整套檢測(cè)系統(tǒng)包括：與螢光劑，螢光劑的注入泵和儲(chǔ)罐，螢光界面檢測(cè)器和具有一組電動(dòng)計(jì)數(shù)器的分批跟蹤系統(tǒng)。 l 972年，美國的帕蘭特遜(Platation)管道公司在一條從北卡羅納州的格林斯伯勒到華盛頓的哥倫比亞特區(qū)的成品油管線上安裝了這種螢光記號(hào)型界面檢測(cè)系統(tǒng)。實(shí)際使用表明，在各種條件下，示蹤劑都能

7、給出明顯的信號(hào)。在管道較長距離的運(yùn)行中，示蹤劑無明顯滯后，并發(fā)現(xiàn)在管道停止運(yùn)行一周多后，示蹤劑在管道內(nèi)油品中的分布也不變。我國蘭成渝成品油管道對(duì)于密度相近的90#汽油和93#汽油，原設(shè)計(jì)用添加熒光劑的方法來檢測(cè)混油界面。由于管道將來可能要輸送航煤，故改采用光學(xué)檢測(cè)法來監(jiān)測(cè)管內(nèi)90#汽油和93#汽油的混油界面。,(2)氣體記號(hào)型,這種檢測(cè)方法是將某種氣體作為示蹤物質(zhì)注入管內(nèi)不同油品界面之間，然后在分輸站使用色譜儀采樣分析示蹤氣體在油品中的濃度分布即可檢測(cè)到混油界面。示蹤氣體要具有高電子親合力、化學(xué)惰性且無毒。目前，國外研制使用的是SF6，它符合以上要求，且價(jià)格便宜。SF6可以在泵前、也可以在泵后

8、注入管內(nèi)油品界面內(nèi)，注入位置不影響它在油品中的分布狀態(tài)。 與現(xiàn)示蹤氣體配套的色譜儀必須能自動(dòng)連續(xù)采樣分析，靈敏度高，且靈敏度與管內(nèi)油品性能無關(guān)，這樣才能快速準(zhǔn)確地檢測(cè)油品的界面。,4、光學(xué)界面檢測(cè)系統(tǒng),利用不同油品對(duì)光的折射率不同檢測(cè)油品界面。蘭成渝管道正在試用美國Kam Controls公司的KAM(OID)界面檢測(cè)儀。試用表明，該儀器安裝簡單，維護(hù)方便，且對(duì)信號(hào)反應(yīng)靈敏，可以用于兩種汽油之間或其他油品之間的界面檢測(cè)，該儀器對(duì)油品中的雜質(zhì)非常敏感。美國科洛尼爾成品油管道也采用了此種儀器來進(jìn)行界面檢測(cè)。圖6-15和圖6-16是蘭成渝管道應(yīng)用時(shí)的實(shí)際曲線。它適于密度差很小的混油，如兩種汽油，此時(shí)

9、密度計(jì)精度可能不夠。,5、其他,用來連續(xù)檢測(cè)管內(nèi)所輸油品的顏色。它利用雙波長、雙檢測(cè)器光學(xué)系統(tǒng)來檢測(cè)顏色的質(zhì)量。檢測(cè)過程是從所輸油流中連續(xù)取樣，用鹵素?zé)舻膯尾ㄊ丈浯┻^油樣流。當(dāng)出現(xiàn)油樣時(shí)，折回的波束被分裂并穿過光學(xué)過濾器。兩個(gè)單獨(dú)的光電探測(cè)器測(cè)定基準(zhǔn)的與被測(cè)量波束的強(qiáng)度，發(fā)出的信號(hào)傳送到微機(jī)，再由微機(jī)將其轉(zhuǎn)換為一個(gè)色度測(cè)量度。,(1) 色度計(jì),(2) 電容型界面檢測(cè)系統(tǒng),用探測(cè)體和管道分別作為電容電池的兩極測(cè)量電路。管道內(nèi)流體的電容變化，由電容電池連續(xù)不斷地或定時(shí)地進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并自動(dòng)記錄在與時(shí)間有關(guān)的圖表上。通過觀察記錄，就能相當(dāng)準(zhǔn)確地了解各流體之間的界面是否已通過或正在通過。石油及其產(chǎn)品的相

10、對(duì)介電常數(shù)在1.92.5之間，成分不同，其值變化范圍也不同。應(yīng)用此方法需要對(duì)每一種油品先檢測(cè)出其介電常數(shù)。該設(shè)備簡單，操作方便，但由于油品密度有微小的差別都會(huì)引起介電常數(shù)較大的變化，因此它難于準(zhǔn)確地判斷密度方面的變化。,(3) 放射型界面檢測(cè)系統(tǒng),該系統(tǒng)具有靈敏度高、便于準(zhǔn)確切割油品的優(yōu)點(diǎn)。但該方法有放射性污染問題，因此，較大地限制了它的使用。放射型界面檢測(cè)系統(tǒng)有兩種方式：一種是向管內(nèi)油流中噴入放射性示蹤劑；另一種是，放射源與檢測(cè)器均固定在管道上。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(cè)輸油管內(nèi)不同油品混油段。,二、混油界面跟蹤,混油界面跟蹤技術(shù)使調(diào)度人員能夠了解每批油的位置和

11、達(dá)到預(yù)定地點(diǎn)的時(shí)間并計(jì)算出混油段的長度。該項(xiàng)任務(wù)是由管道SCADA系統(tǒng)中的應(yīng)用軟件完成的。這些軟件承擔(dān)著油品切換、混油段跟蹤及末站混油切割等操作的控制，它可以準(zhǔn)確地預(yù)計(jì)出混油段抵達(dá)末站的時(shí)間，能夠進(jìn)行混油界面位置計(jì)算、混油段長度計(jì)算、混油濃度變化計(jì)算。還可以輔助各站分輸時(shí)避開混油，在混油段到達(dá)前的一定時(shí)間發(fā)出警報(bào)，使末站的操作人員有時(shí)間針對(duì)到達(dá)的油品選擇合適的閥門和油罐。,三、管道終點(diǎn)油罐內(nèi)的允許混油量,各種油品都有一定的質(zhì)量指標(biāo)，如汽油的主要質(zhì)量指標(biāo)是辛烷值，柴油的主要質(zhì)量指標(biāo)是十六烷值和凝點(diǎn)。一般來說，煉廠生產(chǎn)的油品的質(zhì)量總留有一定的余量，即其實(shí)際的質(zhì)量指標(biāo)通常要高于規(guī)定的質(zhì)量指標(biāo)。如90

12、#汽油的辛烷值可能為91或92。故可以混入一定量的性質(zhì)相近的油品而不會(huì)影響合格質(zhì)量?？梢酝ㄟ^化驗(yàn)確定一種油品中允許混入的另一種油品的濃度。,在管道終點(diǎn)，A油罐中允許混入的B油量取決于兩種油品的性質(zhì)、油品的質(zhì)量指標(biāo)和油罐的容量。兩種油品的性質(zhì)和油品的質(zhì)量指標(biāo)決定了一種油品中允許混入的另一種油品的濃度。,設(shè)A 油罐中允許混入的B 油濃度為KBgA，B油罐中允許混入的A油濃度為KAgB，A、B油罐的容量分別為VgA和VgB，則,A油罐中允許混入的B 油量為：,B 油罐中允許混入的A 油量為：,當(dāng)輸送的兩種油品一定時(shí)，KBgA, KAgB已定。若終點(diǎn)油罐容量已知，則可由上式計(jì)算出允許的混油量VB和VA

13、。根據(jù)VB和VA，結(jié)合終點(diǎn)混油濃度計(jì)算公式，就可以確定對(duì)應(yīng)于VB和VA的管路終點(diǎn)截面上的混油濃度，即切割濃度。,必須再一次強(qiáng)調(diào)，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(yàn)確定。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(diǎn)控制進(jìn)A油罐的B油量，使流出混油中的B油量不超過A油罐內(nèi)允許的混油量VB，這就需要進(jìn)一步研究管道終點(diǎn)混油濃度與混油量的關(guān)系，以便根據(jù)管道終點(diǎn)混油濃度確定油罐的切換時(shí)間。,常用的汽油和柴油的允許摻混濃度計(jì)算公式,管道實(shí)際運(yùn)行中需通過化驗(yàn)來確定各油罐中允許摻混的其他油品量，但在設(shè)計(jì)中需要對(duì)摻混量作出估算，

14、下面介紹在管道設(shè)計(jì)中使用的允許摻混濃度經(jīng)驗(yàn)公式。,(1) 柴油和汽油相互摻混的計(jì)算公式,汽油中摻混柴油的允許濃度常受到汽油的終餾點(diǎn)控制，可按前蘇聯(lián)的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：,式中 Kd汽油中允許混入的柴油濃度，； Tg0汽油終餾點(diǎn)的最高允許值， ； Tg汽油實(shí)際的終餾點(diǎn)，； 20混入柴油的20密度，g/cm3。,柴油中摻入汽油后，其閃點(diǎn)與摻入汽油的10餾出溫度有關(guān)。根據(jù)汽油的10餾出溫度和柴油的閃點(diǎn)，可以確定柴油中允許混入的汽油濃度。,式中 Kg柴油中允許混入的汽油濃度，； T10汽油的10餾出溫度，； Ts0柴油的最低允許閃點(diǎn)，； Ts柴油的實(shí)際閃點(diǎn)，。,(2)兩種汽油摻混時(shí)主要控制汽油的辛烷值,牌號(hào)

15、較低的汽油往牌號(hào)較高的汽油中摻混，摻入牌號(hào)較低汽油的允許體積百分濃度可按下式計(jì)算：,式中 N較高牌號(hào)汽油在國標(biāo)中規(guī)定的最低辛烷值； N1較低牌號(hào)汽油的實(shí)際辛烷值； N2較高牌號(hào)汽油的實(shí)際辛烷值。,上面介紹的允許混油濃度計(jì)算公式只能用于允許混油濃度的估算，誤差很大，在設(shè)計(jì)實(shí)際管道時(shí)，應(yīng)當(dāng)采用化驗(yàn)得到的允許混油濃度。,通過化驗(yàn)確定汽油之間的允許混入濃度時(shí)，控制指標(biāo)一般取辛烷值或抗爆指數(shù)，因此，低標(biāo)號(hào)汽油中允許混入的高標(biāo)號(hào)汽油的濃度是沒有限制的； 通過化驗(yàn)確定汽油中允許混入的柴油濃度時(shí)，控制指標(biāo)一般取終餾點(diǎn)(干點(diǎn))，目前規(guī)定終餾點(diǎn)不得高于205； 通過化驗(yàn)確定柴油中允許混入的汽油濃度時(shí)，控制指標(biāo)一般

16、取閃點(diǎn)(閉口閃點(diǎn))，目前規(guī)定閃點(diǎn)不得低于55； 通過化驗(yàn)確定柴油之間的允許混入濃度時(shí)，控制指標(biāo)一般取凝點(diǎn)，因此，高凝點(diǎn)柴油中允許混入的低凝點(diǎn)柴油的濃度是沒有限制的。,四、管道終點(diǎn)混油段的切割,設(shè)終點(diǎn)截面混油濃度隨時(shí)間的變化曲線如右下圖所示。,t1時(shí)刻純A油開始進(jìn)A油罐，若t2 時(shí)刻已流出的混油頭中B油的量正好等于A油罐中允許混入的B油的量VB , 則t2時(shí)刻的混油濃度 即為混油頭的切割濃度。,若t3時(shí)刻混油尾中的A 油量正好等于B油罐中允許混入的A油量VA ，則 即為混油尾的切割濃度。,t2至t3之間的混油段進(jìn)入專門的混油罐。,1、混油頭的切割,設(shè)有一條順序輸送A、B油的管線，流量為Q，已知L

17、、D、V、Ped、DT。若已知A油中允許混入的B油濃度為KBgA，A油罐的容量為VgA，設(shè)t1時(shí)刻A油開始進(jìn)入空油罐，到t2時(shí)刻剛好裝滿。則t1到t2時(shí)刻間流出的油量正好等于A油罐的容量VgA，且其中所含B油量正好等于A油罐中允許混入的B油量VB 。,t1至 t2時(shí)刻流出的純A油量為：,而：,此段時(shí)間內(nèi)流出的總液量為：,則：,對(duì)于終點(diǎn)截面 ：,將KA, dZ表達(dá)式代入上式得：,又,從而得到：,令：,則上式簡化為：,根據(jù)假設(shè)條件：,則：,故：,上式中只有Z2 是未知數(shù)。根據(jù)KBgA和A查圖6-17可求得Z2 。求得Z2后，可由濃度計(jì)算公式或圖6-17求得切割濃度 。,說明：在推導(dǎo)公式時(shí)曾假設(shè)：在

18、t2時(shí)刻A油罐中的B油量正好達(dá)到最大允許值VB，同時(shí)A油罐剛好被裝滿，實(shí)際上這兩個(gè)條件很難同時(shí)滿足，往往是在A油罐中的B油量達(dá)到VB時(shí)A油罐可能未裝滿。這時(shí)要向A油罐中補(bǔ)充純A油，調(diào)和后達(dá)到A油的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，但這一點(diǎn)并不影響公式的使用。,2、混油尾的切割,到t3時(shí)刻，混油尾達(dá)到管路終點(diǎn)，應(yīng)收入B油罐。根據(jù)上述 同樣的方法可得混油尾的切割濃度,利用圖解法, 根據(jù)KAgB和B查圖6-17 ，可得到 。,討論：由圖6-17可知：,切割混油頭時(shí),切割混油尾時(shí),3、中間混油段的計(jì)算,4、混油段的兩段切割,生產(chǎn)中希望把整個(gè)混油段切成兩段，一段進(jìn)A油罐，另一段進(jìn)B 油罐，不設(shè)專門的混油罐，這樣可以避免或減少混

19、油造成的經(jīng)濟(jì)損失，且只切割一次，操作也比較方便。,如果根據(jù)上述計(jì)算得到 ，則說明： 之間的混油段既可以進(jìn)A油罐，也可以進(jìn)B油罐。這時(shí)便可以采用兩段切割。所以實(shí)現(xiàn)兩段切割的充要條件是：,由前面混油頭和混油尾的切割計(jì)算和分析可知，增大VgA可降低 ，增大VgB可提高 ，因此，儲(chǔ)存混油頭和混油尾的油罐容積越大，越容易實(shí)現(xiàn)兩段切割，可通過增大油罐容積的方法實(shí)現(xiàn)兩段切割。,從理論上講， 也可以進(jìn)行兩段切割。但由于閥門的操作需要時(shí)間，不能瞬間完成，采用兩段切割往往不能滿足質(zhì)量要求。,5、混油段的切割方式,對(duì)于需要長期儲(chǔ)存的油品，在摻入混油后，盡管油品當(dāng)時(shí)的各項(xiàng)指標(biāo)都合格，但在長期儲(chǔ)存時(shí)可能會(huì)影響其安定性，

20、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99l的油流作為混油。對(duì)于混油段有以下切出方式：,(1) 兩段切割：即前面講的將混油段切割成兩部分，收入兩種純凈油品的儲(chǔ)罐內(nèi)，如兩種汽油之間或兩種柴油之間的切割即可采取此種方法（為什么？）； (2) 三段切割：將能夠摻入前后兩種純凈油品罐內(nèi)的混油（即混油頭和混油尾）切入兩種純凈油品的儲(chǔ)罐內(nèi)，其余混油進(jìn)入混油罐；,(3) 四段切割。將能夠摻入前后兩種純凈油品罐內(nèi)的混油（即混油頭和混油尾）切入兩種純凈油品的儲(chǔ)罐內(nèi)。其余混油按50分成兩部分，前部分富含A油，后部分富含B油，分別切入兩個(gè)不同的混油罐中。然后把富含A油的混油逐漸摻混到純凈的A油中，把富含B油的混油逐漸摻混到純凈的B油中。,(4) 混油段的五段切割一般采用將含有后行油品1的混油段（混油頭）直接切入