基于均勻出流電脫鹽進(jìn)油管式分配器的設(shè)計(jì)

王紀(jì)剛，丁小平，李 泓

（江蘇三星科技有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212200）

基于均勻出流電脫鹽進(jìn)油管式分配器的設(shè)計(jì)

王紀(jì)剛，丁小平，李 泓

（江蘇三星科技有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212200）

針對(duì)電脫鹽分配管開(kāi)孔管配油中存在的配油不均勻和能耗過(guò)高等問(wèn)題，分配管基于均勻出流原理，提出了穿孔配油管異孔徑開(kāi)孔的方法，幵對(duì)其可行性進(jìn)行分析。結(jié)合工程實(shí)例，提出穿孔管的分段異口徑等距開(kāi)孔的計(jì)算方法。

分配管； 水力計(jì)算； 分段開(kāi)孔

在電脫鹽罐內(nèi)，如果分配系統(tǒng)和出油收集系統(tǒng)設(shè)計(jì)存在問(wèn)題，就不能充分高效地利用整個(gè)罐體，往往在罐體內(nèi)出現(xiàn)沒(méi)有流體流動(dòng)的“死區(qū)”或流動(dòng)速度太快的“溝流”，在形成“溝流”的地方因速度太快將來(lái)不及沉降的水滴帶出罐體，造成脫后原油含水含鹽超標(biāo)，同時(shí)也造成高壓電場(chǎng)各處的負(fù)荷不平衡，特別是在高導(dǎo)電率的重質(zhì)劣質(zhì)原油加工過(guò)程中尤為重要。

電脫鹽罐內(nèi)原油進(jìn)料方式通常有三種形式，分別為水相進(jìn)料、油相進(jìn)料及側(cè)向進(jìn)料。根據(jù)進(jìn)料形式將進(jìn)料分配器分為水相進(jìn)料分配器、油相進(jìn)料分配器和側(cè)向進(jìn)料分配器。

首先，在電脫鹽罐內(nèi)原油流量通過(guò)管式分配系統(tǒng)分配的原則是：

（1）分配油流從分配孔流出的速度不宜過(guò)大，以克造成對(duì)罐內(nèi)油相的過(guò)度沖擊。

（2）分配油流從分配孔流出的速度不宜過(guò)小，應(yīng)保持油流有一定的噴出距離，使其在分配面上能達(dá)到均勻的流量分配。

進(jìn)油分布器沿管道開(kāi)設(shè)很多泄油孔，沿程從側(cè)壁泄流，單位長(zhǎng)度上的泄流量相等，使電脫鹽脫水罐內(nèi)油流分布均勻，有效利用電場(chǎng)，由于沿著油流方向存在能量損耗，不同位置等孔徑孔口流量不同[1]。

本文將主要根據(jù)水力計(jì)算方法[2-4]討論進(jìn)油分布器開(kāi)孔，幵舉例計(jì)算電脫鹽進(jìn)油分配器開(kāi)孔方法。

1 小孔流速與水頭關(guān)系

單位重量的水或其他液體在流動(dòng)過(guò)程中因兊服水流阻力作功而損失的機(jī)械能，即水頭損失hw，具有長(zhǎng)度因次。水頭損失可分為沿程水頭損失hf及局部水頭損失hj兩類(lèi)。恒定均勻管流沿程水頭損失達(dá)西－魏斯巴赫計(jì)算公式：

由于沿著管程方向存在水頭損失，等孔徑開(kāi)孔的管道中順?biāo)鞣较蚩卓诔隽鞯牧魉俸统隽鞯牧髁渴遣粩鄿p少的，孔口流速和流量計(jì)算公式分別為：

式中：φ —孔口的流速系數(shù)；

μ—孔口的流量系數(shù)；

A —孔口的面積。

因此，為了使電脫鹽脫水罐體內(nèi)油流分布均勻，應(yīng)適當(dāng)增加后面孔口面積，使進(jìn)油分配管的各個(gè)孔眼的出油量趨于相等。

2 管道輸油的沿程水頭損失

長(zhǎng)度為L(zhǎng)的進(jìn)油分配管設(shè)計(jì)流量為Q，等間距開(kāi)孔個(gè)數(shù)為n，均勻泄流量為Q/n，設(shè)第i 個(gè)孔口的流速為υi，第i +1個(gè)孔口到第i個(gè)孔口間管道的沿程水頭損失為hi，進(jìn)油分配管穿孔見(jiàn)圖1。

圖1 進(jìn)油分配管水力簡(jiǎn)圖Fig.1 Hydraulic Illustration of Perforated Pipe

進(jìn)油分配管內(nèi)油流速度比較大且恒定流量，可視其在紊流粗糙區(qū)相鄰兩孔口間管道內(nèi)流量不變，第i個(gè)孔口到第i +1個(gè)孔口間管道的沿程水頭損失為：

式中：α —管道比阻。

所以，管道輸油的總沿程水頭損失 hf為：

3 局部水頭損失

原油在進(jìn)油分配管內(nèi)通過(guò)小孔不斷分流，這些局部地方流動(dòng)發(fā)生了分離，產(chǎn)生漩渦，漩渦的產(chǎn)生需要消耗機(jī)械能，這種損失只能發(fā)生在邊界急劇改變前后的一段局部流程范圍內(nèi)，形成局部水頭損失，由于泄油孔間較密，可以近似認(rèn)為液流沿程以流量q=Qp/L均勻泄出（Qp為泄出總量）。

進(jìn)油分配器一部分管段見(jiàn)圖2，距起點(diǎn)O為X處的M點(diǎn)處分配管內(nèi)通過(guò)流量將是：

水頭總的損失：

圖2 進(jìn)油分配器管段Fig.2 Oil pipe section

當(dāng) QT=0時(shí)，管道總水頭損失為，與上面所求的hf之差即為管道孔口處的局部損失之和，即：

由公式（8）可以看出，當(dāng)n值較大即開(kāi)孔數(shù)n較多時(shí)，局部水頭損失很小，沿程水頭損失是主要影響因素。

在實(shí)際施工中可以采用分段開(kāi)孔法，即在孔口間距相等的基礎(chǔ)上，將單元分配管一半分為三段（每段一般不超過(guò)8 m），管道分成了相等的3個(gè)管段(如圖3所示)，每個(gè)管段上的孔口大小相同。

圖3 沿程均勻泄流管路計(jì)算示意圖Fig.3 Illustration of Calculating Evenly Along the Discharge Pipe

下面具體的計(jì)算方法。如圖3所示，管長(zhǎng)L為3.5米，流量為Q，則x處的流量為：

若順油流方向兩點(diǎn)足夠近時(shí)，即視為x到x+d x管段內(nèi)的流量沒(méi)有變化，則此管段內(nèi)的水頭損失為：

分配管均分，每段管長(zhǎng)為L(zhǎng) /3，則每段的水頭損失為：

進(jìn)油分配管相鄰兩孔a和b，由于出油量可視為不變，孔a和孔b之間管段上的水頭損失即為Ha與Hb之差。

由式（2）可得出

由式可依次求出υ3和υ2值，

利用 A=Q/υ可分別求出每段管道上的孔口面積A1、A2和A3

遠(yuǎn)端至近端孔徑依次為Ф22、Ф20、Ф18，開(kāi)孔個(gè)數(shù)為：

經(jīng)圓整后遠(yuǎn)端至近端孔徑依次為Ф22、Ф20、 Ф18開(kāi)孔個(gè)數(shù)分別為6個(gè)，圓整后進(jìn)油分配管總的開(kāi)孔面積：

4 結(jié)束語(yǔ)

（1）原油電脫鹽脫水進(jìn)油分配管在沿水平方向兩側(cè)分別開(kāi)設(shè)若干小孔，孔口直徑依次增大，原油從這些小孔中均勻流出，進(jìn)入電脫鹽罐內(nèi)，解決等口徑不同段分配不均的問(wèn)題，同時(shí)解決了等孔徑流速高而引起的耗能問(wèn)題。

（2）小孔出口油流速度的設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)罐體直徑大小，視分布管在罐體內(nèi)距罐內(nèi)壁水平方向的距離或兩排分布管之間的距離確定。若從分布管中流出的油流速度太快，原油經(jīng)過(guò)分布管流出后，就可能直接沖刷到罐體內(nèi)壁，引起罐內(nèi)油水界面的攪動(dòng)，在罐內(nèi)形成反混。若油流速度太慢，原油就不能到達(dá)整個(gè)罐體的最大水平截面，引起油流短路，不能充分利用罐體的有效空間。

（3）將電脫鹽脫水進(jìn)油分配管分成不相等的幾段，且順油流方向依次增加管段的長(zhǎng)度，簡(jiǎn)化了開(kāi)孔計(jì)算，降低了施工難度。取消了倒槽式分配器，降低了成本。

［1］劉鶴年．流體力學(xué)［M］．北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2004.

［2］楊海濤，完顏華，王志芳，李海鵬. 穿孔配水管異孔徑開(kāi)孔方法的探討[J]. 環(huán)境工程, 2008, 26(5): 65-67.

［3］唐朝春，孫亮，馮巍，楊衛(wèi)權(quán). 多孔配水管孔口出流量變化實(shí)驗(yàn)研究[J]. 南方?jīng)r金學(xué)院學(xué)報(bào)，2004, 25（2）：54-56.

［4］陳水，張祥中，史華. 變孔徑配水多孔管的設(shè)計(jì)[J]. 給水排水，2002, 28（10）：23-25.

Design of Oil inlet Pipe Distributor for the Electric Desalting Equipments Based on the Uniform Outflow

WANG Ji-gang，DING Xiao-ping，LI Hong
（Jiangsu Santacc Co., Ltd., Jiangsu Zhenjiang 212200, China）

For the openings of oil distribution pipe in the electric desalting equipments, there are problems of uneven distribution of the oil flow and high energy consumption. Based on the uniform distribution of oil flow, we proposed perforating the distribution pipe with different aperture openings and analyzed the feasibility of this method. Combined with engineering example, we proposed the calculation method of perforating different caliber pipe segments with equidistant openings.

Distribution pipe; Hydraulic calculation; Segment openings

TE 624

A

1671-0460（2014）10-2036-03

2014-07-30

王紀(jì)剛(1961-)，男，工程師，畢業(yè)于江蘇廣播電視大學(xué)，機(jī)械專(zhuān)業(yè)，現(xiàn)從事原油預(yù)處理設(shè)計(jì)和技術(shù)服務(wù)。電話：0511-88227896，E-mail：zjyzwjg@sina.com。