U型管內(nèi)成品油順序輸送混油濃度三維數(shù)值計(jì)算

王 爽，王 岳

U型管內(nèi)成品油順序輸送混油濃度三維數(shù)值計(jì)算

王 爽，王 岳

（遼寧石油化工大學(xué) 石油天然氣工程學(xué)院, 遼寧 撫順 113001）

針對成品油流經(jīng)U型管道時(shí)彎管附近混油量問題。分別對U彎管開口向上和向下的情況進(jìn)行分析，通過多相流模型和混油控制方程對所研究的問題進(jìn)行三維數(shù)值計(jì)算，研究了0#柴油和90#汽油不同順序輸送時(shí)彎管處水力瞬變對混油量的影響。得出結(jié)論：U型彎管開口向上時(shí)，后輸送柴油比先輸送柴油混油段短，且管道中所選截面混油的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較??；U型彎管開口向下時(shí)，后輸送汽油比先輸送汽油混油段長，且管道中所選截面的混油量質(zhì)量分?jǐn)?shù)較小。所以在彎管處進(jìn)行成品油順序輸送時(shí)后輸送柴油先輸送汽油會減少混油量。

成品油；順序輸送；混油量；數(shù)值計(jì)算；水力瞬變

順序輸送就是在同一管道內(nèi)按一定順序不間斷的輸送幾種油品，以達(dá)到管道的最大使用價(jià)值。但這其中必然存在油品的摻混問題，使輸送成本大大提高，如何減少混油量就成為研究的關(guān)鍵。迄今為止，各國學(xué)者對混油量的計(jì)算做了大量研究工作，并給出了諸多混油量的計(jì)算方法[1-3]，其中大部分都是由擴(kuò)散理論推導(dǎo)出來[4]，再經(jīng)實(shí)驗(yàn)修正或由實(shí)測數(shù)據(jù)歸納而得出的經(jīng)驗(yàn)公式。由于影響混油的因素較多，混油界面在管道內(nèi)的運(yùn)動又非常復(fù)雜，目前，還不能完全得出與實(shí)際相符的混油計(jì)算公式[5-8]。因此，數(shù)值模擬計(jì)算就顯得尤為重要，數(shù)值模擬是求解復(fù)雜流動換熱問題的有效方法，對于復(fù)雜的混油問題更為有效。

通過對混油理論的深入研究和現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)對比分析，從多相流模型出發(fā)，建立順序輸送混油控制方程，研究了不同的輸送順序，以及通過彎管時(shí)水力瞬變對混油濃度的影響?？蔀檫M(jìn)一步研究冷熱原油順序輸送提供一定的理論基礎(chǔ)。

1 相關(guān)模型的建立

1.1 物理模型

把0#柴油和90#汽油兩種油品作為順序輸送的研究對象，倆種油品的基本性質(zhì)如表1。

本文針對成品油順序流經(jīng)向上U型管開口向上和向下兩種情況進(jìn)行三維數(shù)值計(jì)算，其幾何圖形以U型開口向上為例，如圖1，輸送方向?yàn)橛勺蟮接摇?/p>

1.2 數(shù)學(xué)模型

順序輸送控制方程

成品油交替輸送時(shí)在交界面處油品會發(fā)生不規(guī)則的脈動，屬于湍流流動。當(dāng)油品流經(jīng)彎管時(shí)不同密度的油品其重力不同所以在動量方程中要考慮重力對混油的影響。其相關(guān)方如下：

連續(xù)性方程：

其中：αq為q相流體在單元體積中的體積分?jǐn)?shù)，mpq為p相到q相的質(zhì)量變，mqp為q相到p相的質(zhì)量變化。

湍動能的k方程：

中山市地處珠江三角洲，長期以來通信業(yè)務(wù)得到了持續(xù)發(fā)展。隨著中國移動、中國電信、中國聯(lián)通三大運(yùn)營商的4G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，艱巨的建設(shè)任務(wù)及新網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)需要大量的信息類人才。特別是通信工程建設(shè)、通信網(wǎng)絡(luò)維護(hù)、移動網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化、通信概預(yù)算、通信監(jiān)理、通信營銷和信息化服務(wù)方面的人才的需求還將得到進(jìn)一步提升。

2 數(shù)值計(jì)算及結(jié)果分析

2.1 U型彎管開口向上的情況

圖2以相同的運(yùn)行速度先輸送汽油一段時(shí)間后再輸送柴油一段時(shí)間之后彎管處的混油量云圖三維顯示。圖3以相同的運(yùn)行速度先輸送柴油一段時(shí)間后再輸送汽油一段時(shí)間之后彎管處的混油量云圖三維顯示。對比圖2和圖3可以看出：前行汽油后行柴油時(shí)，柴油楔入到汽油中的量與圖2中的輸送情況相比要少很多，而先輸送汽油后輸送柴油與此的得到的結(jié)果恰好相反。分析其原因可能為柴油的密度和粘度相對柴油來說會比柴油大很多。

圖4為與圖2中輸送情況相對應(yīng)的所選各個(gè)界面處的柴油平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)，圖5為與圖3中輸送情況相對應(yīng)的所選各個(gè)界面處的汽油平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)。從圖4中可看出，所選各截面濃度變化較為平緩，而圖5中變化相對圖4數(shù)據(jù)波動更為明顯，且在x方向接近9.4 m處，圖4中柴油的截面的濃度小于5e-05,圖5中汽油的截面的濃度大于5e-05，由此可以看出后行汽油時(shí)的混油量較大。

2.2 U型彎管開口向下的情況

圖6以相同的運(yùn)行速度先輸送汽油一段時(shí)間后再輸送柴油一段時(shí)間之后彎管處的混油量云圖三維顯示。圖7以相同的運(yùn)行速度先輸送柴油一段時(shí)間后再輸送汽油一段時(shí)間之后彎管處的混油量云圖三維顯示。對比圖6和圖7可以看出：當(dāng)U型彎管開口向下時(shí)，流體沿管道向下流動，圖6與圖7相比油尾相對較短，后行柴油時(shí)混油界面短而且較為集中，分析其原因可能為柴油的粘度高，在經(jīng)過彎管時(shí)的壓力和速度變化的都不是很明顯，而汽油的粘度小，所以變化較明顯。

圖8 為與圖6中輸送情況相對應(yīng)的所選各個(gè)界面處的柴油平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)，圖9為與圖7中輸送情況相對應(yīng)的所選各個(gè)界面處的汽油平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)。從圖8中可以看出柴油的所選各截面的濃度變化相對較慢。而圖9后行汽油的各界面的平均濃度變化與圖8中的輸送情況相比更為均勻，且后行柴油的情況出現(xiàn)了平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0的情況。后行汽油的濃度要遠(yuǎn)大于柴油濃度，這說明柴油的濃度受彎管的水力瞬變影響較小，汽油所受的影響較大，且出現(xiàn)后行柴油的濃度要大于后行汽油的濃度的情況，這說明后行柴油時(shí)混合界面比較集中。

3 結(jié)論及建議

建議對于成品油管道的順序輸送輸送且彎管個(gè)數(shù)較多時(shí)，采取前輸送汽油，后輸送柴油的輸送方式。

［1］杜明俊，馬貴陽，許丹，等.冷熱原油順序輸送過程混油濃度的數(shù)值模擬[J]油氣儲運(yùn)，2010，29（10）:730-733.

［2］李濤，楊廣志，宮圓圓，等.成品油順序輸送混油段的數(shù)值模擬[J]青島科技大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2013,34:69-73.

［3］趙會軍，張青松，張國忠，等.停輸對順序輸送管道混油影響的PHOENTCS模擬[J].西南石油大學(xué)學(xué)報(bào),2007,29(4):149-157.

［4］趙會軍．成品油管道順序輸送特性研究[D]．東營:中國石油大學(xué)儲運(yùn)與建筑工程學(xué)院，2008:17-20.

［5］梁永圖.成品油管道順序輸送運(yùn)行優(yōu)化研究:學(xué)位論文[D].北京：石油大學(xué),2001:18-22.

［6］趙會軍，張青松，趙書華，等.數(shù)值管道兩種油品順序輸送傳質(zhì)數(shù)值研究[J].油氣儲運(yùn),2007,26（11）:26-29

［7］谷俊標(biāo)：順序輸送管道不同工況下混油量的計(jì)算[J]，油氣田地面工程 ，2005，24(3):75-80.

［8］楊筱蘅．輸油管道設(shè)計(jì)與管理[M]．東營：中國石油大學(xué)出版社，2006：120-303．

Three-dimensional Numerical Computation of Blending Concentration in U-Tube During Batch Transportation of Refined Oil Products

WANG Shuang，WANG Yue
（College of Petroleum Engineering, Liaoning Shihua University, Liaoning Fushun 113001, China）

The problems of contaminated volume in elbow near U- pipeline under U-tube upward or downward opening were researched. Three-dimensional numerical calculation was carried out by multiphase flow model and contamination control equations，effect of hydraulic transient at the elbow on contaminated volume during batch transportation of 0#diesel and gasoline 90#with different sequence was investigated. The results show that, when the U-Tube opening up, contaminated oil segment while transporting diesel later is shorter than that while transporting diesel first, and mass fraction of contaminated oil at selected pipeline section is less; when U-Tube opening downward, contaminated oil segment while transporting gasoline later is longer than that while transporting gasoline first, and mass fraction of contaminated oil at selected pipeline section is less，so the sequence of batch transportation should be to transport gasoline first and then transport diesel.

Refined oil product; Batch transportation; Contaminated volume; Numerical simulation; Hydraulic transient

TE 832

： A

： 1671-0460（2015）05-1079-03

2014-12-01

王爽（1989-），遼寧撫順人，遼寧石油化工大學(xué)在讀碩士，從事成品油順序輸送的研究。郵箱1563240118@qq.com。