長輸成品油管道混油形成的途徑、控制措施及回?fù)?/h1>
2018-02-25 08:48:58蔡立
石油庫與加油站 2018年6期
蔡 立
〔中國石化銷售有限公司華中分公司 湖北武漢 430000〕
成品油生產(chǎn)銷售企業(yè)采用管道順序輸送技術(shù)，控制和減少混油量，做好混油管控工作對管輸企業(yè)具有重要意義。研究混油產(chǎn)生的途徑，建立符合管道特性的混油控制方法和回?fù)侥Ｐ?，對提升管道輸送企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益能產(chǎn)生重要作用[1]。
1 長輸成品油管道中混油產(chǎn)生的途徑：
1.1 初始混油
由于首站在油品發(fā)油切換過程中，在閥門行程時間內(nèi)，兩種油品不可避免地會同時進(jìn)入管道或在管道內(nèi)接觸，很容易在管道首段形成初始混油。初始混油量決定于切換油罐的速度，首站泵吸入管線的布置和首站外輸?shù)乃矔r量。通過經(jīng)驗總結(jié)，在管道首站產(chǎn)生的初始混油,對短距離管道影響很大,采取措施減少初始混油量對短距離管道有效,但對減少長距離管道的終點混油效果較小。
1.2 流速壓力變化形成的混油
流量調(diào)節(jié)、管道變徑、閥門動作、經(jīng)過泵站等也會引起輸送油品流速壓力的變化新增混油。例如在管道變徑的地方在流量一定的情況下，會導(dǎo)致流速在不同橫截面產(chǎn)生不同的流速。如果管道擴徑則混油的流速降低，縮徑則反之。經(jīng)驗得知密閉輸送泵機組串聯(lián)運行時，一個泵站增加的混油量約為10～15km沿程直管段增加的混油量。
1.3 油品粘度差形成的混油
黏度差對混油量的影響與順序輸送油品次序相關(guān)。高黏油品在管壁處的層流邊層較厚，后行的低黏油品很難在湍流混合強度低的近壁處“沖刷”掉高黏油品所留下的層流邊層，于是在柴油前行、汽油后行時，會形成較長的柴油濃度低的混油尾。反之，柴油頂汽油時則汽油油尾較容易沖刷干凈，混油量也小于前者。據(jù)統(tǒng)計，黏度小的油品后行時形成的混油量較黏度大的油品后行時多10%～15%
1.4 停輸時產(chǎn)生的混油
當(dāng)管道處于停輸狀態(tài)時，由于管道存在海拔落差，在重力作用下，相鄰油品由于位能差異會導(dǎo)致混油量的增加。油流不僅能夠克服阻力自流到終點，還有多余勢能，如不采取措施強制保壓，管道就會形成不滿流狀態(tài)，在重力下，高位能油品沿斜坡向下的流展性會增加混油量。
2 控制混油量的主要措施
2.1 合理安排油品輸送順序
順序輸送過程中，不同油品前后順序的排列原則，是把性質(zhì)相近的油品安排在相鄰輸送，且一種油品一個批次的輸送總量盡量大，這樣可以保證最少的混油頭在管道內(nèi)運行，達(dá)到減少混油量的目的。例如湖南長—郴成品油管道輸送的排列順序為：0號車柴→92號汽油→95號汽油→92號汽油→0號車柴，且湘潭—婁底分支根據(jù)末站市場特點，輸送一次柴油后間隔2～3個批次再進(jìn)行一次混輸作業(yè)，在滿足市場需求同時，最大程度地減少了混輸產(chǎn)生的混油量。
2.2 合理切割混油的方式
(1)對于汽、柴油不同種類油品的混油頭進(jìn)行切割時，可將全部混油切割為三段，按照組分差異進(jìn)入兩種油品的混油罐內(nèi)然后進(jìn)行處置。
(2)對于不同標(biāo)號的同種油品(例如92號和95號汽油)進(jìn)行油品切割時，可將全部混油切割為兩段，分別進(jìn)入前、后行純油罐。切割時若不考慮經(jīng)濟(jì)因素，可將混油頭盡量往標(biāo)號較低的油品中切割；反之，則可往價格較高的高標(biāo)號油品中多進(jìn)一些混油。無論采用哪種切割方案，都必須以油品質(zhì)量合格為前提。
2.3 優(yōu)化輸送過程
由于在層流狀態(tài)時， 汽、柴油在管內(nèi)接觸所形成的混油量比紊流時大得多，雷諾數(shù)在2 300～8 000范圍內(nèi)，流態(tài)由層流轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪?，流態(tài)不穩(wěn)定，且管道截面上液體質(zhì)點的局部流速差異較大，因此順序輸送一般應(yīng)控制在紊流狀態(tài)下運行，并盡量保持水力工況的穩(wěn)定性。
2.4 優(yōu)化輸油站場的工藝流程
改進(jìn)輸油庫站、中間站和末站的工藝流程，提升站場流程切換的效率，提高儀表設(shè)備的可靠性，減少非計劃停輸機率，簡化管件設(shè)備配置等方式都可以減少初始混油量和沿程混油量。
2.5 提高管道操作人員技能
每個混油界面的切割點并不是統(tǒng)一規(guī)定，應(yīng)隨前、后行油品質(zhì)量潛力的不同而區(qū)別對待。例如后行油品質(zhì)量潛力較大，則可在保證后行油品質(zhì)量的前提下，將適量多的后行混油切入后行純油，充分利用純油的質(zhì)量潛力，達(dá)到減少混油量的目的。又如由于汽、柴油隨著油流距離的增加，其終餾點或閃點指標(biāo)都會不同程度的衰減，其程度與管線特性和油流距離有關(guān)，按照這個規(guī)律，通過調(diào)整混油切割時下載和過站流量比例，合理分配各中間站下載的混油量，如純油到達(dá)上游站場的指標(biāo)較好，根據(jù)下載計劃量，合理分配上游站場混油下載量，使上游站場充分利用質(zhì)量潛力在計劃量范圍內(nèi)最大程度的消化混油，減少下游站場和末站的混油壓力。這些都對管道操作人員的技能素質(zhì)提出了更高的要求。
3 混油回?fù)搅坑嬎慵皩嵗?/h2>
成品油順序輸送產(chǎn)生混油的處理方式通常采用回?fù)椒╗2]?；煊突?fù)骄褪抢眉冇唾|(zhì)量潛力將部分混油均勻回?fù)降叫再|(zhì)相近的純油中。但是在混油回?fù)竭^程中回?fù)嚼碚撚嬎阒蹬c回?fù)綄嶋H值之間還有一定的距離，因此在混油回?fù)匠跗趹?yīng)加強回?fù)胶笥推分懈飨嚓P(guān)質(zhì)量指標(biāo)的化驗分析，根據(jù)實際化驗值動態(tài)調(diào)整回?fù)搅浚?/p>
3.1 汽、柴油回?fù)搅坑嬎?/h3>
通過對柴油閃點、凝點、冷濾點、溜程、硫含量等指標(biāo)進(jìn)行檢測分析得出以下結(jié)論。表1為汽油摻入柴油中對柴油各指標(biāo)無影響的比例。
表1 汽油摻入柴油對柴油各指標(biāo)無影響的比例
由表1得知，汽油對柴油指標(biāo)影響最敏感的是閃點，通過經(jīng)驗公式(1)計算汽油摻入柴油中的允許濃度[3]：
(1)
其中：KQ——汽油摻入柴油中的允許體積濃度，%；
tη——具有一定質(zhì)量潛力的柴油的實際閃點，℃；
[tη]——規(guī)定的柴油的允許閃點，℃。
柴油對汽油影響最為敏感的指標(biāo)是汽油蒸發(fā)95%的溫度和終餾點[4]。汽油中摻入柴油的允許濃度受汽油終餾點影響，可按經(jīng)驗公式(2)計算[3]：
(2)
其中：Kc——柴油摻入汽油中允許的體積濃度，%；
[tλ]——汽油允許的終餾點，℃；
tλ——具有一定質(zhì)量潛力的汽油實際的終餾點，℃。
用以上兩個公式可計算出汽、柴油中允許回?fù)交煊偷睦碚撟畲笾怠３鲇谟推焚|(zhì)量安全的考慮，企業(yè)實際內(nèi)控指標(biāo)均高于國家強制性指標(biāo)。如企業(yè)內(nèi)部可將92號汽油終餾點控制小于等于203℃，0號車用柴油閃點實際控制大于等于63℃，實際回?fù)搅吭侔丛撚嬎阒档?0%以內(nèi)執(zhí)行。
3.2 回?fù)綄嵗?/h3>
以某成品油管道為例，該管道全長734 km，順序輸送92號、95號汽油和0號車用柴油三個品種，共設(shè)有1個首站、6個中間站和3個末站，年輸送汽、柴油約40個批次，年產(chǎn)生混油總量約7 000 m3，混油消化的主要方式為就地回?fù)健?/p>
該管線2018年某批次首站注入92號汽油，終餾點指標(biāo)是200.5℃，該段汽油抵達(dá)C站終餾點化驗值為201℃。根據(jù)當(dāng)時該站下載流量和混油密度計算得知，該工況下最大允許回?fù)搅繎?yīng)為1.055 m3/h，按照經(jīng)驗值系數(shù)80%計算，實際以0.8 m3/h回?fù)胶蠡灲Y(jié)果為203℃，恰好符合汽油終餾點指標(biāo)要求。
3.3 回?fù)街袘?yīng)特別注意的事項
(1)回?fù)街蟮挠推分笜?biāo)一定要及時化驗。根據(jù)化驗結(jié)果動態(tài)調(diào)整回?fù)搅髁?，確?；?fù)街蟮挠推分笜?biāo)合格。
(2)回?fù)角暗拈W點、終餾點、混油密度等參數(shù)一定要及時更新，特別是待摻入的混油，回?fù)角耙皶r測量該油品密度指標(biāo)，因為實際作業(yè)中存在油品密度不均會導(dǎo)致分層現(xiàn)象。
4 結(jié)語
綜上所述，混油產(chǎn)生的途徑盡管非常多，產(chǎn)生的原因較為復(fù)雜，但是管道設(shè)計者和操作人員還是能夠根據(jù)管道實際情況，掌握混油形成規(guī)律，采取相應(yīng)措施最大程度地管控混油總量，并以理論計算值為依據(jù)，根據(jù)管道特性和實際經(jīng)驗，采取回?fù)降姆绞骄偷叵煊?，最大程度地發(fā)揮管道設(shè)計性能和經(jīng)濟(jì)效益。
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1 長輸成品油管道中混油產(chǎn)生的途徑：
1.1 初始混油
由于首站在油品發(fā)油切換過程中，在閥門行程時間內(nèi)，兩種油品不可避免地會同時進(jìn)入管道或在管道內(nèi)接觸，很容易在管道首段形成初始混油。初始混油量決定于切換油罐的速度，首站泵吸入管線的布置和首站外輸?shù)乃矔r量。通過經(jīng)驗總結(jié)，在管道首站產(chǎn)生的初始混油,對短距離管道影響很大,采取措施減少初始混油量對短距離管道有效,但對減少長距離管道的終點混油效果較小。
1.2 流速壓力變化形成的混油
流量調(diào)節(jié)、管道變徑、閥門動作、經(jīng)過泵站等也會引起輸送油品流速壓力的變化新增混油。例如在管道變徑的地方在流量一定的情況下，會導(dǎo)致流速在不同橫截面產(chǎn)生不同的流速。如果管道擴徑則混油的流速降低，縮徑則反之。經(jīng)驗得知密閉輸送泵機組串聯(lián)運行時，一個泵站增加的混油量約為10～15km沿程直管段增加的混油量。
1.3 油品粘度差形成的混油
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1.4 停輸時產(chǎn)生的混油
當(dāng)管道處于停輸狀態(tài)時，由于管道存在海拔落差，在重力作用下，相鄰油品由于位能差異會導(dǎo)致混油量的增加。油流不僅能夠克服阻力自流到終點，還有多余勢能，如不采取措施強制保壓，管道就會形成不滿流狀態(tài)，在重力下，高位能油品沿斜坡向下的流展性會增加混油量。
2 控制混油量的主要措施
2.1 合理安排油品輸送順序
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(2)對于不同標(biāo)號的同種油品(例如92號和95號汽油)進(jìn)行油品切割時，可將全部混油切割為兩段，分別進(jìn)入前、后行純油罐。切割時若不考慮經(jīng)濟(jì)因素，可將混油頭盡量往標(biāo)號較低的油品中切割；反之，則可往價格較高的高標(biāo)號油品中多進(jìn)一些混油。無論采用哪種切割方案，都必須以油品質(zhì)量合格為前提。
2.3 優(yōu)化輸送過程
由于在層流狀態(tài)時， 汽、柴油在管內(nèi)接觸所形成的混油量比紊流時大得多，雷諾數(shù)在2 300～8 000范圍內(nèi)，流態(tài)由層流轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪?，流態(tài)不穩(wěn)定，且管道截面上液體質(zhì)點的局部流速差異較大，因此順序輸送一般應(yīng)控制在紊流狀態(tài)下運行，并盡量保持水力工況的穩(wěn)定性。
2.4 優(yōu)化輸油站場的工藝流程
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2.5 提高管道操作人員技能
每個混油界面的切割點并不是統(tǒng)一規(guī)定，應(yīng)隨前、后行油品質(zhì)量潛力的不同而區(qū)別對待。例如后行油品質(zhì)量潛力較大，則可在保證后行油品質(zhì)量的前提下，將適量多的后行混油切入后行純油，充分利用純油的質(zhì)量潛力，達(dá)到減少混油量的目的。又如由于汽、柴油隨著油流距離的增加，其終餾點或閃點指標(biāo)都會不同程度的衰減，其程度與管線特性和油流距離有關(guān)，按照這個規(guī)律，通過調(diào)整混油切割時下載和過站流量比例，合理分配各中間站下載的混油量，如純油到達(dá)上游站場的指標(biāo)較好，根據(jù)下載計劃量，合理分配上游站場混油下載量，使上游站場充分利用質(zhì)量潛力在計劃量范圍內(nèi)最大程度的消化混油，減少下游站場和末站的混油壓力。這些都對管道操作人員的技能素質(zhì)提出了更高的要求。
3 混油回?fù)搅坑嬎慵皩嵗?/h2>
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3.1 汽、柴油回?fù)搅坑嬎?/h3>
通過對柴油閃點、凝點、冷濾點、溜程、硫含量等指標(biāo)進(jìn)行檢測分析得出以下結(jié)論。表1為汽油摻入柴油中對柴油各指標(biāo)無影響的比例。
表1 汽油摻入柴油對柴油各指標(biāo)無影響的比例
由表1得知，汽油對柴油指標(biāo)影響最敏感的是閃點，通過經(jīng)驗公式(1)計算汽油摻入柴油中的允許濃度[3]：
(1)
其中：KQ——汽油摻入柴油中的允許體積濃度，%；
tη——具有一定質(zhì)量潛力的柴油的實際閃點，℃；
[tη]——規(guī)定的柴油的允許閃點，℃。
柴油對汽油影響最為敏感的指標(biāo)是汽油蒸發(fā)95%的溫度和終餾點[4]。汽油中摻入柴油的允許濃度受汽油終餾點影響，可按經(jīng)驗公式(2)計算[3]：
(2)
其中：Kc——柴油摻入汽油中允許的體積濃度，%；
[tλ]——汽油允許的終餾點，℃；
tλ——具有一定質(zhì)量潛力的汽油實際的終餾點，℃。
用以上兩個公式可計算出汽、柴油中允許回?fù)交煊偷睦碚撟畲笾怠３鲇谟推焚|(zhì)量安全的考慮，企業(yè)實際內(nèi)控指標(biāo)均高于國家強制性指標(biāo)。如企業(yè)內(nèi)部可將92號汽油終餾點控制小于等于203℃，0號車用柴油閃點實際控制大于等于63℃，實際回?fù)搅吭侔丛撚嬎阒档?0%以內(nèi)執(zhí)行。
3.2 回?fù)綄嵗?/h3>
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該管線2018年某批次首站注入92號汽油，終餾點指標(biāo)是200.5℃，該段汽油抵達(dá)C站終餾點化驗值為201℃。根據(jù)當(dāng)時該站下載流量和混油密度計算得知，該工況下最大允許回?fù)搅繎?yīng)為1.055 m3/h，按照經(jīng)驗值系數(shù)80%計算，實際以0.8 m3/h回?fù)胶蠡灲Y(jié)果為203℃，恰好符合汽油終餾點指標(biāo)要求。
3.3 回?fù)街袘?yīng)特別注意的事項
(1)回?fù)街蟮挠推分笜?biāo)一定要及時化驗。根據(jù)化驗結(jié)果動態(tài)調(diào)整回?fù)搅髁?，確?；?fù)街蟮挠推分笜?biāo)合格。
(2)回?fù)角暗拈W點、終餾點、混油密度等參數(shù)一定要及時更新，特別是待摻入的混油，回?fù)角耙皶r測量該油品密度指標(biāo)，因為實際作業(yè)中存在油品密度不均會導(dǎo)致分層現(xiàn)象。
4 結(jié)語
綜上所述，混油產(chǎn)生的途徑盡管非常多，產(chǎn)生的原因較為復(fù)雜，但是管道設(shè)計者和操作人員還是能夠根據(jù)管道實際情況，掌握混油形成規(guī)律，采取相應(yīng)措施最大程度地管控混油總量，并以理論計算值為依據(jù)，根據(jù)管道特性和實際經(jīng)驗，采取回?fù)降姆绞骄偷叵煊?，最大程度地發(fā)揮管道設(shè)計性能和經(jīng)濟(jì)效益。
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