管輸航煤固體顆粒物污染發(fā)展規(guī)律研究

李強(qiáng)，邱姝娟，伍奕，歐陽(yáng)波，李維嘉，劉鵬，宮敬，王雨墨*

1 國(guó)家管網(wǎng)西部管道公司，烏魯木齊 830011

2 中國(guó)石油大學(xué)(北京)油氣管道輸送安全國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室/石油工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/城市油氣輸配技術(shù)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/石油燃料商品聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，北京 102249

0 引言

航空煤油作為飛機(jī)的燃料，對(duì)其潔凈度有很高的要求。飛機(jī)的燃油控制系統(tǒng)十分精密[1]，固體顆粒一旦進(jìn)入飛機(jī)油箱，不僅會(huì)堵塞飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的過(guò)濾器和噴油口，還會(huì)導(dǎo)致關(guān)鍵部件磨損[2]。因此，航空煤油中混入的固體顆粒物會(huì)對(duì)飛機(jī)飛行安全造成很大威脅。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB6537-2018[3]對(duì)航空煤油的潔凈性進(jìn)行了嚴(yán)格的規(guī)定，其中固體顆粒污染物含量不能超過(guò)1.0 mg/L。在管道輸送過(guò)程中，由于航空煤油屬于“洗油”，易將雜質(zhì)從管壁上沖刷下來(lái)，輸送航空煤油管道如果清管不及時(shí)，容易發(fā)生污染事故[4-5]。例如2000年11月，鎮(zhèn)杭成品油管道在輸送航煤過(guò)程中，由于管道內(nèi)存在淤泥、砂石等固體雜質(zhì)，導(dǎo)致油庫(kù)接收的航煤銀片腐蝕不合格[6]。航空煤油在管輸過(guò)程中固體顆粒物的來(lái)源主要包括：施工時(shí)未清理徹底的雜質(zhì)[7]，老舊管道內(nèi)壁的銹蝕[8]，管道低凹處積累的泥沙等。同時(shí)，固體雜質(zhì)可能堵塞過(guò)濾器、輸油泵等關(guān)鍵設(shè)備，縮短了設(shè)備的壽命，提高了運(yùn)輸成本[9-10]。設(shè)備堵塞后，管道必須緊急停輸，頻繁的停輸將導(dǎo)致油品不能按時(shí)到達(dá)分輸點(diǎn)，下游市場(chǎng)不能及時(shí)交付，影響輸油批次計(jì)劃的完成[11-13]。此外，固體顆粒被高速度高壓力的油流攜帶，流經(jīng)彎管及閥門時(shí)容易發(fā)生沖蝕，可能造成管道壁面損害[14]。因此，從質(zhì)量保障、輸送連續(xù)性、管道安全角度來(lái)說(shuō)，在管道輸送過(guò)程中需要對(duì)航空煤油的固體顆粒物含量加以控制，并通過(guò)適當(dāng)清管清理管道內(nèi)的雜質(zhì)。

目前，針對(duì)航煤在儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程中的質(zhì)量問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外學(xué)者主要針對(duì)航煤中微生物的生長(zhǎng)進(jìn)行了大量研究，結(jié)論普遍顯示停輸時(shí)管道中的水分將導(dǎo)致微生物生長(zhǎng)，而微生物生長(zhǎng)繁殖會(huì)產(chǎn)生含硫物質(zhì)和表面活性物質(zhì)，導(dǎo)致航煤銀片腐蝕、水分離指數(shù)等指標(biāo)不合格[15-21]。但之前國(guó)內(nèi)外公開發(fā)表的研究中，多集中于分析航煤在儲(chǔ)罐中或飛機(jī)油箱中靜置時(shí)固體顆粒物發(fā)展及微生物生長(zhǎng)情況，針對(duì)長(zhǎng)輸管道航煤質(zhì)量變化的研究不多。且由于條件的限制，多采用實(shí)驗(yàn)室中的掛片浸泡實(shí)驗(yàn)方法，所得結(jié)論相對(duì)間接，忽略了管網(wǎng)結(jié)構(gòu)、輸送歷史對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。

2013年5月，西部某油庫(kù)在收油化驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)某批次航煤固體顆粒物含量超標(biāo)。但由煉廠出具的化驗(yàn)單知，航煤在進(jìn)入管道前固體顆粒物含量并未超標(biāo)，推測(cè)是在管道輸送過(guò)程中混入了固體雜質(zhì)。從煉廠到油庫(kù)的輸送管線走向呈Y型，穿越沙漠、戈壁，管徑為273 mm，全程沒(méi)有變徑。管線沿程地形起伏較大，其中一條支線為連續(xù)下坡管道，長(zhǎng)度為78 km，另一條支線為上坡管道，長(zhǎng)度95 km。兩條支線連接兩個(gè)煉廠，在泵站匯合后通過(guò)190 km的干線管道輸往末站油庫(kù)。此外，因兩條支線共用一條干線，兩條支線會(huì)不定期停輸，停輸時(shí)航煤在管中靜置。因此對(duì)于末站油庫(kù)來(lái)說(shuō)，不同油源輸送歷史、不同支線干線管段、不同污染物來(lái)源均可能對(duì)航煤的固體顆粒物質(zhì)量指標(biāo)產(chǎn)生影響，采用以外文獻(xiàn)報(bào)道方法難以確定雜質(zhì)污染的來(lái)源管段和發(fā)展規(guī)律。

因此，為了研究生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)人員關(guān)心的固體顆粒污染物隨管道輸送的變化規(guī)律這一問(wèn)題，尤其是根據(jù)管網(wǎng)結(jié)構(gòu)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)方法確定污染物來(lái)源，以對(duì)污染管段進(jìn)行針對(duì)性處理，同時(shí)確定實(shí)際生產(chǎn)管線停輸時(shí)航煤質(zhì)量的變化情況，為確定清管頻率、保障航煤管輸質(zhì)量提供數(shù)據(jù)支撐，本文通過(guò)在線浸泡實(shí)驗(yàn)的方法研究實(shí)際管輸航煤變化情況，選取實(shí)際運(yùn)行的長(zhǎng)輸成品油管道進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，研究航煤在長(zhǎng)輸過(guò)程中固體顆粒物污染的變化規(guī)律，并且直接從停輸管道中取樣監(jiān)測(cè)，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更貼合生產(chǎn)實(shí)際，能夠更好的顯示航煤中固體顆粒物含量的變化發(fā)展情況，對(duì)長(zhǎng)距離管道輸送航煤的質(zhì)量管理具有更好的參考作用。

1 管網(wǎng)基本情況

1.1 煉廠A—油庫(kù)A成品油管道

管道起點(diǎn)位于煉廠A，終點(diǎn)在油庫(kù)A，全長(zhǎng)285 km，管徑為Φ273，管道設(shè)計(jì)工作壓力6.4 MPa，設(shè)計(jì)輸量150 萬(wàn)t/a。目前主要輸送0#柴油、-35#柴油和航煤。

1.2 煉廠B—泵站A成品油管道

管道起點(diǎn)為煉廠B，終點(diǎn)為泵站A，全長(zhǎng)78 km，管徑為Φ273，管道設(shè)計(jì)壓力為6.4 MPa，設(shè)計(jì)輸量100 萬(wàn)t/a。目前主要用于輸送-35#柴油和航煤。

1.3 油源分析

圖1 本文所述管網(wǎng)的基本情況Fig. 1 The basic situation of the pipe network described in this article

為了分析兩個(gè)煉廠的油源情況與各自航煤經(jīng)過(guò)管輸后到達(dá)油庫(kù)時(shí)的質(zhì)量變化情況，對(duì)煉廠A抽取了20 個(gè)出廠檢驗(yàn)單作為樣本，對(duì)煉廠B抽取了29 個(gè)樣本，分別統(tǒng)計(jì)出其固體顆粒物指標(biāo)的分布情況，總結(jié)如下圖(圖2)所示：圖中，縱坐標(biāo)為統(tǒng)計(jì)頻數(shù)，橫坐標(biāo)為固體顆粒物數(shù)值，紅色柱圖為煉廠出廠航煤檢測(cè)單，藍(lán)色柱圖為經(jīng)過(guò)管輸?shù)竭_(dá)油庫(kù)A后的收油檢測(cè)單。從圖中可以看出，煉廠A生產(chǎn)航煤的固體顆粒物含量為0.206±0.0075 mg/L，煉廠B生產(chǎn)航煤的固體顆粒物含量為0.1086±0.0057 mg/L，均符合國(guó)標(biāo)，并且質(zhì)量潛力很大。煉廠A和煉廠B生產(chǎn)的航煤在出廠時(shí)，固體顆粒物分布均比較集中，呈標(biāo)準(zhǔn)差很小的正態(tài)分布趨勢(shì)。經(jīng)過(guò)管輸后，兩種油源的固體顆粒物含量均大幅提高，其中，煉廠A航煤經(jīng)過(guò)輸送，固體顆粒物均值上升了0.322 mg/L，分布有所變寬，但幅度不大。而煉廠B航煤經(jīng)過(guò)輸送，固體顆粒物均值上升了0.220 mg/L，其分布大大變寬，失去了正態(tài)分布特征，且出現(xiàn)了異常增大的極值。

圖2 航煤油品質(zhì)量檢測(cè)單中固體顆粒物指標(biāo)統(tǒng)計(jì)圖Fig. 2 The statistical chart of solid particles in the oil quality inspection list

2 實(shí)驗(yàn)方案與實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1 離線浸泡實(shí)驗(yàn)

為了初步確定煉廠A和煉廠B生產(chǎn)的航煤經(jīng)過(guò)管道輸送到達(dá)油庫(kù)A時(shí)，航煤中攜帶的固體顆粒物數(shù)量及其隨沉降時(shí)間的變化規(guī)律，首先在油庫(kù)A內(nèi)進(jìn)行離線浸泡實(shí)驗(yàn)(實(shí)驗(yàn)a)(圖3)：將一根干凈的管段按指定的埋設(shè)地點(diǎn)、埋設(shè)深度埋入末站附近地下，地面上留出注入點(diǎn)及取樣點(diǎn)，取樣點(diǎn)在管段頂部。當(dāng)某煉廠生產(chǎn)的航煤經(jīng)管輸進(jìn)入末站后，從油罐進(jìn)口閥處取樣，將取出的油樣從注入點(diǎn)注入埋地管段中浸泡，在固定的時(shí)間節(jié)點(diǎn)：12 h、24 h、48 h、96 h，從管段的取樣點(diǎn)取樣，測(cè)量油樣的質(zhì)量指標(biāo)。此外，在油罐進(jìn)口閥處取樣時(shí)，油樣除了注入埋地管段外，另處取一份油樣化驗(yàn)，作為沒(méi)有浸泡的空白油樣。浸泡實(shí)驗(yàn)的結(jié)果如下圖(圖3)所示。圖中，紅色虛線為國(guó)標(biāo)允許的固體顆粒物含量最高值?？梢钥闯觥拸SA航煤的固體顆粒物含量基本不隨時(shí)間變化，浸泡時(shí)沒(méi)有出現(xiàn)超標(biāo)。煉廠B進(jìn)入儲(chǔ)罐的航煤仍存在固體顆粒物超標(biāo)現(xiàn)象，經(jīng)20 h左右的沉降過(guò)程，固體顆粒物快速降低，達(dá)到基本穩(wěn)定，質(zhì)量指標(biāo)合格。

圖3 離線管段浸泡實(shí)驗(yàn)中航煤固體顆粒物隨時(shí)間變化規(guī)律Fig. 3 Variation of aviation kerosene solid particles with time in off-line pipe soaking experiment

2.2 在線浸泡實(shí)驗(yàn)

為了進(jìn)一步分析管輸航煤固體顆粒的變化情況，分析污染管段和污染物來(lái)源，調(diào)度監(jiān)控中心根據(jù)管道管輸批次，設(shè)計(jì)了管線停輸方案及航煤在線浸泡方案，將某段管線停留的航煤進(jìn)行航煤在線浸泡試驗(yàn)。同時(shí)按照浸泡方案確定的取樣化驗(yàn)頻次，進(jìn)行取樣化驗(yàn)分析。取樣時(shí)，油庫(kù)人員及化驗(yàn)人員用航煤專用取樣桶進(jìn)行取樣，取樣點(diǎn)在管道上部。每次取樣后標(biāo)注取樣時(shí)間、取樣地點(diǎn)、取樣人員等相關(guān)信息。雙方共同取樣后由化驗(yàn)人員將油樣送至煉廠進(jìn)行化驗(yàn)分析。取完最后一次樣后，調(diào)度監(jiān)控中心按照管輸計(jì)劃安排進(jìn)行全線啟輸。被浸泡管段內(nèi)的航空煤油進(jìn)入末站時(shí)，經(jīng)罐前過(guò)濾器過(guò)濾后，進(jìn)入油罐，煉廠人員從油罐取樣，對(duì)油樣進(jìn)行全分析化驗(yàn)。

在線浸泡實(shí)驗(yàn)分別在4 個(gè)不同管段中進(jìn)行，采用實(shí)際輸油管道停輸進(jìn)行浸泡，具體的實(shí)驗(yàn)管段、實(shí)驗(yàn)時(shí)間、取樣位置、取樣時(shí)間記錄如下：

實(shí)驗(yàn)b：浸泡管段為煉廠B—閥室A(圖4)，管段長(zhǎng)度8 km，管段容量420 m3。浸泡時(shí)間為2018年9月28 日8:22 至2018年10月2 日20:00，共浸泡航煤108 h。其中9月28 日8:22 至9月30 日20:00 每隔12 h在閥室A取樣，送至煉廠B化驗(yàn)。10月2 日20:00在閥室A取樣后，管線啟輸。10月8 日航煤到達(dá)油庫(kù)A，煉廠人員在油庫(kù)取樣后，進(jìn)行分析化驗(yàn)。

圖4 煉廠B—閥室A段管道在線浸泡實(shí)驗(yàn)中航煤固體顆粒物隨時(shí)間變化規(guī)律Fig. 4 Variation of solid particles of aviation kerosene over time in the online immersion experiment of Section B-Valve room A pipeline of refinery

實(shí)驗(yàn)b的結(jié)果如下圖(圖4)所示：左圖中，紅色虛線表示國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB6537-2018 規(guī)定的固體顆粒物含量上限，黑色虛線為被浸泡的航煤結(jié)束浸泡，管線啟輸后，最終到達(dá)末站油庫(kù)A時(shí)油罐中航煤的固體顆粒物含量。右圖中，縱坐標(biāo)表示各煉廠、泵站、油庫(kù)的高程位置。標(biāo)紅管段表示進(jìn)行浸泡實(shí)驗(yàn)的管段，藍(lán)色三角形標(biāo)記點(diǎn)表示取樣測(cè)試的位置(對(duì)應(yīng)左圖紅色點(diǎn)的取樣位置)。

可以看出，在閥室A取樣的煉廠B航煤，經(jīng)煉廠B—閥室A段管道浸泡時(shí)，其固體顆粒物在實(shí)驗(yàn)開始時(shí)很高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)國(guó)標(biāo)要求，隨著浸泡時(shí)間增加，固體顆粒物含量逐漸降低。當(dāng)浸泡超過(guò)60 h以上時(shí)，固體顆粒含量降至國(guó)標(biāo)允許范圍以下，并基本保持穩(wěn)定。值得注意的是，啟輸后油流經(jīng)過(guò)閥室A—油庫(kù)A管段時(shí)，固體顆粒物含量也沒(méi)有明顯上升。

實(shí)驗(yàn)c：浸泡管段為煉廠A—泵站A(圖5)，管段長(zhǎng)度95 km，管段容量54999 m3。浸泡時(shí)間為2018年12月18 日18:00 至2018年12月21 日18:00，共浸泡航煤72 h。自12月18 日18:00 起，每隔12 h在泵站A取樣，送至煉廠A化驗(yàn)。12月21 日18:00 取樣后管線啟輸，在線浸泡的航煤于12月28 日到達(dá)油庫(kù)A，煉廠人員在油庫(kù)取樣后，進(jìn)行分析化驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下圖(圖5)所示(圖中各個(gè)標(biāo)示的意義與圖4 同)：

圖5 煉廠A—泵站A段管道在線浸泡實(shí)驗(yàn)中航煤固體顆粒物隨時(shí)間變化規(guī)律Fig. 5 Variation of solid particles of aviation kerosene over time in the online immersion experiment of pipeline of Refinery A-Pumping station A

可以看出，由煉廠A生產(chǎn)的航煤，油頭經(jīng)管道到達(dá)泵站A時(shí)，測(cè)得的固體顆粒物數(shù)值較低，且在浸泡過(guò)程中，固體顆粒物指標(biāo)基本保持穩(wěn)定，保持在國(guó)標(biāo)要求范圍內(nèi)。啟輸后到達(dá)油庫(kù)A的這部分浸泡油，其固體顆粒物含量(黑色虛線)相比于浸泡時(shí)略有上升。

實(shí)驗(yàn)d：浸泡管段為煉廠B—泵站A(圖6)，管段長(zhǎng)度78 km，管段容量4104 m3。浸泡時(shí)間為2019年3月11 日18:30 至2019年3月13 日18:30，共浸泡航煤72 h。自3月11 日18:00 起，每隔12 h在泵站A取樣，送至煉廠B化驗(yàn)。3月13 日18:30 取樣后管線啟輸，在線浸泡的航煤于3月23 日到達(dá)油庫(kù)A，煉廠人員在油庫(kù)取樣后，進(jìn)行全分析化驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下圖(圖6)所示(圖中各個(gè)標(biāo)示的意義與圖4 同)。

圖6 煉廠B—泵站A段管道在線浸泡實(shí)驗(yàn)中航煤固體顆粒物隨時(shí)間變化規(guī)律Fig. 6 Variation of solid particles of aviation kerosene over time in the online immersion experiment of pipeline of Refinery A-Pumping station A

可以看出，從煉廠B出發(fā)的航煤，經(jīng)過(guò)閥室A，油頭到達(dá)泵站A時(shí)，其固體顆粒物含量經(jīng)過(guò)沉降略有波動(dòng)，但整體較低。啟輸后到達(dá)油庫(kù)A的航煤，其固體顆粒物含量數(shù)值沒(méi)有增加。

實(shí)驗(yàn)e：浸泡管段為煉廠B—油庫(kù)A(圖7)，管段長(zhǎng)度268 km，管段容量14102 m3。浸泡時(shí)間為2019年4月19 日8:30 至2019年4月22 日8:30，共浸泡航煤72 h。自4月22 日8:30 起，每隔12 h 在泵站A 和泵站B 進(jìn)站管線處取樣，送至煉廠B 化驗(yàn)。由于4月21 日20:30 和4月22 日8:30 在泵站B 取得的油樣外觀有明顯雜質(zhì)，且固體顆粒物含量嚴(yán)重超標(biāo)，實(shí)驗(yàn)人員對(duì)于油樣中的雜質(zhì)進(jìn)行了烘干，油樣的雜質(zhì)情況如圖8 所示。4月22 日18:30 取樣后管線啟輸，煉廠人員在過(guò)濾后進(jìn)罐處取樣，進(jìn)行分析化驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下圖(圖7)所示(圖中各個(gè)標(biāo)示的意義與圖4 同)。

圖7 煉廠B—油庫(kù)A段管道在線浸泡實(shí)驗(yàn)中航煤固體顆粒物隨時(shí)間變化規(guī)律Fig. 7 Variation of solid particles of aviation kerosene over time in the online immersion experiment of pipeline of Refinery A-Pumping Station A

圖8 實(shí)驗(yàn)e中泵站B油樣固體雜質(zhì)情況Fig. 8 The solid impurities in the oil sample of Pump station B of experiment e

實(shí)驗(yàn)e與之前的實(shí)驗(yàn)相比，取樣的地點(diǎn)在浸泡航煤管線的中段，因此，取得的油樣不是航煤的油頭，而是航煤批次的中段油。圖7 左側(cè)圖中，紅色數(shù)據(jù)點(diǎn)代表從泵站A取樣的航煤的固體顆粒物含量發(fā)展規(guī)律，藍(lán)色數(shù)據(jù)點(diǎn)代表從泵站B取樣的航煤的固體顆粒物含量發(fā)展規(guī)律?？梢钥闯?，在泵站A，航煤的固體顆粒物含量相對(duì)較低，浸泡30～40 h后出現(xiàn)異常增加，之后隨時(shí)間進(jìn)一步推移而恢復(fù)，總體基本符合國(guó)標(biāo)要求。在泵站B，航煤的固體顆粒物含量經(jīng)過(guò)50 h以上時(shí)間浸泡，出現(xiàn)大幅上升，經(jīng)過(guò)更長(zhǎng)時(shí)間浸泡繼續(xù)上升。最終，啟輸后的油品到油庫(kù)A時(shí)，固體顆粒物含量較低。

圖8 左側(cè)圖為浸泡60 h在泵站B取得油樣的固體雜質(zhì)情況，對(duì)應(yīng)航煤的固體顆粒物含量為2.28 mg/L，右側(cè)圖為浸泡72 h在泵站B取得油樣的固體雜質(zhì)情況，對(duì)應(yīng)航煤的固體顆粒物含量為2.72 mg/L?？梢钥吹阶髠?cè)雜質(zhì)烘干后結(jié)成塊狀，大部分呈黃褐色，中間夾雜著少量灰白色顆粒。右側(cè)大部分雜質(zhì)呈灰白色，中間夾雜少量黑色物質(zhì)，烘干后沒(méi)有明顯結(jié)塊。

3 分析與討論

對(duì)比上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)：(1)到達(dá)油庫(kù)A進(jìn)行過(guò)濾后，航煤固體顆粒物含量指標(biāo)都達(dá)到合格，但是具體數(shù)值有較大差異；(2)不同油源航煤浸泡實(shí)驗(yàn)，污染物變化規(guī)律不同；(3)不同浸泡管段、取樣點(diǎn)，固體顆粒物變化規(guī)律不同。

航煤中的固體顆粒物種可分為2 種：一種為懸浮在油品中的較輕雜質(zhì)，這些細(xì)顆粒尺寸小于10 μm[22]，主要包括硅、氧無(wú)機(jī)化合物，來(lái)源主要是儲(chǔ)罐呼吸時(shí)從空氣中混入的塵土或施工時(shí)殘留的細(xì)沙。此外，航空煤油中的微量水可能和管道中的鐵銹作用，生成絮狀物氫氧化鐵[23]。微生物在油水界面的繁殖活動(dòng)能產(chǎn)生微毛狀懸浮物[24-26]。懸浮物一旦生成就很難除去，通過(guò)靜置沉降或者過(guò)濾一般只能除去一部分，未去除的懸浮物較為細(xì)小，過(guò)濾器無(wú)法阻擋，時(shí)間久時(shí)會(huì)在管道中累積[27]。另一種則為沉在油品底部的較重雜質(zhì)，其中有機(jī)組分主要為分子量較高(C13～C30)的直鏈飽和烷烴，無(wú)機(jī)組分主要為Fe2O3、Fe3O4等含鐵化合物，即管道內(nèi)壁腐蝕產(chǎn)生的鐵銹，還有一小部分為施工時(shí)管道內(nèi)留下的砂土、電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的無(wú)機(jī)鹽垢等[28-30]。本實(shí)驗(yàn)的管道內(nèi)壁無(wú)內(nèi)防腐涂層，相對(duì)于含有內(nèi)防腐的航煤專輸管道來(lái)說(shuō)更容易產(chǎn)生含鐵雜質(zhì)等固體顆粒。

從實(shí)驗(yàn)b和實(shí)驗(yàn)e結(jié)果來(lái)看，實(shí)驗(yàn)b油頭剛到閥室A時(shí)固體顆粒物含量很高，繼而有沉降發(fā)生。相反，實(shí)驗(yàn)e中，觀察到泵站B的固體顆粒物數(shù)值隨浸泡時(shí)間上升。其原因應(yīng)為實(shí)驗(yàn)b中，航煤攜帶的是重組分固體顆粒物，因重力作用隨時(shí)間緩慢沉降，所以上部取樣口測(cè)得的顆粒物含量逐漸下降。實(shí)驗(yàn)e中，其來(lái)源應(yīng)為輕組分固體顆粒物隨時(shí)間緩慢上浮，導(dǎo)致上部取樣口測(cè)得的顆粒物含量不降反升。同時(shí)，由烘干后雜質(zhì)的外觀推測(cè)，泵站B浸泡60 h后的油樣中，雜質(zhì)主要為細(xì)沙，塵土，夾雜少量無(wú)機(jī)鹽等輕質(zhì)雜質(zhì)。浸泡72 h的油樣中，主要雜質(zhì)為無(wú)機(jī)鹽等輕質(zhì)雜質(zhì)，以及少量微生物生長(zhǎng)產(chǎn)生的黑色絮狀懸浮物。由于上傾管道在低洼處容易有積水殘留[31]，而少量積水就可以引發(fā)微生物生長(zhǎng)。由浸泡72 h油樣中雜質(zhì)的外觀推測(cè)，停輸浸泡可能使管道中發(fā)生了微量的微生物污染。

研究管線的里程—高程圖可以發(fā)現(xiàn)，地形差異是固體顆粒物污染規(guī)律不同的重要原因，也是上述固體顆粒物污染來(lái)源不同的重要佐證。煉廠A—油庫(kù)A為連續(xù)上傾管道，隨著油流前進(jìn)，重顆粒在油流中聚集成團(tuán)。隨著傾角增大，管道中固體顆粒沉積的可能性增大，將管道中沉積重顆粒清除的臨界流速也增大[32-35]。油流中較重的鐵銹、砂土等固體雜質(zhì)逐漸沉積在管道沿途的底部，而不會(huì)被攜帶到下游泵站閥室，而較輕的懸浮物則可以被油流攜帶前進(jìn)，所以對(duì)上傾管段，航煤中的固體顆粒主要為輕質(zhì)懸浮物，正如實(shí)驗(yàn)e結(jié)果所示。而煉廠B—泵站A支線為下坡段，高差較大。從煉廠B到閥室A，管道落差達(dá)到將近160 m，管道中較重的固體雜質(zhì)被沖到坡底。因此在實(shí)驗(yàn)b中，在閥室A觀察到油頭含有較多的可沉降顆粒，即重顆粒物。

不同管段污染物來(lái)源不同的現(xiàn)象可以被離線浸泡實(shí)驗(yàn)(實(shí)驗(yàn)a)進(jìn)一步證明。從圖3 可以看出，煉廠B的航煤輸送到油庫(kù)后，在油罐入口閥處，其固體顆粒物仍存在明顯的沉降現(xiàn)象。而煉廠A的航煤，不存在固體顆粒物沉降現(xiàn)象。這說(shuō)明煉廠B油經(jīng)過(guò)管輸攜帶有較多的重顆粒物。油庫(kù)收油時(shí)對(duì)兩種油源的質(zhì)量統(tǒng)計(jì)(圖2)也支持這一結(jié)論，因?yàn)闊拸SB的來(lái)油固體顆粒物指標(biāo)失去了明顯的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，且存在異常高點(diǎn)，可能是由于重顆粒尚未沉降均勻?qū)е?，相反煉廠A的來(lái)油固體顆粒物統(tǒng)計(jì)規(guī)律仍保持較好。由于兩個(gè)煉廠的航煤共用泵站A—油庫(kù)A的管段，因此，煉廠B—泵站A支線應(yīng)是重顆粒物污染的主要來(lái)源。

進(jìn)一步分析，在實(shí)驗(yàn)c、d中，沒(méi)有觀察到固體顆粒物上升現(xiàn)象。說(shuō)明在煉廠B—泵站A支線中，重顆粒物的主要來(lái)源是煉廠B—閥室A段。從閥室A到泵站A，坡度變緩，固體雜質(zhì)在管道中的運(yùn)移程度減小。對(duì)比實(shí)驗(yàn)c和實(shí)驗(yàn)e，發(fā)現(xiàn)同樣是管道高程上升段，實(shí)驗(yàn)c沒(méi)有固體顆粒物含量的上升，證明煉廠A—泵站A段不存在明顯的輕質(zhì)懸浮物，主要的懸浮物應(yīng)處于泵站A—泵站B段，油流經(jīng)過(guò)時(shí)將這段上坡管內(nèi)的輕質(zhì)懸浮物攜帶至泵站B。

由末站油罐取樣的全分析化驗(yàn)單知，除固體顆粒物含量外，實(shí)驗(yàn)b、實(shí)驗(yàn)c、實(shí)驗(yàn)d、實(shí)驗(yàn)e在線浸泡航煤其余的質(zhì)量指標(biāo)均合格。且由浸泡時(shí)取樣化驗(yàn)的結(jié)果知，浸泡期間航煤的色度、水反應(yīng)界面情況、水反應(yīng)分離程度、微量水含量和抗靜電劑含量均符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB6537-2018 的規(guī)定，且隨時(shí)間波動(dòng)較小。說(shuō)明雖然由于管道中存在固體雜質(zhì)沉積現(xiàn)象，浸泡后航煤的固體顆粒物含量可能超標(biāo)，但管道內(nèi)停輸浸泡沒(méi)有對(duì)航煤其他的質(zhì)量指標(biāo)產(chǎn)生影響。

4 結(jié)論與建議

本文將航煤停輸、浸泡在不同管段中，得到浸泡航煤固體顆粒物含量隨時(shí)間的變化規(guī)律。從煉廠出廠與油庫(kù)收油的質(zhì)量分析報(bào)告，及離線浸泡實(shí)驗(yàn)，推測(cè)出航煤是在管道輸送中混入了固體雜質(zhì)。由停輸時(shí)航煤中固體顆粒物隨時(shí)間的變化規(guī)律，結(jié)合管段的地形特點(diǎn)，分析了管段中固體雜質(zhì)的主要類型，確定了導(dǎo)致油庫(kù)收油固體顆粒物含量較高的可能的污染管段及污染物來(lái)源。對(duì)比在管道內(nèi)浸泡時(shí)和進(jìn)入末站油罐后航煤固體顆粒物含量的升降情況，推斷了不同類型雜質(zhì)的運(yùn)移規(guī)律，為管道清管計(jì)劃的制定提供了參考。具體結(jié)論如下：

(1)通過(guò)對(duì)管網(wǎng)結(jié)構(gòu)中不同管段污染來(lái)源分析，初步推斷了油庫(kù)A航煤固體顆粒物的來(lái)源管段為煉廠B—閥室A管段的重顆粒物，如鐵銹，砂土等。以及泵站A—泵站B管段中輕質(zhì)懸浮物，如細(xì)沙，塵土，微生物代謝產(chǎn)物等；

(2)對(duì)B煉廠來(lái)油，由于含有較多重顆粒物，在質(zhì)量控制時(shí)應(yīng)注意進(jìn)行適當(dāng)進(jìn)行靜置沉降，減少擾動(dòng)，使顆粒物沉降到下部，上方油品的質(zhì)量潛力提高。對(duì)于下坡管道，應(yīng)注意油流攜帶重顆粒造成的下游固體顆粒物含量上升和重顆粒的沉降現(xiàn)象；

(3)對(duì)于煉廠A到泵站B管段，由于懸浮物無(wú)法通過(guò)沉降來(lái)進(jìn)行清除，建議沿程采用高精度過(guò)濾器，多次過(guò)濾以盡量減少航煤中懸浮物的含量。對(duì)于煉廠B—閥室A管段，可能存在鐵銹類雜質(zhì)或泥沙，可以考慮適當(dāng)增加清管頻率；

(4)雖然航煤經(jīng)管道沿途泵前及末站油罐前多次過(guò)濾，但如果管道內(nèi)雜質(zhì)過(guò)多，航煤到達(dá)末站時(shí)仍然有固體顆粒物含量超標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)，所以在管道輸送時(shí)仍需注重航煤質(zhì)量的控制；

(5)對(duì)于地形起伏的枝狀管線，可以采取分段停輸?shù)姆绞剑芯抗芫€中固體顆粒物含量。先分別停輸各支線泵站之間的管段，測(cè)量停輸期間油頭位置的質(zhì)量變化。最后進(jìn)行全線停輸，測(cè)量停輸期間干線管道中間泵站航煤質(zhì)量變化。對(duì)比支線和干線的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對(duì)于浸泡期間航煤質(zhì)量出現(xiàn)波動(dòng)的管段，需要結(jié)合流動(dòng)參數(shù)以及地形情況，分析管線內(nèi)固體顆粒的沉積及攜帶情況。