青科大输油管道设计与管理复习2

《输油管道设计与管理》复习

续

王海霞

第六章顺序输送

王海霞

第六章顺序输送

?第一节顺序输送的特点

?第二节顺序输送中的混油

?第三节混油界面检测与混油处理?第四节顺序输送最优化

?第五节减少混油的措施

第一节顺序输送的特点

顺序输送（也称为交替输送）：

在同一条管道内，按一定批量和次序，连续地输送不同种类油品的输送方法。

一、顺序输送的应用范围

1．输送性质相近的成品油。如汽、煤、柴及各种重油、农用柴油和燃料油等。

2．输送性质不同的原油。如克拉玛依油田的低凝原油，可用于生产高质量的航空润滑油，若与油田所生产的高凝原油混合输送，就炼不出这种高级产品，因此需要分开输送，即采用顺序输送。

二、顺序输送工艺的特点1．产生混油

在两种油品的交界面处会产生混油，形成含有前后两种油品的混油段。混油段往往不符合两种油品中任何一种油品的质量指标。

油品的输送顺序对混油量以及一种油品中允许的另一种油品的浓度影响很大。一般来说性质相近的油品顺序输送，混油量较小，允许的混油浓度较大，混油比较好处理。通常可以直接调和到两种油品中去。输油顺序的安排一般要考虑：

①使性质相近的两种油品相邻。如：汽－煤－柴－煤－汽－

煤－柴；

②油品互相不产生有害影响。如润滑油与汽油一般不能在同

一条管道内顺序输送。

顺序输送工艺的特点（续）2．首、末站需要较大的油罐容量

对于顺序输送的管线，某段时间内输送某种油品，其余几种油品停输。对于首站来说，炼油厂连续生产，每天照常生产各种油品，停输的几种油品在首站上需用油罐存起来。对于末站来说，用户每天照常需要各种油品，停输的几种油品在末站必须有足够的储量以供应用户。所以为了调节首末站的供求关系，就要相应地加大首末站油罐的容量。首末站油罐的容量与循环周期有关，循环周期越长，每次输一种油品的时间越长，所需罐容量越大。

3、需要较高的自控水平和可靠的检测仪表

当混油段到达管路终点时要及时切换，这就需要可靠的设备检测仪表及较高的自控水平才能完成。另外由于两种油品交不稳定的水力过程，因此就需要较高水平的自动调节系统。

顺序输送工艺的特点（续）

4、批量和最优循环次

①批量：顺序输送管道，一次输送某种油品的量。

②循环周期：由不同的几种批量油品组成的一个循环，完成一个循环所需要的时间。

③循环次数：一年内完成的循环周期数

④最优的循环次数：对于一条顺序输送的管道，对应综合费用最低的循环次数。

5、混油的处理与销售

混油分为混油头、混油尾和混油段。一般把混油头切入前行油品罐中，混油尾切入后行油品罐中，把中间的混油段切入专门的混油罐中。

两种油品性质越接近，油品的主要物理化学性质指标的潜力越大，允许混入的另一种油品的量就越大，即混油头、混油尾的长度就越长，中间混油段就越短。有时可以把混油分两段切割，分别切入两种纯油罐中，与两种纯净油品调和后出售。

混油在管道终点的处理方法有：

(1)将混油直接调和到两种油品中;

(2)降级销售；

(3)在末站建分馏装置进行粗分馏，然后将得到的两种馏分分别调和到两种油品中去。

6、顺序输送时管道的水力特性不稳

定

顺序输送管道，当两种油品在管道内交替时，随着两种油品在管内运行长度的变化，管道的运行状态处于缓慢的瞬变过程中。运行参数(输量、各站的进出站压力)随时间而缓慢变化。

假设进行交替的是A、B两

种油品，A油为粘度小的轻

油品，B油为粘度大的重油

品。作出油品交替时泵站—

管道系统的工作点，如图所

示，则管道输送A油时的系

统工作点为1，而输送B油时

的系统工作点为3。

用B油顶A油的瞬间，泵站

内的离心泵机组很快就为B

油所充满，泵站特性由A跃

升到B ，而管道内此时仍

为A油，管道特性曲线为管

A，此时的工作点由1跃变

为2。

随着管道内B油长度的增长，系统的工作点沿着曲线站B逐渐由点2向点3移动，直到管道内全部为B油所充满，系统的工作点就稳定在点3。

当下一次交替开始，即管道

从B输送B油转为输送A油时

，当离心泵为A油所充满时，

系统的工作点将迅速由点3

降到点4。随着管道内A油长

度的增加，系统的工作点将

沿着曲线站A逐渐由点4向着

点1移动，直到管道内全部

为A油所充满，系统稳定在点1工作。

因此在两种油品相互交替的过程中，泵站—管道系统的工作点将经历由点1→点2→点3和由点3→点4→点1的跃变→渐变的过程。泵站排量和压力沿着1-2-3-4四条曲线段变化。

第二节顺序输送中的混油

混油有两种：

①泵站内的混油（即初始混油和过站混油）：切换罐时的混油、死油段的混油、泵的搅

拌混油等；

②沿程混油：油品交界面处的混油。

一般来说，泵站内的混油不好计算，而且如果操作管理得当，站内混油所占比例

很小，因此一般不作详细计算。下面我们

主要讨论在油品交界面处引起的沿程混油。

一、沿程混油机理

1．流速分布不均引起的几何混油

油品在管内流动时，存在着流速分布。流速分布对混油影响很大，流态不同，管内流速分布不同，对混油的影响也不同。层流：管内流速分布呈抛物线型，且U max =2V 。在两种油品接触处管中心附近的流速大，后面的油品进入前面的油品中，在管壁处，流速较慢的前面油品又会落后在后面的油品中，就在管内形成楔形油头。随着流动距离的增加，混油段会越来越长，混油量相当大，可达(3～4)V g (V g 为管道总容积)。因此顺序输送的管道在两种油品交替时应避免在层流下工作，无法避免时，应在两种油品交界面处加隔离装置减少混油。

紊流：

在紊流核心部分，流速分布趋于均均匀，U max ≈(1.18~1.25)V ，仅在管壁处的层流边层内存在较大的流速梯度，而无明显的楔形油头存在，所以紊流时混油量比层流时小得多。随着流量的增大，R e ↑, 混油量↓，一般情况下，R e >10 时混油量仅占管道总容积的0.5～1％。

2．比重差引起的混油

由于两种油品的比重不同，会引起管而加大混油量。表现在两个方面：

①在流速不均而造成的混油界面上，由于两种油品的比重不同，引起自然对流，重的下沉，轻的上浮，增加了混油量。

②在地形起伏的管段上，当混油段处于上下坡时，由于比重差的作用（重油在上面、轻油在下面）

也会形成自然对流，加大混油，此时管线停输则

混油量更大。

3．扩散混油

在两种油品的交界面处，两种油品的浓度是不同的。若将前后两种油品分别称为A油和B油，则在A油中A油的浓度要大于B油中A油的浓度，使A 油分子由浓度高的A油方面向浓度低的B油方面扩散，而B油则由B油方面向A油方面扩散，这样便形成了扩散混油。

一般情况下，紊流时，扩散混油是主要的；层流时，流速分布不均，形成楔形油头造成的混油是主要的；比重差引起的混油要小得多。

对于长距离顺序输送管道，一般都在紊流区工作，主要是扩散混油。

二、纵向紊流扩散混油理论? 1.基本概念

①起始接触面：设管内原来输送A 油，在t= t 1时刻开始输入B 油。在该瞬间，A 、B 油在起点截面相接触。由于流速分布不均，实际接触面不是平面，为了讨论方便，我们假设

A 、

B 油的接触面为一垂直于管道轴线的平面。

a.定义：A 、B 两种油品开始接触时的垂直于管轴的平面称为

起始接触面。

b.性质：起始接触面具有如下性质：

Ⅰ.在该面上A 、B 两种油各占一半，用体积浓度表示即为：K A =K B =0.5

Ⅱ.起始接触面以平均流速V向前移动。在t

1时刻它在

管线起点，t

2时刻，它在距起点截面为V(t

2

-t1)的

地方。

注意：起始接触面与起点截面是不同的。起点截面是静止不动的。而起始接触面以速度V前进，仅在t=t

1时刻两面才是重合的。

②混油段：既含有A油又含有B油的段落。在混油段内，A油的浓度由1变为0，B油的浓度由0变为1。

③混油量：混油段内所含的油品体积称为混油量。

④混油长度：混油段所占的管段长度称为混油长度。

2．混油段的形成过程：在起始接触面处，A、B两种油品直接接触，产生混油。随着B油的流入，起始接触面向前移动，混油段逐渐增大。为了便于分析计算，我们选择一个移动的座标系K－x座标系，移动速度为V，座标原点位于起始接触面上，纵座标表示油品浓度，横座标为某截面到起始接触面的距离，这样纵座标轴（即起始接触面）将混油段分为左右两部分。

①t

1时刻，两种油品刚开始接触，混油段长度为0，起始接触

面O处，K

A =K

B

=0.5，截面O右边：K

A

=1，K

B

=0

②t

2>t

1

时刻，起始接触面O移动了V(t

2

-t

1

)的距离。形成了长

为2l

1

的混油段，起始接触面把混油段分为左右两部分：

混油段内的任意截面上，A、B油都有一定的浓度。A、B油的浓度随截面位置而不

同，但在每个截面上都有K

A +K

B

=1。

③t

3>t

2

时刻，起始接触面移到(t

3

-t

1

)V的位置。

这时的混油长度为2L

2 。与t

2

时刻的混油浓

度曲线相比，可知混油段内某个截面上的混油浓度还随时间变化，且随t↑L↑，混油浓度曲线变平。

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