溷油知识培训.ppt

1、混油原理及处理知识培训,一、前言,当采用顺序输送的是两种能相互溶解的油品，在管内两种油品的接触面处，由于分子的互相扩散和液体质点的紊流脉动会使接触界面处形成一段混油。,1 混油过程简要描述,两种油品在管内交替时，产生混油的因素主要有两个：管道横截面沿径向流速不均匀，使得后行油品呈楔形进入前行油品中；管内流体沿管道径向、轴向造成的紊流扩散作用。紊流扩散过程破坏了楔形油头的分布，使两种油品混合，在一定程度上使混A油段油品沿管子截面趋于均匀分布。对于紊流程度不大或层流流动的管内流体，横截面上油品的混合过程主要是分子扩散作用。,当管中流体层流流动，管中心液体的流速比平均流速大一倍，后一种油品B会进入前

2、一种油品A形成楔形油头，在横截面上两种油品的分布很不均匀，中心部分B油的浓度很高。由于油品的密度差，这种楔形油头可能偏离管中心，并随改输油时间的延续愈来愈大，直至管道终点。,在A、B油品浓度差的推动下，A油分子将通过楔形界面进入B油，B油分子将通过楔形界面进入A油，这种分子扩散使界面邻近区域内的A、B油农度趋于均匀。不难看出层流流态下，管道截面上流速分布的不均匀是造成混油的主要原因。这种混油量大得惊人，可能达到管道总容积的若干倍。,当在紊流状态下交替输送油品时，沿管道截面的速度分布比层流均匀，紊流核心部分中流体的最大局部流速随雷诺数的增大而接近于液体的平均流速，一般是平均流速的1.181.25

3、倍。由于激烈的紊流扰动，使混油各截面上的油品浓度较为均匀，观察不到楔形油头的存在。,在层流边层内，则与层流流态相似，液层间的流速不同是造成混油的主要原因。试验表明：随雷诺数的增加，相对混油量(混油体积与管道总容积之比)开始很快地下降，当雷诺数大于5104时，相对混油量随雷诺数改变很小。可以作如下解释：当雷诺数超过某一数值时，层流边层的厚度极薄，紊流核心部分已基本上占有整个管道截面，这时紊流速度场局部流速的不均匀、紊流脉动以及在浓度差推动下沿管长方向的分子扩散是造成混油的主要原因，统称为纵向紊流扩散。,由于在层流状态时，两种油品在管道内交替所形成的混油量比紊流时大得多，同时雷诺数在2.31034

4、103范围内，流态由层流转变为紊流，流动不稳定，且管子截面上液体质点的局部流速差异较大，因而顺序输送管道运行时，一般应控制在紊流态下运行，各国对顺序输送所进行的研究亦大多局限于紊流范围内。,2 混油段的发展,在混油区内油品浓度沿长度平缓变化，而在液流横截面上每种油品的浓度是均匀的。假设两种相互掺混的油品连续充满共同流动的区域，且当体积为和的两种油品混合时，总体积大致等于两个组分体积之和，即， 对每一组分引入体积浓度和的概念,二、混油计算,1 混油机理 1、 沿程混油 管内互相接邻的油品在流动过程中发生的混油称为沿程混油，若无严重的意外情况发生，它是主要的混油。沿程混油有以下三个水力和物理特性在

5、起作用。,1. 流速伸展 流速伸展是一种水力特性，由液流横截面流速分布不均匀造成，可称流速不均扩散。根据流体力学理论，管流横截面上流速的分布规律为：,式中 距管轴心距离处的流速，m/s； n 与流态有关的数，层流时=1，紊流时； y距管轴心的距离，m； r管子半径，m； 横截面上的平均流速，m/s。,管流横截面上的流速呈圆锥形分布，最大流速与平均流速之比，层流为2:1，紊流为1.14:1。在顺序输送过程中，密度的差异对层流状态的流速分布有一定影响，对紊流状态则基本上没有影响。圆锥形的流速分布使后行油品像楔子那样向前行油品突进，造成不断延伸的混油段。层流的楔子最尖突，混油更为严重。横截面上流速分

6、布不均是沿程混油的基本根源。,如果混油过程仅有流速伸展这一个因素起作用，就会出现两种油品分层共处、各层异速前进的局面，这是极其危险的。按式（3-1）可以推导出纯流速伸展的混油长度，在紊流状态可为管道长度的68左右，而在层流状态竟可延伸为管道长度的4.5倍。幸而有分子扩散和紊流扩散作用，使分层异速流动现象在层流状态下有所改善，在紊流状态下则可完全避免。,2. 分子扩散 分子扩散是一种物理特性，由油品浓度梯度造成。当分子扩散时，既有径向的扩散又有轴向的扩散，其强度取决于物质特性。轴向扩散使混油增加，是不利的扩散，不过该扩散速度与前述流速不均的伸展速度相比较是微不足道的。径向扩散使横截面浓度趋于均匀

7、，可缩短混油长度，是有利的扩散，其实际效果依液流的流态而不同。在层流状态下，各层油品的掺混完全依靠这种作用，可惜由于分子扩散速度不大，其消除分层流动的作用是有限的。在紊流状态下，分子扩散速度远远低于紊流扩散速度，对油品掺混的作用毋需考虑。,3. 紊流扩散 紊流扩散是一种水力特性，由液体质点的不规则运动造成，仅存在于紊流状态。像分子扩散那样，紊流扩散既有径向的扩散又有轴向的扩散，其强度取决于紊流特性，比分子扩散大得多。强劲的径向扩散，尤其是旋涡运动，使液体质点发生剧烈的横向交换，中部速度较快的油品把边缘滞后的油品迅速带走，可大大缩短混油长度，一般只为管道长度的1%5%。因此，顺序输送总是取紊流而

8、避层流。,综上所述，在紊流状态下的沿程混油是流速伸展、紊流扩散、分子扩散共同作用的结果，前两者起决定作用。从实效讲，伸展是有害作用，扩散是有益作用。三个作用的综合效应称为扩展(dispersion) ，也可统称扩散。有些文献把这种扩散也叫做紊流扩散，这种紊流扩散与流体力学所讲的由液体质点不规则运动造成的紊流不同。,2 局部混油 管道始端切换油品产生的搭接混油和管件阀门等造成的死角混油为局部混油。如有复管，其混油也属于局部混油。泵站的死角很多，其所增加的混油量与通过1015管道的混油量不相上下。有些文献把泵站局部混油归因于泵，还需商讨。由于泵内流速大大快于管内流速，不可能有死角，加之叶轮具有使混

9、油均匀的作用，即使不起明显的好作用，也不应起明显的坏作用，很可能是无关紧要的。在计算时，局部混油一般不单独考虑，而是把它并人沿程混油的扩展系数中，与长输管道水力计算不单独计算局部阻力而并人沿程阻力的方法类似。,3 意外混油 沿程混油和局部混油都是必定存在的。此外，一些意外混油也会造成不可忽视的，甚至是严重的混油。尤其值得注意的是，中途停输造成的意外混油，因为在流动过程中，油品密度的差异对油品混合的作用无足轻重，但若停输，密度差就会在一定的条件下起重要作用。意外混油并非必然存在，但若发生则必须单独计算。,2 混油浓度 简化之一是不考虑层流底层的存在，认为它极薄而可以忽略不计，紊流扩散作用遍及整个

10、横截面；简化之二是不考虑流速伸展总是先于并快于紊流径向扩散，横截面上的浓度分布总有点不均匀，认为径向扩散作用可以瞬时将油品混合均匀。不言而喻，这样简化只适用于紊流状态，决不可用于层流。 由于上述简化，两种油品沿轴向的体积分数以界面为中心呈对称衰减分布，如图3-1中的短曲线所示。,简化处理必然会缩短混油段的长度，并掩饰轴向浓度分布的不对称性。由于层流底层消散滞缓、扩散与伸展不能同步、死角内油品流出缓慢，因此混油长度必定增加，轴向浓度分布注定是不对称的，即以A油和B油体积浓度均等的横截面为中心，其后面的混油长度大于前面的混油长度，头短而尾长，如图3-1中长曲线所示。,混油浓度基本方程 按混油过程的

11、简化模型可推导出简明的混油浓度基本微分方程。,扩展系数也可称有效扩散系数，但它既不是分子扩散系数，也不是紊流扩散系数，而是流速伸展、紊流扩散、分子扩散、局部流动死角以及输送两种油品先后顺序的差异、处理各种简化和假设造成的偏差以及其它未计影响因素的综合系数。有些文献称其为紊流扩散系数。这种紊流扩散系数与流体力学中由流体质点不规则运动造成的紊流扩散的扩散系数不同。有效扩散系数与管内流速管径油品黏度和油品密度等因素有关。有效扩散系数可有实验确定，或用生产数据统计求得。扩散越强，紊流扩散系数越大，混油段就越长。,3 管道终点混油量的计算,4 终点混油段的切割,顺序输送时在管道里所组成的混油体石油产品，

12、就其质量指标来说，还不能算是商品石油产品。因此，要对混油体进行分割。可以把混油段分割为两段或三段，两段时前行油品进入A罐，后行油品进入B罐；三段是时前行油品进入A罐，后行油品进入罐，中间混油进入专门的混油罐，再进行处理。,切割浓度的确定,5 混油界面的检测,在油品顺序输送中，及时准确了解管内流动的两油品的界面是非常里要的。在顺序输送中，无论采用中间站“旁接罐”流程，还是采用泵到泵，或越站流程，或采用在分输站将不同的油品切入不同的油罐内，都离不开界面检测。准确及时掌握管内油品的界面。不仅能够准确地切别不同的油品，减少混油报失。而且对管线的安全运行也是十分有利的，因此做好混油界面的检测工作对于混油

13、分析有重要作用。,1 密度测定法,振动式密度计是一种较新型的密度计，是将其探针结构的探头安装在管道内，并配备先进的电子仪表系统。它是以振动物体的简谐运动结合牛顿第二定律进行测量，探针的振动周期与浸没它的液体有关，所以通过检测其振动周期就可测量出抽品之间的界面。 就是在顺序输送时人为地将两种油品隔开、从而可基本消除混油。目前，隔离方法主要有隔离球法、隔离塞法和隔离液法。这些隔离措施有的在国外应用得较好，效果很明显。国外常用的是浮筒式和振动式。,2 记号检测方法 该方法是将色素染料、荧光染料等溶解在与管抽油品特性类似的有机溶剂中，从首站注入界面，在末站圈其记号物质便可得知混油段。由于在使用过程中。

14、色索染料会降低油品的商标价值，所以一般不太使用；而多用荧光染料和化学惰性气体为示踪物,光记号方法 在顺序输送不同油品之间的界面中注入荧光剂，然后使用界面中测仪即可检测混油界面，荧光剂注人界面的时机是十分重要的。也是直接影响界面检测准确性的重要条件。因此必须根据实际情况注入荧光剂，其注入方法大致分为三种情况：,（1）前端注入，是指在混油段之前注入，主要是防止先行油品质量不受混油影响； （2）中间注入，是指在混油段中间注入，主要是由于两种油品性质相接近，两种油品被其切割后，其质量不受影响； 3）末端注入，是指在混油段之后注入，主要是防止后行油品质量不受混油影响。与煤油相混组成的荧光剂在油品中有很高

15、的溶解度，即使管线停运荧光剂也会全部融于油品中，并可准确地提供混油段的位置。这种荧光剂使用效果较好,气体记号方法 该检测方法是将化学惰性、无毒的气体注入管内油品界面之间作为示踪物。然后在分输站用色谱仪采样分析其在油品中的浓度分布，以达到检测混油界面的目的。,目前，国外研制使用的气体是SF，它不但符合质量要求而且便宜SF不受注入时机的影响，它可在泵前，也可在泵后注入，其注入量一般为2ppm。与其相匹配的色谱仪必须能连续自动采样并进行分析，只有这样才能准确无误,3 电容型检测方法 电容型界面检测系统是利用电容电池测量电池两极板间流动介质的介电强度来测量的。它是将电容电池放入管线内部，并通过连接管线

16、外部的装置给它充电。管体内流体的电容变化由该电池连续不断地或定时地进行监测，并自动记录在与时间有关的图表上，用此方法可准确地检测出各流体之间的界面是否已通过或正在通过。,4 超声波型检测方法 超声波型界面检测是利用油品密度与声速的关系检测混油界面的。它是将超声探头插入管道流体中，并严格地控制其电压强弱和频率，使之产生机械振动。振动的幅度随流体的比重按比例变化，其探头部仅用机械方式连接一个线圈转子，使之产生一个与流体比重成比例的电压。,三、影响混油的因素及减少混油量措施,1 顺序输送产生油损失的原因 1. 初始混油的影响 成品油管道首站是在不停输的情况下进行油品切换的。在两种油品切换的同时，在阀

17、门快速动作的一段时间内，两种成品油同时进入管道，于是在管道首段便形成所谓的初始混油。混油量的大小和阀门的切换时机和切换速度有关，掌握好切换时机后，阀门切换时间越长，混油量越大。,2. 流速和变径管的影响 由理论公式和Austin-Palfrey经验公式可以看出，混油长度主要与管长、管径、流速、运动粘度有关，如果管长、管径、流速和运动粘度不同，混油的扩散速度不同，混油长度的增长速度也不同，在顺序输送过程中，两种油品因粘度的不同，不可避免的由于发生干线流量的调节、以及在运行上开泵站数等原因，引起输量的变化造成流速的改变，增加了混油损失。,3. 密度和停输的影响 对于顺序输送的两种成品油来说，其密度

18、的差异对混油量的影响远小于粘度的差异对混油量的影响，在正常的输送条件下这种影响可以忽略不计。但是，在混油段在输送的过程中，由于设备、人为和外界的影响，导致输油管线停输。这就使管路中油品紊流强度明显减弱，密度的差异可大量增加混油量，特别是如果地形崎岖不平，且高密度成品油处于斜坡的高处，而低密度成品油处于斜坡的低处时更是如此，停输时，如果高密度成品油位于斜坡的上方(这是一种最危险的情况)，那么，由于高密度成品油具有沿斜坡向下的流展性，因而会大量增加混油量。为减少混油量要尽量少停泵，停泵次数越多造成的混油越多。必须停泵时，应选择停泵时机，尽量使两种油品的交界处处在较平坦的地段上。,4. 站间距及高程

19、差的影响 在输油过程中，随着输送距离的增加，速度的变化就越慢，这就导致油品流态发生改变，即由紊流向层流发生变化，增加了输送过程由的混油损失。其是在地形起伏剧烈管段，由于油流在向下流动时，管内油品产生不满管，使速度的最大值偏离轴心，发生速度的陡变，造成混油量的增加，从实际运行上来看，地形起伏越剧烈所产生的混油量越多。,5. 中间泵站及附件的影响 混油段经过每一座中间泵站后混油距离就会加长。通过分析发现，造混油量增加的原因丰要是由于中间泵站的工艺流程较复杂发 。中间泵站站内由于变径管、阀门、弯头多等较多，使得管壁附着的油膜、盲支管道积存的死油都不断掺人混油段。此外泵对油品剧烈剪切的影响也不可忽视原

20、因，使油品的流速、混油浓度都发生了变化，尤其是通过加压后，由于泵的搅拌使混油量得到增加(但是，也有资料证明混油量不增加，这里采取通常说法)。在实际运行上，油品通过的中间站越多，增加的混油也就越多。,四、减少混油量措施,1. 减小开关阀的时间 为了减小初始混油，应尽量减小开关阀的时间。如用球阀代替闸板阀，用球阀切换油品通常有闸板阀和球阀切换两种方式。采用闸阀时，由于开关阀门的时间较长，因此混油增多，而球阀切换时开关时间短，因而可明显减少混油。,2. 提高管输运行速度 速度保持在紊流状态下运行，速度最小值应大于20 。在制定顺序输送方案时，尽可能采用两种油品密度和粘度相近的油品输送，以防止因两种油

21、品前后经过泵时，流速发生较大变化，带来混油量的增加。,3. 简化流程 在运行工艺上采用最简单流程，以减少因站内盲管、支管带来死油管段。管路阀门、过滤器等附件应尽可能的减少。在使用的阀门、过滤器等附件应尽可能靠近干线，以减少因流程的切换带来混油的增加。,4. 熟练的操作人员 为了减少初始混油量，在首站进行两种油品切换操作时，应先编制最简单的流程切换顺序流程图，并由熟练的操作人员进行操作。尤其首站流程的切换，应采用流程切换自动化控制，尽可能使用开启快速的电动或液动阀门，减少人为因素带来混油量的增加。,5. 全线应采用SCADA管道监控 数据采集系统，对干线的压力、温度、流量的变化进行及时反馈。在运

22、行上应采用“泵到泵方式，避免因“旁接油罐”运行方式带来因油品物性的改变，使运行工况发生变化，造成纯油管路中掺人油罐中的混油。如采用“旁接油罐”运行方式，在混油头到来前倒为全越站流程，待混油尾过去后再启泵或进行其它流程操作。,6. 采用等温输送运行方式 如输送油品凝点较高、粘度较大的油品，需加热输送时应在“混油头”和“混油尾”界面处停止加热，待过去后再加热，防止因温度的变化带来混油损失的增加。,7. 避免管线停输 在顺序输送时，当后行油品开始输送时，应避免管线停输。如遇不可避免的停输时，应尽可能避免在油品分界面处，如中间泵站加压处，管路地形起伏剧烈处停输，停输后应迅速关闭混油段两端的阀门，防止由于油品间密度和粘度不同加剧混油量的增加。,8. 依据油品的密度和粘度确定油品输送次序 由于混油粘度的变化，局部平均流速剖面将发生变形，这本身又导致有效扩散系数沿混油段长度发生变化。可以把有效扩散系数与局部平均流速剖面确定的水力摩阻系数看成正比关系。当顺序输送粘度