输油管道设计与管理(2010级第11次课)-3学时.ppt

上次课总结复习 顺序输送的特点 混油的机理 层流状态 紊流状态 混油量和混油长度的理论计算法 混油浓度计算公式 终点混油浓度,代入不同的有效扩散系数计算公式，可得有关混油量不同的计算公式 按上式计算所得的混油量Vh与生产中测得的混油量相比，一般偏小这是由于希兹基洛夫紊流扩散系数计算式对管壁处层流边层造成混油的影响估计不足因而对公式引入修正系数，于是混油量可按下式计算,顺序输送,雷诺数越小，层流边层越厚，因流速分布不匀所增加的混油量就越多， 值就大由于层流边层内的液量不多，它主要影响对称浓度范围较宽的混油段的混油量，对较窄浓度范围的混油量影响不大 如以C代表混油段长度，则,顺序输送,（2）混油量的经验计算公式 奥斯汀（Austin）和柏尔弗莱（Palfrey）收集并分析了有关顺序输送管道的大量实验和生产数据，给出了混油量的经验计算式在整理这些数据时做了如下规定： 混油的粘度按下式计算，并由此粘度计算雷诺数 不考虑输送顺序对混油的影响 根据对称浓度条件，把前行油品浓度为99％～1％范围内混油长度定义为混油段的长度顺序输送,顺序输送,,在规定的对称浓度范围内，管内径d、管长L和雷数Re是影响混油量的主要因素。

对于某一特定的顺序输送管道（即d、L为定值），雷诺数对混油长度的影响大致有两个不同的区域在每一区域内，Re和无因次量 C2/Ld在对数坐标系统中均呈直线关系 把C2/Ld值随雷诺数降低而缓慢增大的区域称为“平滑区”，在该区域内，直线的斜率为－0.2，所以图中“平滑区”内C2/Ld与Re的关系可用下式表示,顺序输送,,把C2/Ld值随雷诺数的降低而急剧增大的区域称为“陡斜区”、在该区域内直线的斜率为－1.8无因次量C2/Ld值不仅决定于Re值，还和管径有关，其函数关系可用下式表示 两个区交点处混油长度相等，由两个区的计算公式可得： 把Rej称为临界雷诺数，低于该雷诺数时为“陡斜区”，混油长度随雷诺数的降低而急剧增加；高于该雷诺数时为“平滑区”，混油长度随雷诺数的降低，增长缓慢顺序输送,,在“平滑区”内，混油的形成主要是由于沿管道长度方向两种油品分子的紊流扩散而“陡斜区”的雷诺数大致在水力光滑区的范围内，这时由于层流边层的液体流速远低于液流中心部分，管壁附近滞后的液体将使混油量急剧增加而边层的厚度又取决于管径和雷诺数，即 δ(层流边层厚度)∝dRe-0.875 因而在雷诺数相同的情况下，管径越大、边层越厚、管道的混油量亦越多，这可从图6-5 “陡斜区”内不同管径有不同的C2/Ld和Re的关系曲线看出。

顺序输送,,结论： 对某一直径的管道而言，在紊流区内有两个混油特点不同的区域，即“平滑区”和“陡斜区” 由“平滑区”向“陡斜区”的过渡是急剧发生的，某一已知管道内两种油品交替时，其油品的混合特点可由临界雷诺数来判别，管径不同，其临界雷诺数亦不同 为了减少混油量，管道应在大于临界雷诺数情况下运行 不论在图6-7的那一个区域，混油长度均与管道长度（即界面移动距离）的平方根成正比顺序输送,(3)影响混油产生的因素 物理化学性质、流动状态、管道长度 输送次序 首站的初始混油 中间泵站对混油量的影响 停输对混油量的影响,顺序输送,6.3.3 混油的接收与销售 【例6-1】某油库区间管道，L=3km，d=0.207m,V=2.07 m/s,顺序输送汽油（A）和轻柴油（B），求混油段长度、混油体积，并提出终点混油的处理方案 已知： 解：1）计算平均粘度 2）计算平均雷诺数 3）设混油浓度范围为99%-1%，查表（图）得 Z=1.645,,顺序输送,4）求混油段长度 5）混油量 6）混油的处理 设油库汽油罐和柴油罐的容积为10000m3，汽油中可以混入柴油的浓度为1%，柴油中可以混入汽油的浓度为0.5%，即： 则： 可见，混油可进入A油罐，也可进入B油罐。

顺序输送,【例6-2】其它条件不变，L=1000km， ，求混油量，确定切割方案 4）求混油段长度 5）混油量 6）混油的处理 计算表明 而混油有66m3，因此需要建专门的混油罐顺序输送,顺序输送,关键是要在什么浓度下切割，才能使进入A油罐的B油刚好等于10m3，进入B油罐的A油刚好等于5m3呢？即： 可见，还必须掌握混油浓度KA与混油量的关系，以便根据油罐中允许混入另一种油量，来确定当终点浓度达到多大值时，就必须切割混油段，以进行油罐切换1）纯油罐中允许的混油量(P295) 某纯净油品是否允许混入另一种油品，允许混入的浓度大小，取决于两种油品的性质和油品质量指标的潜力两种油品混合后的质量指标与混油浓度之间并不遵守相加原则因此，两种油品交替输送之前，需在化验室进行不同浓度的混油调合，根据有关规定测定混油的性能，从而确定满足质量要求的最大允许混油浓度 P296（表6-5、6-6）,顺序输送,顺序输送管道，对所有可能交替输送的油品，都需要进行这样的性能测定，规定允许混油浓度，以便进行输送次序的安排和混油的切割与处理不同批次的油品，其质量指标也会变化，因此为确定允许混油浓度而进行的化验、分析工作是大量的经常性的工作。

A、B两种油品交替输送，作如下符号规定： 分别表示A油油罐的容积和B油油罐的容积， 分别表示进入A油中允许进入B油的浓度以及B油中允许进入A油的浓度顺序输送,,Q,顺序输送,（2）管道终点混油段的切割浓度 1）任意时刻： KAt＋KBt=1 t1时刻：KA=1，KB=0 2）dt时间内由管道进入A油罐的A油量为QKAtdt，B油量为QKBtdt 3）为了在管道终点接收混油，必须知道KAt2和KBA、以及油罐容量VA之间的相互关系混油头(P298) 根据管道流量和混油浓度分布，t2－t1时间内，进入A油罐的B油量为 流入A油罐的A油量,顺序输送,积分得： 用Z替代 另外，当时间为t2，接收混油头的A油罐被装满时，由 联解两式得：,顺序输送,式中： 当由化验确定了A油中允许混入的B油浓度KBA后，式中只有一个变量Z2，可由试算法或图解法求得，KBA与和Z之间的图形关系如图6-17（P300）所示 求得Z2后，可由浓度计算公式确定管道终点混油浓度KAt2顺序输送,管道终点A油浓度达到KAt2时，流入A油罐内的B油量已达到允许的最大值VB，此时必须转换油罐，使后来的混油进入混油罐对某一顺序输送管道，可根据KBA、 在图上查出Z2，并由Z2查出必须切换油罐的管道终点混油浓度KAt2。

应该说明的是，在推导公式中曾假定，在t2瞬时A油罐中的B油量达到最大允许值VB，同时A油罐刚好被装满实际上，这两个条件很难同时满足，在A油罐中的B油量达到VB时，A油罐往往未被装满，这时需要往A油罐中补充纯净的A油，在油罐内调制后才能达到A油的质量标准顺序输送,混油尾 在t2时刻以后，管道的混油进入混油罐到时间t3，管道终点流出的混油中，大部分是B油，只掺有一小部分A油，这一剩下的混油尾可以收入B油罐内故时间t3和相应的管道终点混油浓度KAt3为混油尾的切割浓度按照混入B油罐的A油量不超过B油罐所允许的最大混油量VA和B油中所允许混入A油的浓度KAB，用上述方法同样可求得切割混油尾时的管道终点浓度KAt3，即,顺序输送,混油段 在在t2到t3这一段时间内的混油进专门的混油罐，其体积为 现把以上所述过程归纳如下： 1）切割混油头（进入A油罐）的管路终点浓度KAt2,顺序输送,2）切割混油尾（进入B油罐）的管路终点浓度KAt3 3）进入混油罐的混油量,顺序输送,查图,顺序输送,由计算可知，在管道终点，KA由100%～76%的那一部分混油（也称混油头）可以切入A油（汽油）罐，KA由76%～38%的那一段混油切入混油罐，KA为38%～0%的那一部分混油（也称为混油尾）可以切入B油（煤油）罐。

在顺序输送管道的实际生产中，由于混油尾较长、为了保证后行油品罐内的油品质量，一般混油尾的切割浓度小于理论计算值KAt3，实际切割浓度的取值与油品的输送顺序、管内流态等因素有关顺序输送,（3）混油的接收与销售 1) 理想的情况是把混油段切割为两段前段进A油罐，后段进B油罐，其好处是可不设置专门的混油罐，减少了混油损失，而且还减少了混油处理等一系列业务，方便了操作因此，在工艺条件许可的情况下，应尽量把混油段切割为两段那么在什么条件下可把混油段切割为两段呢？两种油品性质比较相近，允许的混入浓度较高，以及油罐的容积较大在这些条件下，按是上述方法计算的结果，必然是 ，此时 ，Vgh=0 将全部混油切割为两段，收入两种纯净油品的储罐内，不仅使操作简便，减少混油损失，而且管理方便，简化了混油处理过程另外，制定切割方案时，一般总是往售价较高的油品中切入的混油量多一些，以减少混油的贬值损失顺序输送,在这种情况下，混油可以分两段切割因汽油价格高于煤油，为减少混油的贬值损失，理论上应选切割浓度为KAt2=47％即在保证汽油质量的前提下，把较多的混油切入汽油罐即将KA=47%之前的混油切入汽油罐，KA＝47%～0%的混油切入煤油罐。

查图,顺序输送,2）一般情况 当交替中的两种油品性质相差较大，相互间允许的混油浓度比较小时，只有一小部分混油头和混油尾的油品可直接进入纯净的油品储罐内，而中间部分的混油段需进入单独设立的混油罐例如顺序输送汽油和柴油时，一般把大部分为汽油的混油部分和大部分为柴油的混油部分分别切入两个混油罐，以便把混油不断掺入其它纯净的汽油或柴油罐中进行销售当油品在管道中间有大量分输时，进入末站的汽油和柴油量较少，本站储罐内可能会积存大量的混油为满足管道正常运行对储罐容量的要求，可以把混油运输至最近的炼油厂加工处理同时，应对本站补充同样数量的商品油，以便完成油品供应计划顺序输送,在成品油管道的末站也可以设常压分馏装置，把混油分馏成汽油和柴油馏分试验表明，这种常压馏分的特性已相当接近相应的商品成品油，可以大量（10%～30%）混入商品油而不致破坏油品质量此种方法可以减少销售和运输混油造成的损失 （4）实际工作中混油的切割 虽然，应用公式和图表可以算出需要切换油罐时的管道终点油流浓度和KAt2和KAt3，但公式和图表均以理论浓度曲线为依据，它与实际的浓度分布有一定的差别实测的浓度曲线存在很长的混油尾痕，其长度与所输油品性质、输送顺序、流速、站内管汇、干线起伏情况等一系列因素有关，难以准确计算。

顺序输送,上述计算的管道终点切割浓度，只能在管道设计时对管道终点的混油处理提供一个初步的依据在运行的顺序输送管道上，寻找管道终点切割浓度最可靠的方法是在接近终点的管道上，检测实际的混油浓度的变化曲线，并根据A油罐允许混入的B油量VBA和B油罐中允许混入的A油量VAB，用数值积分法寻找切割点图6-8 由实测的混油浓度分布找混油的切割点,顺序输送,6.4 最优循环次数 在顺序输送的输油管道中，为减少混油损失，总是按油品的物理-化学性质相接近的程度来安排输送次序 一般而言，若管道输送m种油品，按油品性质接近的程度安排输送次序如下： 循环、循环周期、循环次数 在一个循环内，形成混油段的数量,顺序输送,最优循环次数的确定应从建造、经营油罐区的费用和混油的贬值损失两方面综合考虑 顺序输送m种油品，在一次循环内输送第一种油品的时间为t1、输送第二种油品的时间为2t2、……输送第m种油品的时间为tm，则完成一次循环所需的时间，即循环周期为,顺序输送,在该循环内不输送第一种油品的时间为 在该段时间内，首站必须设置的第一种油品的容量为： 在该段时间内，末站必须设置的第一种油品的容量为： 若输油管道沿线共有s个进油点分别与相邻的炼油厂相连接，在T－t1时间内第1种油不能进输油管。

各进油点储存第一种油品的储罐总容量应为,顺序输送,若输油管道沿线共有r个分油点，同样各分油点需设置的第一种油品的储罐总容量应为 因此，为协调产、运、销之间的平衡，全线各站需增设的油罐。