日仪管道顺序输送混油量分析与计算

田 远刘 靓

1.中国石化管道储运分公司 运销处 （江苏 徐州 221006)

2.中国石化管道储运分公司 华东管道设计研究院 （江苏 徐州 221006）

日照-仪征原油管道 （以下简称日仪管道）于2011年建成投产,管道总长度378km,管径914mm,干线设计压力8.5MPa，全线共设有5座输油站，年输量为 2000×104t，最大年输量为 3600×104t。 日仪管道是我国目前口径最大、输量最大、自动化水平最高的原油管道，投产后进一步完善了中国石化原油输送管网，减轻了甬沪宁和鲁宁管道的输油压力。

1 管道顺序输送产生混油的机理

在同一条管道内，按时间顺序连续地输送不同种类的油品，称为顺序输送。顺序输送时，两种油品在管道内流动中形成混合界面，油品的物性参数相差越大，混合界面越清晰，混油量越小。流态对混油量有很大的影响，流态不同，在输送过程中产生的混油量也大不相同[1]。

在层流时，管道内油品流动的轴心流速大于管内壁边缘流速，从而使后行油品呈楔形进入前行油品中，由于两种油品密度不同，后行油品的分子将通过前行油品界面，这种扩散使界面临近区域的2种油品密度趋于均匀。

在紊流时，管道截面上油品的流速接近平均流速，且扩散不单单存在轴向上，还存在径向上的扩散，对流传递不显著，从而减少了混油量。实验表明，随着雷诺数的增加，相对混油量下降。当雷诺数达到某一数值时，混油量随雷诺数的改变很小。

2 混油量的影响因素分析

2.1 油品性质及输送次序

顺序输送时，某一种油品其单位容积内允许另一种油品混入的数量与这2种油品的物性参数相关。油品性质越接近，2种油品互相允许的混入量就越大。在制订一个批次的输油计划时，应尽可能将密度相近，产生的混油易于处理的油品相邻排列输送。如轻质原油-重质原油-轻质原油。

黏度小的油品后行时混油量比前行时混油量多10%～15%。国内外的试验及输送中发现，油品交替时，黏度小的油品顶替黏度大的油品所形成的混油长度大于次序相反时的混油长度，2者比值在1.04～1.36之间，且随流速和输送距离的变化而不同。

2.2 输送距离

由于速度的不均匀性及分子扩散作用，混油长度的大小随着输送距离的增加而增大，通过大量的生产数据得到混油长度与输送距离间的经验公式:

式中 C—混油长度，m；

A—系数，随雷诺数的增大而减小；

L—输送距离，m；

x—小于 1 的混油指数(0.38＜x＜0.62，混油段经过的泵站次数越多，x越大)。

2.3 初始混油量的影响

在输油首站2种油品开始交替时，先开启后行油品储罐的阀门，后关闭前行油品储罐的阀门，实现输油批次的交替。在切罐的短暂时间内，2种油品同时进入管道，形成初始混油[2]。初始混油量的大小与切罐速度的快慢和首站输量有关。初始混油对短距离输送管道的影响很大，而对长距离输送管道的影响不明显。

2.4 停输对混油量的影响

管道运行时，可能会因事故或维修等情况造成管道停输。此时，相邻油品密度的差异就是混油量的决定因素。由于密度差的作用，较轻的油品将会向上运动，较重油品则向下运动，如果停输时混油段位于高度差很大的山坡，且密度大的油品位于高点，则混油量将会显著增加。

顺序输送的管道中可能存在不满管的流段，由于重新建立的流速断面以及紊流强度、扩散过程的变化，油品混掺与满管流时的情况不同，也会增大混油量[3]。流速和管道沿线温度的变化以及管道的分支与旁接都将影响输送中形成的混油量。所以为了减少混油量增大而带来的损失，必须从以上影响因素入手。

3 日仪管道顺序输送混油量的计算

日仪管道目前主要是常温密闭输送低硫、低凝的原油，输送的油品主要有凯萨杰、塞巴、阿曼和杰诺等原油。要确定顺序输送时混油量的多少，首先是确定相邻输送油品的性质。油品的物性参数如表1所示。

表1 日仪管道输送油品参数表

当日仪管道输送凯萨杰和阿曼的混油时，可以通过Austin和Palfrey经验公式进行计算，该公式不考虑输送次序对混油量的影响，把前行有拼接浓度为1%～99%的2界面间的距离定义为混油段的长度。

混油的运动黏度v由以下经验公式计算:

式中 Re—混油段雷诺数；

Rej—临界雷诺数；

C—混油段长度，m；

d—管道内直径，m；

L—管道长度，m；

Q—流量，m3/s；

V—混油量，m3;

v—混油段运动黏度，m2/s；

vA—前行油品在输送温度下的运动黏度,m2/s；

vB—后行油品在输送温度下的运动黏度,m2/s。

由公式（4）、（5）计算可得,当日仪管道（φ914mm×12.7mm）在顺序输送凯萨杰和阿曼原油时，临界雷诺数 Rej=12.98×104，通过混油量计算公式（2）、（3）可以得出Re与混油长度的关系。在日仪管道顺序输送过程中，若不考虑输送次序和初始混油量的影响，雷诺数是混油量大小的主要影响因素。当Re＞12.98×104时，混油长度随雷诺数的降低而缓慢增长；当Re＜12.98×104时，混油长度随雷诺数的降低而急剧增加。 因此可以得出结论:为了减少混油量，尽可能使该管段在大于临界雷诺数12.98×104时输送原油。

通过Austin经验公式（6）计算可得，当输送凯萨杰（vA=23.1×10-6m2/s）和阿曼（vB=37.0×10-6m2/s）混油时，混油段运动黏度v=29.13×10-6m2/s，此时混油段长度约为3753.71m，通过公式（7）可得混油量为2326.7m3。

通过以上计算可得日仪管道的混油量与输送距离和年输量的关系（图1）:当输送距离相同时，随着年输量的提高，混油量减少；当年输量确定时，随着输送距离的增大，混油量增加减缓，当输送距离达到一定值时混油量曲线将会趋于平缓。

4 减少混油的措施

（1）简化输油流程，尽量减少旁接油罐混油，尽可能采取密闭输送方式。

（2）油品交替时，尽量加大输送速度，保持流态在紊流状态下运行。

（3）合理安排输油次序，先输黏度小的原油，后输送黏度较大的原油。

（4）严格控制处于管道翻越点之后各泵站的进站压力，以避免不满流管引起混油量增加。

（5）在2种油品的接触界面处放隔离球或隔离塞，避免油品直接接触。

（6）尽量避免停输，若要停输尽可能是混油段停在平坦地段。若是高落差起伏大的管道，应考虑油品输送次序，使重油在下、轻油在上。

[1]杨莜蘅.输油管道设计与管理[M].北京:石油大学出版社,2006.

[2]王昆,陈保东,王占黎,等.管道顺序输送中混油及混油量的研究[J].管道技术设备,2007（2）:8-12.

[3]陈世一,崔艳星,崔艳雨.成品油管道顺序输送混油量的计算方法[J].油气储运,2007（8）:16-19.