油品顺序输送

介绍

在一条管道中按一定顺序连续输送多种油品的管道输油工艺。顺序输送的油品主要是汽油、煤油、柴油等轻质油品类，以及液化石油气类和重质油品类。同类油品中不同规格或不同牌号的油品，也可按批量顺序输送；不同油田的、不同性质的原油，按照炼制要求也可以采取分批顺序输送。根据油品顺序输送的要求，不同的油品之间可以用隔离器或隔离液隔离的方法输送；也可以用相邻的不同油品直接接触的方法输送。这两种方法都会产生混油现象。采用何种方法，由管道的起伏条件和允许混油量等而定。多种油品采用顺序输送与采用多条单一油品管道输送相比，具有明显的经济效益。且产生的混油可以采取技术措施予以处理。因此，油品顺序输送成为成品油长距离管道输送的主要方式。

发展概况 　19世纪末，美国首先采用顺序输送工艺输送了3种品级的煤油。20世纪30年代末,美国壳牌石油管道公司在伍德河到莱马的管道上，顺序输送比重相近的汽油和煤油，并在两种油品的界面处加进染色剂以监测混油界面。在40年代，随着顺序输送的混油机理和计算理论的逐步完善，世界上各长距离成品油管道广泛采用顺序输送工艺，其顺序输送的油品品种也多达10余种，包括的品级或牌号则有上百种。1980年底，中国广东省的湛江－茂名原油管道开始顺序输送不同含蜡量和含硫量的大庆油田和胜利油田生产的原油。近年来，为了充分利用成品油管道的输送能力，在法国和美国出现了将原油输入成品油管道与成品油一起顺序输送的管道，如法国的勒阿弗尔到弗尔农和到瓦朗谢讷的两条输油管道。

油品输送顺序排列原则 　总原则是相邻的油品，其基本物理化学性质要相近，以减少混油量。首先，相邻油品的重度和粘度值应逐渐变化，这样既可以减少油品的混合，也不致使输油工况发生明显波动；其次，一种油品中混入另一种油品后，不应发生有害的变质，尤其是对油品质量敏感的指标，如含铅量、闪点等。在油品输送顺序排列不符合这些原则时，可在两种油品间输入小批量的隔离油品，以起“缓冲”作用。美国科洛尼尔成品油管道系统采用的油品输送顺序，就是一个有代表性的实例，其顺序为：优质汽油→常规汽油→透平燃料→煤油→柴油→不含铅的汽油，后边的油品顺序再对称地返回，即以相反的顺序排列。法国成品油管道中成品油、原油输送顺序如图1所示。　混油的形成 　油品顺序输送过程中会发生泵站混油和管道沿程混油。沿程混油占输油管道中形成混油的大部分。发生混油的原因是油品在管内流动时，其断面流速分布不均匀，油品分子扩散和重度差的作用所引起油品界面处的互相混合。这种混合在油品界面处逐渐向前后扩散，形成混油段。混油段在开始形成时，其长度增长较快，以后的增长逐渐变得缓慢，这是因为后行油品刚进入管道时，与前行油品产生的直接接触界面处，两种油品的重度差最大，致使混油长度增长迅速，而随着混油段的伸长，其两端与前后行油品的重度已逐渐接近，故混油长度的增长就越来越缓慢。这一过程表明，长距离管道采用顺序输送比短距离管道有利。在层流状态下，流速分布不均匀而引起的边层滞缓和中心液流向前楔入现象,比紊（湍）流状态下明显得多,从而造成很长的混油段，所以应避免在层流范围内顺序输送。如果不能避开层流范围,又因沿程交油点多而流量逐渐减少,则应采取隔离措施。在紊流状态下，虽有紊流脉动的作用，但混油量仍比层流状态下要少得多。所以，在雷诺数(Re)较高的紊流区内输油，选择适宜的流速，是减少沿程混油的主要措施之一。两种油品输送排列顺序不同，沿程产生的混油量也不相同。图2为。　混油特征和混油量计算 　从起点站出现的初始混油段，两种油品的混合是不均匀的，在运行相当距离之后，逐渐形成为浓度均匀变化的混油段，通过中间泵站，均匀性仍不改变。混油段两端含同量他种油品的两个界面，称为对称浓度界面。例如各含他种油品 1%的两个对称界面,对于后行油品来说,即是1%～99%的浓度界面;对于前行油品来说,即是99%～1%的浓度界面。浓油段的浓度(KB)变化规律可以用混油特性曲线表示。图3 是以汽油、柴油为例的混油特性曲线，可以表示混油的一般特征:①对于50%混油浓度界面,混油段的前后两个部分并不对称；②被混油特性曲线分割的上下两个部分的图面之比，代表混油段内包含前行和后行油品的数量之比；③混油段的首部、中部和尾部之间有一定的比例关系，90%浓度界面以后的整个尾部，所含前行油品的数量只有百分之几，有“尾痕”现象，把混油段拖得很长；④不同对称浓度范围的混油长度在混油总长度中所占的比值大体为一定数。以图3为例,10%～99%对称浓度范围的幅度, 占1%～99%对称浓度范围总幅度的80%，但此范围内的混油长度却占不到混油段总长度的50%。利用上述混油特征再结合理论计算,可以为特定的油品顺序输送编制混油计算图表,指导混油段的分输和处理。

混油段长度C是与输送距离L的ɑ次方成正比的，即。式中C为一定对称浓度范围(一般取1%～99%)的混油长度；A为混油系数,与管径、油品粘度、重度和流速等因素有关；ɑ为混油指数,沿程混油的ɑ值近似等于0.4。若将通过泵站增加的混油也考虑进去,混油计算公式中多取ɑ=0.5，由此可得出。　油品的隔离 　为减少混油量，可在相邻油品之间采取隔离措施，放置隔离器或注入隔离液。有些输油管道采用隔离器后，可减少混油量70%～80%。隔离器的材质、结构、密封程度、投放数量和位置等，都会影响隔离效果。在雷诺数大的平坦管道中，可不采取隔离措施。

隔离器通常有隔离球和隔离塞两种类型。隔离球是一种内部注满液体具有弹性的人造橡胶球体，注液后的球径大于管道内径的过盈量为2%～3%，使球在管道中运行时能实现环带密封,并保持良好的通过性能。隔离塞是一种带有皮碗的圆柱状器具，隔离效果较好，但通过性能不如隔离球。隔离球的发送、接受和越站等设备和仪表，可与清管系统共同使用（见管道维修）。

最初使用的隔离液是一种物理性质同相邻油品相近的油品，注入被隔离油品之间，起“缓冲”作用。近年来，还采用不溶于被隔离油品和不影响被隔离油品质量的凝胶隔离液，比使用一般隔离液更为方便。

混油界面的检测 　根据油品相混达到一定浓度，其物理性质即发生一定程度变化的原理，检测混油界面的过站和到达终点，检测结果可以作为混油分输的依据。检测方法有密度法、介电系数法、油品着色法以及加放射性物质的标记法等。应用较广泛的检测仪器是超声波密度检测仪。超声波通过不同浓度的混油时，即可反映出不同的声时值，而相对声时值差反映出相对浓度差。据此可以描绘出整个混油段的混油特性曲线。中国的顺序输送管道所采用的双通道超声波检测仪，能测出汽油和柴油相混3‰的浓度差,可以准确地掌握混油段的运行。

油品的分输 　在中间或终点分输站里，根据混油检测信号，将纯油品和混油自动地分切开来。在不同情况下，分切的方法也不同。在中间分输站里，混油段不单独地分切出来，而是在管道中的某一个混油浓度界面上，将混油段分成两部分,一部分随前行的纯油进行分输,一部分随后行的纯油进行分输。如果纯油的批量相当大，或者进入的容器相当大，则这种分输方法的混油率只有千分之几，或更少。在终点站分输时，除采用上述方法外，还可以将混油的中间一部分单独地分切出来，再根据混油的浓度情况、纯油物理性质指标的“质量潜力”（在规定的质量指标限额以上的余量）等条件，按照允许的掺混率，将混油返掺进纯油里，这种方法应用较广。对于不允许用掺混方法处理的混油，可送到炼油厂回炼，或做降级处理。顺序输送航空燃料油时，要求在远距混油段的纯油中进行分切。

顺序输送工况特点 　顺序输送多种油品时，泵站和管道系统的工况是不稳定的，流量、压力等输油参数随时随刻在发生变化,这是顺序输送工艺的主要特点。图4描绘出汽油、柴油顺序输送工作系统的工作特性图，这个图表示出单一泵站中泵站与管道系统的工况变化。当所输的油品变换时，以压力(P)和流量(Q)分别为纵坐标、横坐标所构成的坐标系统表示的泵站特性曲线、管道特性曲线也随之发生变化。如果不控制流量，系统工作点是在“Ⅰ→Ⅱ→Ⅲ→Ⅳ→Ⅰ”的方框范围内变化，这个方框范围给出流量和压力的变化过程和边界数据。如果控制流量使之恒定,则系统工作点是在A-B-C-D直线范围内变化，其工况为AC→BC→BD→AD→AC。对于包含全部泵站的全线工作系统来说，在密闭流程中，系统工况变得更为复杂和不稳定。各批油品依次进入管道系统，以及在中间或终点分输油品等作业，都会影响全系统的运行参数。

由于顺序输送工况经常变动，要求输油系统必须具有灵活而有效的控制和调节措施，以保证安全输油并保持在最佳状况下运行。顺序输送时自动监控和管理的内容有：①编制油品输送顺序，确定油品批量，编制运行计划表，按照作业程序自动启停输油泵；②计算跟踪混油段,或在混油段过站时,投放隔离器或注入隔离液；③对运行参数进行监控和调节；④控制分支管道抽出的油品量；⑤自动控制油品分输、混油处理和质量监视等。