鄭旭洋 劉鐵志 尚東輝(中國(guó)石油管道公司濟(jì)南輸油分公司， 山東 濟(jì)南 250000)

0 引言

200 7 年，大港-濟(jì)南-棗莊成品油管道建成投產(chǎn)，管道全長(zhǎng)為678.92km，設(shè)計(jì)壓力為8.0MPa，設(shè)計(jì)輸量為300Wt/a。至今，實(shí)際輸量由每年100Wt逐漸增加至150Wt。中國(guó)石油管道公司濟(jì)南輸油分公司濟(jì)南輸油站，是港棗線的中間站，分輸量占全線輸量40%，較大的分輸量為觀察過濾器不同工況下運(yùn)行提供了充分的試驗(yàn)條件[1]。

1 過濾器工作原理

濟(jì)南輸油站所用過濾器為NLSV快開盲板型籃式過濾器，設(shè)計(jì)壓力8.4MPa，內(nèi)徑700mm。當(dāng)流體進(jìn)入置有一定規(guī)格濾網(wǎng)的濾筒后，其雜質(zhì)被阻擋，而清潔油品則由過濾器出口排出完成對(duì)油品的過濾。在過濾器上下游分別設(shè)有取壓點(diǎn):P1、P2。當(dāng)差壓P(P=P1-P2)大于報(bào)警值時(shí)，SCADA 系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警，提示運(yùn)行人員清理過濾器。根據(jù)生產(chǎn)中的觀察，當(dāng)流量L<250m3/h時(shí)，差壓報(bào)警提示較為正常(桶內(nèi)雜質(zhì)存量達(dá)到清理標(biāo)準(zhǔn))；當(dāng)250

2 壓差阻力的運(yùn)用設(shè)想

由上述分析可知，管徑不變的情況下，流速與流量成正比關(guān)系，大流量下的流體在通過濾網(wǎng)時(shí)，轉(zhuǎn)換成的壓力勢(shì)能越大。由此提出設(shè)想:在介質(zhì)與濾網(wǎng)接觸之前，消耗桶內(nèi)介質(zhì)的機(jī)械能，從而減少壓力勢(shì)能。受流體力學(xué)經(jīng)典課題——圓周繞流問題[1]啟發(fā)，嘗試在過濾器正對(duì)上游管道出口處加裝葉片型直板。如圖1所示。

圖1 葉片型直板示意圖

流體繞流物體時(shí)會(huì)受到摩擦阻力和壓差阻力，當(dāng)雷諾數(shù)較小時(shí)，摩擦阻力起主要作用，當(dāng)雷諾數(shù)較大時(shí)，壓差阻力起主要作用。以筆者所在濟(jì)南站汽油輸送的一般工況為例計(jì)算:汽油20℃的運(yùn)動(dòng)粘度為0.76×10-6mm/s，體積流量300m!/h，換算成V=0.21m/s，管徑d355.3mm=0.355m； RE= dV/v=(0.21×0.355)/0.76×10-6=98092，流動(dòng)形態(tài)為湍流，柴油較其稍小，數(shù)值為24850，均屬大雷諾數(shù)狀態(tài)。這里主要利用到壓差阻力(形狀阻力)，在繞流時(shí)若物型的迎流面曲率較大，如上文所述平板邊緣的情形，背流面會(huì)較早發(fā)生邊界層分離現(xiàn)象，在葉片后部產(chǎn)生漩渦。

大雷諾數(shù)繞流物體表面分為三個(gè)流場(chǎng):①外部勢(shì)流區(qū)；②邊界層；③尾渦區(qū)，而濾網(wǎng)所在處是尾渦區(qū)，尾渦區(qū)內(nèi)的流體由于漩渦的存在，流體質(zhì)點(diǎn)碰撞激烈，受到很大的能量損失，局部水利損失增加導(dǎo)致流體通過濾網(wǎng)時(shí)，轉(zhuǎn)換的壓力勢(shì)能較之前大幅降低，減少了濾網(wǎng)上的水頭壓力。同時(shí)，邊界層分離產(chǎn)生的漩渦又可以對(duì)濾網(wǎng)端面上的雜質(zhì)沖刷，加速沉積，保證濾網(wǎng)端面的通過面積。上下游差壓基本保持一致，以期達(dá)到消除誤報(bào)警現(xiàn)象。

3 實(shí)踐應(yīng)用及效果檢驗(yàn)

繞流物體所受壓差阻力與迎流面積有關(guān)，理論上可以采取垂直于流向的葉片，使迎流面積最大，達(dá)到壓差阻力最大化，考慮到在實(shí)際的生產(chǎn)、設(shè)備維護(hù)中操作人員的便捷問題，采取了向內(nèi)部有一定傾斜角度的葉片作為被繞流物體，即轉(zhuǎn)化成流體繞流大攻角平板[2]的問題。如圖2所示。

圖2 流體繞流大攻角平板受力示意圖

壓差阻力計(jì)算公式為FD=1/2CDρU2A,其中，ρ、U為密度、來流速度，均為常數(shù)，A為迎流面積，文中不考慮升力分量系數(shù)，根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)試驗(yàn)公式CD≈2sin2α，阻力分量系數(shù)CD約等于攻角正弦值平方的2倍，適用件為雷諾數(shù)在104～106的不可壓縮流體大攻角繞流(汽油re=98092，柴油稍大，均符合使用條件)。即通常工況下，壓差阻力只與攻角角度正相關(guān)?？筛鶕?jù)實(shí)際工況調(diào)整角度達(dá)到所需效果，站內(nèi)所取角度約為45°。安裝之后，在大流量輸送批次L>300時(shí),未發(fā)生過誤報(bào)情況。加裝直板后，誤報(bào)現(xiàn)象消除，解決了運(yùn)行人員面對(duì)報(bào)警時(shí)因無法判斷過濾器內(nèi)雜質(zhì)數(shù)量而頻繁清理的問題，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。

4 實(shí)際應(yīng)用注意的問題

①在停輸后，及時(shí)清理過濾器，避免過濾器內(nèi)雜質(zhì)沉積過多清理困難，做好下次輸油的準(zhǔn)備工作。

②安裝時(shí)應(yīng)注意葉片直板的固定螺栓不要太長(zhǎng)，導(dǎo)致貼合不好，介質(zhì)分流到排污管線，造成堵塞。

③定期檢查葉片直板的安裝強(qiáng)度，以防輸油過程中脫落，對(duì)設(shè)備造成損害。

5 結(jié)語

在實(shí)際生活中，壓差阻力的存在往往帶來了一些負(fù)面的影響，如何消除或者避免壓差阻力一直以來都是研究者關(guān)心的課題，列舉壓差阻力反向應(yīng)用的一個(gè)實(shí)例，主要分析了減小壓差阻力影響程度，人為地增加阻力損耗，減少對(duì)濾網(wǎng)的壓力勢(shì)能，達(dá)到生產(chǎn)需要。以期用逆向思維解決問題的方法給相關(guān)行業(yè)工作人員一些啟示，發(fā)揮主觀能動(dòng)性，用理論指導(dǎo)實(shí)踐，處理實(shí)際問題。

[1]賀禮清.工程流體力學(xué)[D].石油工業(yè)出版社,2004.

[2]姜海波,曹樹良,程忠慶.平板大攻角繞流升力和阻力系數(shù)的計(jì)算[J].2011.