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        原油順序輸送工藝混油問題探討

        2022-11-11 09:02:44許昊東
        遼寧化工 2022年10期
        關(guān)鍵詞:混油首站貨主

        許昊東

        (中海油國際貿(mào)易有限責(zé)任公司,北京 100027)

        不同性質(zhì)的原油具有不同的煉化特點,對應(yīng)著不同的加工方案。煉廠的裝置結(jié)構(gòu)和運行方式由加工原油的性質(zhì)決定,盲目摻煉會導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量下降、裝置效率降低、裝置壽命縮短。分輸分煉已成為業(yè)內(nèi)共識,能夠充分發(fā)揮不同原油的加工優(yōu)勢,提升煉廠經(jīng)濟效益,考慮到我國龐大的常減壓加工能力,分輸分煉避免了巨大的經(jīng)濟損失。

        原油分輸是通過管道順序輸送實現(xiàn),順序輸送是指在同一條管道內(nèi),將不同物性的原油按照一定批量和次序連續(xù)輸送。順序輸送在滿足分輸?shù)那疤嵯?,使管道得到最大程度的?yīng)用,提升管道運營企業(yè)經(jīng)濟效益。在順序輸送過程中,在兩種不同原油的接觸區(qū)不可避免地發(fā)生混油現(xiàn)象,影響原油的質(zhì)量指標(biāo),造成一定的混油損失。目前順序輸送研究多集中于成品油領(lǐng)域[1-3],研究原油順序輸送的混油問題,對生產(chǎn)活動具有重要實際意義。

        1 工藝應(yīng)用

        1901年管道順序輸送工藝得到應(yīng)用,順序輸送工藝至今已非常普遍。國內(nèi)較早使用順序輸送技術(shù)的原油管道是湛茂輸油管道,湛茂管道1980年投產(chǎn),起自湛江輸油站,終至茂名石化,全長115 km,管道外徑529 mm。在20世紀(jì)80年代便應(yīng)用順序輸送技術(shù)分輸大慶油、勝利油和中東進口原油,輸送油種達20 余種。東黃復(fù)線是我國第一條自動化輸油管道,1986年投產(chǎn),起自東營首站,終至黃島油庫,全長248.5 km,管道外徑711 mm,從1998年開始,東黃復(fù)線停輸勝利油而改輸進口油,中東地區(qū)阿曼、沙特、科威特、伊拉克及阿聯(lián)酋等國進口油從黃島上岸,通過順序輸送,去往齊魯石化,到達東營站后繼續(xù)向西去往濟南、滄州、洛陽等地?zé)拸S。魯寧輸油管道起自臨邑縣,終至儀征市,全長657.5 km,具有重要戰(zhàn)略意義,2002年9月進行了混合原油(勝利油與進口原油混合)與進口原油順序輸送的實驗,能夠?qū)ⅫS島上岸的進口原油純凈地輸送至下游煉廠。甬滬寧輸油管道2004年建成投用,全長666 km,與魯寧管道相接,共同形成了貫通南北的輸油大動脈,采用常溫密閉順序輸送工藝,向鎮(zhèn)海石化、上海石化、高橋石化、金陵石化、揚子石化等煉油廠輸送40 余種進口原油,鑒于高橋石化以加工高硫原油為主,揚子石化、金陵石化以加工低硫原油為主,甬滬寧輸油管道主要按原油含硫量劃分批次輸送。我國西部原油管道均采用順序輸送工藝。服務(wù)獨立煉廠的管道運營企業(yè),順序輸送更是必不可少,山東境內(nèi)煙淄管道2016年建成投用,起自煙臺西港首站庫區(qū),全長540 km,服務(wù)華星、正和、京博、金誠、匯豐等獨立煉廠,輸送原油品類近60 種??傊凸艿理樞蜉斔图夹g(shù)是發(fā)展的需要,具備廣闊的應(yīng)用前景,而混油問題需要更加精細化的研究[4-10]。

        2 混油的計算與檢測

        2.1 混油影響因素

        管道順序輸送過程中的混油包括初始混油、沿程混油、過站混油、停輸混油和意外混油。正常輸送條件下,沿程混油是最主要的混油方式。

        2.1.1 原油流態(tài)影響

        管道中原油流態(tài)對混油量的影響至關(guān)重要。原油在管道中以兩種流態(tài)形式存在,即層流和紊流。

        層流流動時,管道軸心原油的流速大于管道內(nèi)壁處原油的流速,形成速度楔形,后行原油鉆入前行原油形成楔形油頭,在油品比重差作用下,楔形油頭偏離管道軸心,在分子擴散運動作用下,油品交界區(qū)域濃度趨于均勻,形成大量混油,混油量可能是管道容積的若干倍。順序輸送不應(yīng)在層流狀態(tài)下運行。

        紊流流動時,管道截面上流速可以接近平均流速,抑制楔形油頭的形成。理論和實踐表明,隨著雷諾數(shù)的增加,紊流中層流邊層的厚度變薄,紊流核心部分逐漸占據(jù)管道截面,混油量開始下降;當(dāng)雷諾數(shù)超過某數(shù)值時,混油量幾乎不隨雷諾數(shù)變化,層流邊層的厚度極薄,紊流核心部分基本占據(jù)管道截面,此時造成混油的主要原因是紊流擴散作用。順序輸送應(yīng)在紊流狀態(tài)下運行。

        2.1.2 輸送次序影響

        在其他管輸條件一致的情況下,黏度小的原油頂替黏度大的原油產(chǎn)生的混油量,大于黏度大的原油頂替黏度小的原油產(chǎn)生的混油量,差值在10%~15%之間。這是由于黏度大的原油在管壁上附著油層厚,當(dāng)黏度小的原油為后行油時,附著在管壁上的黏度大的原油容易混入黏度小的原油,增大混油量。

        2.1.3 初始混油影響

        在輸油首站交替輸送原油時,先開啟后行原油儲罐閥門,在后行原油油罐閥門打開的過程中,逐漸關(guān)閉前行原油油罐閥門,因此在油罐切換短暫的時間內(nèi),形成初始混油。初始混油量的大小取決于切換油罐的速度、油泵入口處管道的布置和首站輸量。初始混油對短距離管道末站的混油量影響很大,對長距離管道末站的混油量影響不明顯。

        2.1.4 中間泵站影響

        混油段經(jīng)過中間泵站或分輸站時,受站內(nèi)管道存油、站內(nèi)管道閥件和過濾器擾動、泵內(nèi)葉輪剪切等作用影響,混油段長度會增加。

        2.1.5 停輸影響

        事故或計劃內(nèi)維修都會造成管道停輸,此時管道內(nèi)紊流脈動消失,在前行油和后行油密度差的作用下,混油段截面上的油品會在垂直方向上移動,表現(xiàn)為輕油向上運動,重油向下運動,導(dǎo)致混油量增加。如果停輸時混油界面所處地勢海拔高差較大,且密度大的油品處在高處,混油量會有較大增加。

        2.1.6 其他影響因素

        由于紊流擴散作用,混油段長度會隨著輸送距離的增大而增加。原油在輸油管道中通過翻越點時,容易在翻越點后出現(xiàn)液柱分離現(xiàn)象,即在翻越點后的管道內(nèi)發(fā)生不滿流現(xiàn)象,混油流量增多。

        2.2 混油量計算

        Austin 和Palfrey 統(tǒng)計分析順序輸送管道大量生產(chǎn)數(shù)據(jù),不考慮輸送次序?qū)煊偷挠绊?,將前行原油體積分?jǐn)?shù)為99%~1%范圍內(nèi)的混油長度定義為混油段的長度,給出混油量的經(jīng)驗計算公式。

        式中:Re是—混油段雷諾數(shù);

        Rel是—臨界雷諾數(shù);

        C—混油段長度,m;

        d—管道內(nèi)直徑,m;

        L—管道長度,m;

        e—自然對數(shù)的底;

        Q—流量,m3·s-1;

        υ—混油段運動黏度,m2·s-1;

        υA、υB—前行和后行原油的運動黏度,m2·s-1。

        管道生產(chǎn)運營企業(yè),可根據(jù)生產(chǎn)數(shù)據(jù),建立適合所屬管道的混油段長度計算公式,如甬滬寧管道就建立了適合自身的混油段經(jīng)驗計算公式。

        2.3 混油界面檢測

        可以通過公式計算,對混油界面進行跟蹤和到達終點站時間預(yù)報?;煊徒缑娴狡疠斒渍镜木嚯xL(km)與起輸站累計流量∑Q (m3)、管道內(nèi)徑d(mm)有如下關(guān)系:

        如果此時起輸首站瞬時流量為Q,混油界面到達管道終點末站所需時間為T(h),首站到末站管道容積為V(m3),有如下關(guān)系:

        混油界面的檢測主要通過密度檢測實現(xiàn),根據(jù)不同原油的密度確定混油界面是最常用的方法。在進站端安裝線密度分析儀,通過線密度儀對來油密度進行嚴(yán)密監(jiān)視,分析來油密度變化確定混油界面。也可以在進站端安裝超聲波密度檢測儀判斷來油密度變化,其原理是聲波在不同原油中的傳播速度不同,但由于聲波在油品中傳播速度與溫度、壓力有關(guān)系,需要提前對輸送油品進行不同溫度、壓力下的聲波速度標(biāo)定,目前超聲波檢測方法作為最先進的界面檢測技術(shù)被應(yīng)用廣泛。

        若進站端沒有安裝線密度儀或超聲波密度檢測裝置,可以通過檢測來油進站壓力變化的方式判斷管道內(nèi)混油段,并通過人工取樣密度測定進行驗證分析,通過壓力判斷混油段的原理是,在輸送條件一致的情況下,管道內(nèi)壓力與來油密度成正比,東臨復(fù)線順序輸送混油段檢測便通過此方式完成。

        混油界面的檢測還可通過檢測記號物質(zhì)實現(xiàn)。將作為記號的物質(zhì)溶解到與管輸原油類似的有機溶劑中,再將溶劑從首站注入前行油和后行油的界面,通過檢測記號物質(zhì),掌握混合油段。常見的記號物質(zhì)分為熒光型和氣體型。

        3 混油的切割

        混油的切割方案需要根據(jù)前行油和后行油是否為同一貨主,進行區(qū)分討論,合理的切割方案能夠提高原油加工經(jīng)濟效益,同時避免糾紛。

        當(dāng)前行油和后行油為不同貨主擁有時,如果前行油和后行油物性相近,一般情況下可輕微降低對原油品質(zhì)的要求,以保障不同貨主的貨物數(shù)量為主,在混油體積分?jǐn)?shù)為50%的界面切割即可。如果前行油和后行油物性差異或商業(yè)價值差距較大,以原油和石腦油順序輸送為例,在混油體積分?jǐn)?shù)在50%的界面切割,將原油和混油切入原油貨主原油罐,將石腦油切入石腦油貨主石腦油罐,將另一部分混油切入石腦油貨主原油罐,如此可保證不同貨主貨物數(shù)量、石腦油貨主石腦油的純凈度,但石腦油貨主不可避免地損失一部分石腦油。

        混油切割方案需要混油量計算、跟蹤預(yù)測、識別等手段作為支撐,同樣需要考慮貨主實際油品罐容情況,做出最優(yōu)的切割方案。

        4 減少混油的措施

        順序輸送原油時,應(yīng)盡量提高輸送流量,確保在紊流狀態(tài)下輸送原油,杜絕在層流狀態(tài)下輸送原油,減小沿程混油段長度。

        合理安排油品輸送的次序。應(yīng)該用黏度較大的油品頂送黏度較小的油品;盡量安排物性相近的原油順序輸送,油品性質(zhì)越接近,兩種油品允許的互相混入量就越大,產(chǎn)生的混油易于處理;盡量加大每種油品的一次輸送量,減小順序輸送的批次。

        在首站切換油品時,在不造成水擊的前提下,盡量縮短開關(guān)閥門時間,如用球閥代替閘板閥,采用快速遙控的電動或液動閥門,由操作熟練的工人進行油品切換,最大程度降低初始混油段長度。

        管道應(yīng)盡量減少旁接油罐,采用密閉輸油工藝,簡化中間站流程,減少中間泵站對混油量的影響。

        盡可能避免在管道運行時中途停輸,在順序輸送過程中,停泵次數(shù)越多混油量越大;如果無法避免中途停輸,應(yīng)將混油界面控制在平坦地段,如果停泵時混油界面必須處于坡度較大的地段,應(yīng)使密度小的油品在上,密度大的油品在下,避免高差和密度疊加作用差導(dǎo)致停泵混油量增加。

        可以在前后油品界面加入隔離物,將前后油品隔離開,常見的隔離物是隔離球和隔離液。隔離球是一種彈性球,但需要管道直徑統(tǒng)一;隔離液是一種聚合物,其擴散系數(shù)遠小于交替油品的擴散系數(shù),操作簡便,對管道無特別要求。

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