曹津线顺序输送混油分析与计算

曹津线顺序输送混油分析与计算

于霜杰

国家管网东部原油储运有限公司 江苏 徐州221108

摘要

目前我国已经形成了一个较为完整的原油输送网，但是对于长距离的输送或者是大量的原油输送还存在一些问题，比如混油段问题。本文以曹津线原油管道为例，通过探讨曹津线原油管道在顺序输送过程中产生混油段的原因和影响因素，提出相应的建议，达到减少曹津线顺序输送混油段，提高输油效率的目的。

1.顺序输送的描述

顺序输送是原油管道多种运行方式中的一种，具体定义为：在一条管线中，多种油品按照输油计划，分批次连续进行输送。相比于其他的运输方式，顺序输送有很多优点，比如输量大，费用低等。因此，顺序运输得到了很大的推广。为了让原油管道得到充分的利用，一条长输管道可以连接多家下游炼厂，将各种原油进行顺序输送，从而降低输油成本。

2.混油段产生的原因

原油在顺序输送时，前后两个油品之间会有一个混油页面。由于不同种类的原油的物理化学性质存在差异，管线中的两种油品的油品分子会透过混油页面进行扩散运动，最后形成一种区别于两种顺序输送原油的新的油种，就产生了混油段。

3.混油界面的检测方法

目前我们有以下几种方法用于检测输油管线中的混油界面：

3.1油头表计算

目前我们最常用的方法时，根据累计输量与管容之比，通过公式计算，可以得出混油界面目前距首站的距离。之后还可以根据输量，推算出混油界面到达下一站的时间。

q/Qi=l/L    (1)

t=(Qi-q)/Q  (2)

式中q—该油品的累计输量，m³；

Qi—管线管容，m³；

l—混油界面距首站的距离，km；

L—管线总长度，km；

t—混油界面到末站所需时间，h；

Q—流量，m³/h。

例如，曹津线管容为90180m³，正在输送巴士拉轻和科威特两种油品，由巴士拉轻切换为科威特的时间为6月11日17:52，到6月12日14:00科威特油品的累计输量为53151m³，利用公式（1）可得，目14:00时混油界面在曹妃甸出站约114.93km处，利用公式（2）可得，大约6月13日4:02混油界面到天津站。

3.2密度检测

不同的油品密度不尽相同，我们如果要检查管线中混油界面的位置，可以通过在线监测油品密度的方法。当油品密度发生变化，从一个稳定的区间变化到另一个稳定的区间时，我们可以判断混油页面通过，油品发生了变化。

3.3记号型界面检测

我们还可以通过监测记号物质来判断混油段的位置。首先我们选择染色剂、惰性气体等作为记号物质，将记号物质溶解在有机溶剂里，得到示踪物。之后当首站油品交替时，将示踪物注入混油段，这样示踪物就会跟随混油段一起输送，这样我们根据记号物质的位置就可以推断出混油段的位置。

3.4压力检测

我们还可以利用输油过程中压力的规律变化来检测混油段的位置。当混油段到达中间两个相邻的压力监测点（例如中间阀室的前后压力）时，会对这两个压力监测点的压力产生影响。当相邻两个监测点压力呈现出相反的变化趋势时，混油段正在通过。

4.曹津线管道顺序输送混油量的计算

曹津线管道目前常用的输油方式是密闭常温输送。这种输油方式下的混油量与原油的理化性质有关。我们随机选择杰诺与沙中两种油品，计算曹津线管道顺序输送这两种油品时会产生的混油量。计算的过程中我们选择使用Austin 和Palfrey 经验公式[1]。具体公式如下：

Re＞Rej ，C=11.75d0.5L0.5Re-0.1 （3）

Re＜Rej ，C=18 384d0.5L0.5Re-0.9（4）

其中：

Re= 4Qdv （5）

Rej= （6）

混油的运动黏度v 由以下经验公式计算：

lglg(v×106+0.89)=lglg(vA×106+0.89)+lglg(vB×106+0.89) （7）

V=C（）2 （8）

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—混油段的运动黏度，m2/s；

vA—前一油品的运动黏度,m2/s；

vB—后一油品的运动黏度,m2/s。

该公式设定了一个理想状态，即在一条平坦的管道上对两种油品进行连续输送，只讨论雷诺数和混油量之间的关系。曹津线管道的管径d=914mm，带入公式（6）得曹津线临界雷诺系数Rej=13.47×104。由公式（3）、（4）得，当Re>13.47×104 时，混油量与流量成正相关，雷诺数越大，混油量越小；当Re<13.47×104 时，混油量与流量成负相关，雷诺数越小，混油量越大。

查阅资料得，杰诺的运动粘度vA=18.89×10-6m2/s，沙中的运动粘度vB=8.19×10-6m2/s。通过公式（7）得，当曹津线顺序输送杰诺和沙中混油时，混油段运动黏度v=16.56×10-6m2/s，此时混油段长度C=3607.15m， 由公式（8）可得混油量为V=7435.26m3。

5.影响混油量的因素

通过查阅资料和在实际运行中我们可以总结出，主要有以下几个方面会对混油量的多少产生影响：

5.1初始混油量的影响

原油顺序输送的过程中，为了提高工作效率，油品切换是在不停输的情况下进行的。进行油种切换输送时，我们在前一油种输送的同时向管道中注入后一油种，再逐渐切断前一油种的供给，这样会造成短时间内两种原油同时进入管道，产生初始混油量。油种切换的越快，初始混油量就越少。

5.2不同油品的粘度差

不同的油品粘度不同，在顺序输送时产生的混油量也不一样。这就要求我们在顺序输送时要考虑油品的理化性质。理化性质越相近的油品，产生的混油量越小。此外，当同样两种油品进行交换输送次序输送，所产生的混油量，差值可达10%~15%。我们在进行顺序输送时要考虑油品的输送次序。

5.3输送距离的影响

原油在输送的过程中，油品输送的距离与油品流动的速度是成负相关的，距离越长速度越慢。这会导致油品的流态发生变化，增加混油量。同时，地势起伏的管段，对油品也会有一定的影响。由图（2）我们可以看出，曹津线管道并不是一路平坦的，在出站方向有一个最高点，中间穿越河流时有两个低点。混油段在经过低点前会有一段距离的陡降，使油品流动的速度发生变化，从而增加混油段。

5.3停输的影响

油品在停输的状态下，由于重力的影响，会使流体产生分层。对于混油页面中的油品来说，重力作用会使油品中重的组分下沉，轻的组分上浮，从而加速了两种油品的混合，混油量也会随之增加。停输的过程中，如果混油段处于上坡或者下坡的管段，会加速油品的混合，增加混油量。

6.降低混油量的措施

通过分析，有以下几种措施用于减少曹津线原油顺序输送过程中产生的混油量：

（1）在罐容允许的情况下，提高批次量，增加每种油品每次的输送量，减少原油输送的批次，减少顺序输送中油品的改变次数，可以有效降低混油量。

（2）减少初始混油量，在保证安全生产的前提下，首站切换油品时要提高效率，加快阀门开关的速度。

（3）通过加大原油输送的速度，并且保持其在快速流动下的稳定性。

（4）粘度差会增大原油顺序输送过程中的混油量。因此应尽量选择理化性质相近的油品进行输送[2]。

（5）减少停输时间，尽量保持不间断输送，减少停输造成的混油量。如果需要计划停输，可以用单一油品将管段充满，或者将混油段输送至平地，减少因地势原因造成的混油段。当界面坡度较大时，如果必须停泵，则低密度油应在顶部，高密度油应在底部。

7.结论

本文通过对原油顺序输送过程中混油段产生的因素进行了分析，并且针对影响混油段的几大因素提出了改进策略。综上所述，为了提高曹津线原油管道输送的效率，改进目前原油顺序输送中存在的问题，我们要积极对输油现状做出改变，学习国外先进技术，合理输送原油，不断提升原油顺序输送的效率和水平，让曹津线管道为祖国石油事业做出更多的贡献。

参考文献：

[1]吕静，顺序输送系统模拟与分析，西南石油学院硕士学位论文，2002

[2]吕坦，成品油管道顺序输送混油分析与模拟研究，西南石油大学硕士学位论文，2014