順序輸送
順序輸送[1]是一種油品的管道輸送方式，具體定義為：在一條管道內，按照一定批次和順序，連續地輸送不同種類的油品的輸送方法，亦稱為「交替輸送」或者「混油輸送」。[2]
應用背景
一般而言，順序輸送工藝多用於石油產品（如：汽油、柴油、航空煤油等）的輸送，原因在於貿易市場的油品需求是多樣的，若對每一種油品均獨立鋪設管道，不僅工程投資大，而且輸送成本也很高，所以經濟適用的方法就是把輸送方向一致的多種油品沿同一條較大直徑的管道進行順序輸送。對於未經提煉的原油，由於其產地不同而使得技術參數差異也較大，為滿足煉油廠對不同品質油品的需求，亦較多採用順序輸送。除此以外，世界上也曾有過將原油和成品油、原油與液化天然氣或者成品油與液化天然氣進行順序輸送的成功案例。由於順序輸送可以最大限度地利用管道的運能，以此節約成本增加效益，並減低鐵路等其他運油方式的運輸壓力，因而在美國、俄羅斯和中國等國家被廣泛應用。[3]中國目前也有部分管道尤其是軍用的輸油管道使用順序輸送工藝。[4]
混油情況
產生與處理
在順序輸送的管道中，因不同的兩種油品交替輸送，所以在兩種物料的接觸區會發生一定混合效應從而產生混油。混油的理化性質同所需要輸送兩種油品都不相同。有時候不符合使用或者銷售的要求而須被作為廢料處理造成混油損失。混油損失量取決於多種因素，主要包括：兩種油品本身的性質差異程度、交替輸送過程中流體的流動狀態（層流或湍流）、輸送的次序以及管道本身的長度等。實踐資料顯示，一般而言在湍流狀態下輸送，混油量通常佔到管道總體積的0.5%—1%。在管道終點，所產生的混油分為混油頭、混油尾和混油段3部分。將混油頭切入前行油品罐中，將混油尾切入後行油品罐中，混油段用專用油罐儲存。然後將混油段的油品區分處理，一般可重新加工、調和或者降級使用。若交替輸送的兩種油品的性質足夠接近則有可能把混油切分為二，分別裝入兩種儲罐中，調和後使用或銷售。[2]
混油過程
兩種油品在管道內交替時，產生混油因素主要有2個：1是管道橫截面沿徑向流速分佈不均勻使後行油品鍥入前行油品中；2是管內流體沿管道徑向與軸向造成的湍流擴散導致。具體在層流和湍流時又有不同情況：
- 層流流動：層流輸送時，管道中心液體的的速度為管道無聊平均流速的2倍，後一種油品（設為：B）會進入前一種油品（設為：A）形成鍥型「油頭」，在橫截面上兩種油品分佈很不均勻，中心部分B濃度高，周邊部分A濃度高。在濃度梯度作用下和分子擴散運動作用下，A、B兩種油品分子分別從己方高濃度界面進入彼方高濃度界面，使得臨界（原本的鍥型油頭部分）A、B兩種油品的濃度接近均勻對等，因此層流狀態下，由於摩擦阻力形成的管道內物料流速不均是混油的主要原因，這種混油量很大，可達到管道總體積的數倍；
- 湍流流動：湍流輸送時，湍流的流心中部分流體的局部最大流速隨雷諾數的增大而接近於流體的平均流速，一般是平均流速的1.18—1.25倍。由於有激烈的湍流擾動，混油段各截面上的油品濃度相對均勻，不存在明顯的「油頭」，而在管道的邊界，由於流速較慢，雷諾數減小，流態接近層流，流層間的流速不同是造成混油的主要原因。試驗顯示，隨雷諾數（Re）增加，相對混油量（與管道總體積的比值）顯著下降，當Re>50000時，相對混油量改變很小。由於湍流狀態下（Re＞4000），油品在管道內混油量叫層流下顯著減小，因此一般情況下順序輸送都在湍流流態下進行，相關研究也關注湍流流態下的特性和改進方法。[5]
減少混油
減少混油有多重方法其中在工藝設計和操作上可以採用以下幾種思路優化，如：順序輸送作業應使流體出於湍流流態；其次還可簡化泵站流程，減少擾動裝置；儘量避免計劃內的中途停止作業（若停止輸送會造成不必要的更多混油）；確定合理的油品輸送次序和循環周期；採用從泵到泵的輸送工藝等。此外，還可以採用專門設計用於減少混油的設備，如：機械隔離器和液體隔離塞。[6]
機械隔離器
機械隔離器的原理就是跟着界面移動，同時隔開兩種不同被輸送的物料，避免兩種油品之間直接接觸，從而實現減少混油的目的。然而這是理想化的，實際過程中，由於油品在運動過程中存在不同的濃度和速度的梯度，即使隔離器隨着界面移動，也無法做到完全隔離鍥型界面，另外由於隔離器靠壓差推動前進，所以壓差導致的泄露也會造成混油。從1960年代以後，世界各地大量採用橡膠隔離球來減少混油，隔離球是一個厚壁中空的橡膠球體，壁厚為30—50mm，外徑比內經大1%—3%，充壓後大約大3%—5%，材料多選用丁腈橡膠、聚氨酯橡膠或者氯丁橡膠等。[7]
液體隔離塞
液體隔離塞是在兩種油品之間注入緩衝液以減少混油量。可以作為隔離的液體有：與被輸送的油品性質相近的第三種油品；兩種油品的混油；水或者有的凝膠體和其他凝膠。其中使用凝膠隔離塞不僅可用於順序輸送管道油品的隔離，也可用戶清除管道內沉積物、管道排空和管道壁的乾燥等。相比於機械隔離器，凝膠由於具有可形變的特點，因此可以很好地解決機械隔離通過變徑頭、彎頭所造成的不便，凝膠還因可以自我聚合，解決了機械裝置易在管道內損壞的不足。[8]
參見
參考文獻
- ^ 葉德峰等. 《中华人民共和国国家标准——输油管道工程设计规范 GB50253——2003》. 北京: 中華人民共和國建設部與中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局聯合發佈. 2003-06-10: P3.
- ^ 2.0 2.1 楊筱蘅、張國忠. 《输油管道设计与管理》. 東營: 石油大學出版社. 1996年8月: P161—P162. ISBN 7-5636-0866-4.
- ^ Peter Bontkes. Batching crude oil and NGL through a Canandian trukline. Pipe Line Industry. Jnue 1989.
- ^ 王寶誠. 野战输油管线的密闭输送与顺序输送. 石油學報. 1997年8月第一版.
- ^ 楊筱蘅、張國忠. 《输油管道设计与管理》. 東營: 石油大學出版社. 1996年8月: P163. ISBN 7-5636-0866-4.
- ^ 楊筱蘅、張國忠. 《输油管道设计与管理》. 東營: 石油大學出版社. 1996年8月: P185—P186. ISBN 7-5636-0866-4.
- ^ M.B.盧里耶等. 成品的油顺序输送与最优化[苏]. 北京: 石油工業出版社.
- ^ R.J.Purinton,etc. Practical applications for gelled fluid pipping. Pipe Line Industry. March 1987.