CN109991396A - 一种考虑盲管段影响的成品油管道混油长度的计算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种考虑盲管段影响的成品油管道混油长度的计算方法，通过临界雷诺数将A油和B油这两种流体的流动状态区分开来，并判段两种油品的混油特点，从而选择公式来计算混油长度，公式中含拖尾油长度。本发明考虑了输油管道沿程阀室和泵站产生的拖尾油对混油的影响，进一步提高了混油量计算的精确度，更好地指导混油切割作业，节约成本、提高效率。
Description
技术领域
本发明属于成品油顺序输送混油长度计算领域，尤其因阀室或泵站产生的盲管段对混油长度的影响，即成品油长距离输送产生的混油长度计算方法。
背景技术
在成品油顺序输送的过程中会产生混油，在切除混油时往往会忽略拖尾油对油品质量的影响。由于拖尾油的存在会造成相当多的混油。拖尾油形成的原因主要有两种，一种是层流边界层的影响，另一种是死油段或管道起伏段滞留的前行油品。层流底层的传质过程制约着由粘度差异而导致的速度分布变化，进而影响前后两种油品间混油的形成。在顺序输送过程中，前行油品所形成的边界层会慢慢掺混进后行油品，形成拖尾油。
成品油长输管道有许多阀室和泵站，油品在经过这些阀室、泵站时会形成死油段，当后行油品流经充满前行油品的死油段时，首先由于重力作用，后行油品进入死油区，前行油品从中流出，两种油品在接口处形成封闭交换流，这时引起混油的主要因素是对流传递。当死油段前行油品被替换了一半左右后，对流传递的影响逐渐减小，扩散传递开始发挥作用。在湍流扩散作用下，后行油品逐渐混入死油区，前行油品慢慢被替换。在这两个过程中湍流扩散进行的时间要明显大于对流传递，从死油区流出的前行油品会在主管中形成较长的拖尾油。
现有的混油长度计算公式未考虑盲管段产生的拖尾油对混油量的影响。盲管段产生的拖尾油会污染成品油，降低成品油的质量，在输油站场也无法做到精确切割混油段。
发明内容
本发明目的在于克服上述技术缺陷，提供一种更加精确的成品油顺序输送混油长度计算方法，该计算方法能够综合考虑因盲管段所形成的拖尾油对混油长度的影响，使得该式计算结果更加符合工程实际，实现输油管道混油的有效控制、节约成本、提高效率的目的。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种考虑盲管段影响的成品油管道混油长度的计算方法，通过临界雷诺数将A油和B油这两种流体的流动状态区分开来，并判段两种油品的混油特点，从而选择公式来计算混油长度，公式中含拖尾油长度。
作为优选方式，通过模拟和数据分析后，运用软件对盲管段油品替换时间、盲管长度和流速进行多元非线性拟合，得到混油长度计算公式。
作为优选方式，软件为matlab。
作为优选方式，包括如下步骤：
第一步：收集管道数据，根据管径壁厚计算出管道内径；由运行温度下的前行A油(油品A)与后行B油(油品B)的运动粘度计算出混油粘度；
第二步：根据管道内径、混油粘度、流速计算出混油临界雷诺数及混油雷诺数；
第三步：判断混油临界雷诺数与雷诺数之间的大小关系选择相应的混油长度计算式。
作为优选方式，运用matlab对盲管段油品替换时间、盲管长度和流速进行多元非线性拟合，得到如下式子：
其中T——盲管中油品替换所需时间，s；
V——主管段流速，m/s；
Lm——盲管长度，m。
作为优选方式，对于多个盲管的情况，前一盲管中的前行A油进入主管后势必会对管道中油品密度造成影响，进而影响后续盲管的油品携带速度和拖尾油长度；
利用模拟得到的数据，进行多元非线性拟合得到拖尾油长度C′：
C′＝[0.21ln(N)+0.96]TV
其中N——盲管数量，个；
T——盲管中油品替换所需时间，s；
V——主管段流速，m/s。
作为优选方式，只考虑混油段中油品质量不合格的部分，计算公式所计算的混油长度考虑前行油品体积分数大于1％的部分；
在6s-9s之间汽油体积分数汽油体积分数已低于1％，把前行油品浓度为99％-1％的两界面间的距离定义为混油段长度，对拖尾油长度C′进行进一步推导得：
C′＝9[0.21ln(N)+0.96]V
其中N——盲管数量，个；
V——主管段流速，m/s。
作为优选方式，当雷诺数大于混油临界雷诺数时混油长度计算公式为：
C＝11.75d0.5L0.5Re-0.1+9[0.21ln(N)+0.96]V
当雷诺数小于混油临界雷诺数时混油长度计算公式为：
其中C——混油长度，m；
N——盲管段数量，个；
d——管道内径，m；
L——管道长度，m；
Re——混油雷诺数；
V——流速，m/s；
其中Rej——临界雷诺数；
υA——A油在输送温度下的运动粘度，m2/s；
υB——B油在输送温度下的运动粘度，m2/s；
υ——混油的计算运动粘度，m2/s。
本发明的有益效果是：本发明考虑了输油管道沿程阀室和泵站产生的拖尾油对混油的影响，进一步提高了混油量计算的精确度，更好地指导混油切割作业，节约成本、提高效率。
附图说明
图1是本发明其他两种方法计算所得混油量相比较示意图。
图2是阀室和泵站内由于旁通而形成的盲管段示意图。
图3是本发明有盲管段影响的成品油管道混油长度计算方法的主要计算步骤。
图4是CFD模拟盲管混油的简化模型。
图5是模拟得到的拟合盲管中油品替换所需时间的数据。
图6是模拟得到的盲管数量对拖尾油长度影响的数据。
图7是不同密度下主管道混油量随时间变化曲线图。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
图2是阀室和泵站内由于旁通而形成的盲管段示意图，图4为CFD模拟盲管混油的简化模型。本发明提供的一种考虑盲管段影响的成品油管道混油长度的计算方法，通过临界雷诺数将A油和B油这两种流体的流动状态区分开来，并判段两种油品的混油特点，从而选择公式来计算混油长度，公式中含拖尾油长度。如图3所示为一个实施例的流程示意图。
在一个优选实施例中，通过模拟和数据分析后，运用软件对盲管段油品替换时间、盲管长度和流速进行多元非线性拟合，得到混油长度计算公式。
在一个优选实施例中，软件为matlab。
在一个优选实施例中，包括如下步骤：
第一步：收集管道数据，根据管径壁厚计算出管道内径；由运行温度下的前行A油(油品A)与后行B油(油品B)的运动粘度计算出混油粘度；
第二步：根据管道内径、混油粘度、流速计算出混油临界雷诺数及混油雷诺数；
第三步：判断混油临界雷诺数与雷诺数之间的大小关系选择相应的混油长度计算式。
在一个优选实施例中，运用matlab对盲管段油品替换时间、盲管长度和流速进行多元非线性拟合，得到如下式子：
其中T——盲管中油品替换所需时间，s；
V——主管段流速，m/s；e——自然常数，2.718；
Lm——盲管长度，m。
在一个优选实施例中，对于多个盲管的情况，前一盲管中的前行A油进入主管后势必会对管道中油品密度造成影响，进而影响后续盲管的油品携带速度和拖尾油长度；
利用模拟得到的数据，进行多元非线性拟合得到拖尾油长度C′：
C′＝[0.21ln(N)+0.96]TV
其中N——盲管数量，个；
T——盲管中油品替换所需时间，s；
V——主管段流速，m/s。
在一个优选实施例中，
在实际计算混油长度时，出于混油切割的需要，通常只考虑混油段中油品质量不合格的部分，出于对混油的定义和现场混油切割的需要，现有的计算公式所计算的混油长度也是考虑前行油品体积分数大于1％的部分，因此在公式推导过程中也只考虑这部分，后面大部分拖尾油对油品质量的影响可以忽略。
由图7数据可知，在6s-9s之间汽油体积分数汽油体积分数已低于1％，把前行油品浓度为99％-1％的两界面间的距离定义为混油段长度，对拖尾油长度C′进行进一步推导得：
C′＝9[0.21ln(N)+0.96]V
其中N——盲管数量，个；
V——主管段流速，m/s。
在一个优选实施例中，当雷诺数大于混油临界雷诺数时混油长度计算公式为：
C＝11.75d0.5L0.5Re-0.1+9[0.21ln(N)+0.96]V
当雷诺数小于混油临界雷诺数时混油长度计算公式为：
其中C——混油长度，m；
N——盲管段数量，个；
d——管道内径，m；
e——自然常数，2.718；
L——管道长度，m；
Re——混油雷诺数；
V——流速，m/s；
其中Rej——临界雷诺数；
υA——A油在输送温度下的运动粘度，m2/s；
υB——B油在输送温度下的运动粘度，m2/s；
υ——混油的计算运动粘度，m2/s。
本发明一种考虑盲管段影响的成品油管道混油长度的计算方法，对兰成渝管道输送情况进行分析，全线输量为21220.021t，终点混油量为334.109t。如图1所示，扩散理论计算混油量为396.785t，相对误差为18.8％；传统经验计算式计算得到混油量为314.415t，相对误差为5.9％。本发明计算结果为331.067t，相对误差为0.9％。本发明精确度更高。
本发明针对盲管段易形成拖尾油的情形，分析拖尾油的形成机理，将这一工程中实际存在的混油加以考虑，利用CFD软件对不同的流速及盲管长度的情况进行模拟得到混油相关实验数据，运用matlab软件对盲管段油品替换时间、盲管长度和流速进行多元非线性拟合，得到盲管段所产生的拖尾油长度，结合混油长度计算的经验计算式并考虑盲管段影响得到混油长度计算的一种新计算方法，进而使混油长度计算更精确，更好的指导现场的混油切割工作。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，应当指出的是，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种考虑盲管段影响的成品油管道混油长度的计算方法，其特征在于：通过临界雷诺数将A油和B油这两种流体的流动状态区分开来，并判段两种油品的混油特点，从而选择公式来计算混油长度，公式中含拖尾油长度。
2.根据权利要求1所述的一种考虑盲管段影响的成品油管道混油长度的计算方法，其特征在于：通过模拟和数据分析后，运用软件对盲管段油品替换时间、盲管长度和流速进行多元非线性拟合，得到混油长度计算公式。
3.根据权利要求2所述的一种考虑盲管段影响的成品油管道混油长度的计算方法，其特征在于：软件为matlab。
4.根据权利要求1所述的一种考虑盲管段影响的成品油管道混油长度的计算方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一步：收集管道数据，根据管径壁厚计算出管道内径；由运行温度下的前行A油与后行B油的运动粘度计算出混油粘度；
第二步：根据管道内径、混油粘度、流速计算出混油临界雷诺数及混油雷诺数；
第三步：判断混油临界雷诺数与雷诺数之间的大小关系选择相应的混油长度计算式。
5.根据权利要求1所述的一种考虑盲管段影响的成品油管道混油长度的计算方法，其特征在于：运用matlab对盲管段油品替换时间、盲管长度和流速进行多元非线性拟合，得到如下式子：
其中T——盲管中油品替换所需时间，s；
V——主管段流速，m/s；
e——自然常数，2.718；
Lm——盲管长度，m。
6.根据权利要求5所述的一种考虑盲管段影响的成品油管道混油长度的计算方法，其特征在于：对于多个盲管的情况，前一盲管中的前行A油进入主管后势必会对管道中油品密度造成影响，进而影响后续盲管的油品携带速度和拖尾油长度；
利用模拟得到的数据，进行多元非线性拟合得到拖尾油长度C′：
C′＝[0.21ln(N)+0.96]TV
其中N——盲管数量，个；
T——盲管中油品替换所需时间，s；
V——主管段流速，m/s。
7.根据权利要求5或6所述的一种考虑盲管段影响的成品油管道混油长度的计算方法，其特征在于：
只考虑混油段中油品质量不合格的部分，计算公式所计算的混油长度考虑前行油品体积分数大于1％的部分；
在6s-9s之间汽油体积分数汽油体积分数已低于1％，把前行油品浓度为99％-1％的两界面间的距离定义为混油段长度，对拖尾油长度C′进行进一步推导得：
C′＝9[0.21ln(N)+0.96]V
其中N——盲管数量，个；
V——主管段流速，m/s。
8.根据权利要求1所述的一种考虑盲管段影响的成品油管道混油长度的计算方法，其特征在于：当雷诺数大于混油临界雷诺数时混油长度计算公式为：
C＝11.75d0.5L0.5Re-0.1+9[0.21ln(N)+0.96]V
当雷诺数小于混油临界雷诺数时混油长度计算公式为：
其中C——混油长度，m；
N——盲管段数量，个；
d——管道内径，m；
e——自然常数，2.718；
L——管道长度，m；
Re——混油雷诺数；
V——流速，m/s；
其中Rej——临界雷诺数；
υA——A油在输送温度下的运动粘度，m2/s；
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υ——混油的计算运动粘度，m2/s。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20190709 |