下裝鶴管氣阻問題及其解決措施

油罐車在高溫季節(jié)和高原地區(qū)接卸汽油時經(jīng)常產(chǎn)生下裝鶴管氣阻現(xiàn)象導致罐車下部的油料不能下卸。針對這一問題分析了下裝鶴管氣阻產(chǎn)生的機理提出了下裝鶴管氣阻的幾種校核方法。根據(jù)分析與研究結(jié)果提出了提高當?shù)卮髿鈮毫Α�減小液體的氣化壓力、降低下裝鶴管油料的流速和下裝鶴管阻力損失等消除下裝鶴管氣阻的措施。

目前,國內(nèi)鐵路輕油罐車接卸油料均采用上部卸油法,即通過下裝鶴管從油罐車上部用泵或虹吸自流的方法卸油。在高溫季節(jié)和高原地區(qū),以此種方法接卸汽油經(jīng)常產(chǎn)生下裝鶴管氣阻現(xiàn)象,導致油罐車下部的油料不能下卸。氣阻現(xiàn)象嚴重影響了油庫的正常工作及鐵路運輸,增加了不安全因素,造成嚴重的經(jīng)濟損失。

下裝鶴管氣阻產(chǎn)生的機理

下裝鶴管中的油料在真空狀態(tài)下流動,下裝鶴管高點的真空度大。如果下裝鶴管高點的絕對壓力等于或小于油料的汽化壓力,油料即開始汽化,逸出的氣泡隨同油料流進泵內(nèi),使泵發(fā)生汽蝕。汽化嚴重時,在下裝鶴管的高處形成大量油蒸氣,阻塞液流,產(chǎn)生氣阻。下裝鶴管中容易產(chǎn)生氣阻的地方是其高點,在保證下裝鶴管高點處不產(chǎn)生氣阻的情況下,從下裝鶴管高點至油罐車液面的大垂直高度為:

[hx]max=---hw

pa—當?shù)卮髿鈮?Pa:221000。

7—輸送油料的重度,N/m3:

p—輸送油料在當?shù)馗哂蜏叵碌钠�化壓�?Pa:

h—下裝鶴管油料的流速,m/s:

g—重力加速度,.81m/s2:

hw—下裝鶴管阻力損失,m。

兩種下裝鶴管的卸油示意圖見圖1。由圖1可以看出,下裝鶴管易產(chǎn)生氣阻的危險點是C點,按式(1)計算出的hw應(yīng)是下裝鶴管ac間的阻力損失。當[hx]max≥ab時(ab為下裝鶴管高點至油罐車底部的垂直高度),下裝鶴管不發(fā)生氣阻:當[hx]max<ab時,下裝鶴管將產(chǎn)生氣阻。由此可以看出,解決下裝鶴管的氣阻問題實際上就是要增大[hx]max,或者減小ab,使得[hx]max大于ab。

圖1下裝鶴管卸油示意圖

下裝鶴管氣阻校核的目的與方法

1、下裝鶴管氣阻校核的目的

下裝鶴管氣阻校核的目的是使卸油者了解在當?shù)馗邷丶竟?jié)接卸汽油時是否會產(chǎn)生氣阻現(xiàn)象.產(chǎn)生氣阻的低油溫是多少.以便合理安排和組織卸油工作。

2、下裝鶴管氣阻校核的方法

利用式(1)計算當?shù)馗哂蜏貢r下裝鶴管大流量工況下的[hx]max。在保證下裝鶴管高點處不產(chǎn)生氣阻的情況下.如果[hx]max≥4m(下裝鶴管高點至油罐車底部的垂直高度).下裝鶴管不產(chǎn)生氣阻:如果[hx]max<4m.下裝鶴管將產(chǎn)生氣阻。將[hx]max=4m代入式(1).即可求出不產(chǎn)生氣阻時的大汽化壓力p。.查出其對應(yīng)的油溫即為不發(fā)生氣阻的高油溫。

3、下裝鶴管氣阻校核實例

昆明地區(qū)某油庫接卸70號車用汽油.密度p=720kg/m3.運動粘度v=0.6×10-6m2/s.下裝鶴管大流量Q=58m3/h.下裝鶴管流速。h=2.05m/s.下裝鶴管的水力坡度i=0.0505.計算長度為m(L=5m.Ld=4m).當?shù)馗哂蜏?C.該溫度下70號車用汽油的汽化壓力p。=65704.6Pa.當?shù)卮髿鈮簆a=80218.4Pa.現(xiàn)進行下裝鶴管氣阻校核.下裝鶴管氣阻校核示意圖見圖2。

圖2下裝鶴管氣阻校核示意圖計算表明.在昆明地區(qū)接收溫度為3C的70號車用汽油.當油罐車液面與下裝鶴管高點的垂直高度為1.3m時.下裝鶴管即產(chǎn)生氣阻。這時油罐車的液面距底部的高度為2.61m.即油罐車中還有2.61m高的油料無法下卸。

目前.消除下裝鶴管氣阻的措施之一是降低油溫.從而降低油料的汽化壓力。在設(shè)備和流量不變的情況下.油溫降到多少攝氏度就可以避免產(chǎn)生氣阻.這是一個需要分析的問題�，F(xiàn)取[hx]max=4m代入式(1).求出70號車用汽油不產(chǎn)生氣阻時的大汽化壓力p。.得到:p。=pa-7[hx]max--7hw

=8.18×1000×.81-720×.81×4

--720×.81×0.0505×=4726.(Pa)

根據(jù)上述計算結(jié)果.查70號車用汽油的汽化壓力曲線圖〔2〕.得出在該汽化壓力下所對應(yīng)的溫度為28C.即在當?shù)亟邮?0號車用汽油時.油溫低于28C就可以避免產(chǎn)生下裝鶴管氣阻。

消除下裝鶴管氣阻現(xiàn)象的措施

上述分析結(jié)果表明.消除下裝鶴管氣阻實質(zhì)上就是要使[hx]max≥ab。而ab的值是固定的.因此.只能從增大[hx]max上尋找突破口。分析式(1)可以看出.要增大[hx]max.就要增大pa.減小p。、。h及hw。因此.消除下裝鶴管氣阻的措施應(yīng)考慮以下幾個方面。

1、增大pa的措施

(1)密閉充氣加壓卸油法卸油時.作用在油罐車液面上的是大氣壓.為了增大液面壓力.下裝鶴管與油罐車上口之間需要進行密封.并向油罐車內(nèi)通入壓縮空氣.液面的表壓不應(yīng)大于0.05MPa。這一方法稱為壓力卸油或壓力卸車.因密封操作比較煩瑣.而且還給油罐車與下裝鶴管的對位增加了難度.現(xiàn)在已很少采用。

(2)氣動、液動潛油泵卸油法這兩種方法雖不增大液面壓力.但因潛油泵的增壓作用而使下裝鶴管內(nèi)油料處于較高壓力下流動.從而消除了氣阻及汽蝕現(xiàn)象.這與增大液面壓力的作用相同。

氣動潛油泵卸油法存在兩個較大的弱點.一是不能長時間連續(xù)工作,二是氣壓系統(tǒng)不易密封,現(xiàn)已很少采用。液動潛油泵卸油裝置主要由液動潛油泵和液壓站兩部分構(gòu)成,見圖3。液動潛油泵由液壓馬達和離心泵組成,其結(jié)構(gòu)見圖4。液壓站由防爆電動機、液壓油泵、油箱、溢流閥及管路附件組成。液壓站是液動潛油泵的動力源,將電能轉(zhuǎn)換成液壓能,液壓油通過油管驅(qū)動潛油泵液壓馬達,液壓馬達帶動離心泵運轉(zhuǎn)。

圖3液動潛油泵卸油裝置

1—液壓站:2—壓油管:3—回油管:4—棧橋:5—操縱元件:

6—下裝鶴管:7—膠管:8—罐車:—油泵

圖4液動潛油泵結(jié)構(gòu)圖1—泵體:2—葉輪:3—軸套:4—機械密封:5—泵蓋:6—輸油管:7—馬達液動潛油泵技術(shù)比較成熟,從根本上解決了氣阻、汽蝕問題,使用效果較好,其缺點是要進行較大幅度的工藝改造,投資費用較高及設(shè)備安裝操作復雜。

2、減小pv的措施

(1)降低油溫液體的汽化壓力p。隨溫度的下降而減小,因此,降低油溫可以減小汽化壓力p。,降低油溫的主要措施如下。

①夜間或凌晨卸油。這是高溫季節(jié)很多油庫目前采用的主要方法。該方法不需要增加任何設(shè)備,缺點是延長了油罐車在油庫內(nèi)的停留時間,且晚上作業(yè)不方便。

②人工冷卻。在油罐車上噴灑涼水,使之降溫。該方法需要增加設(shè)備并消耗冷卻水,且效果一般。

③混油降油溫。油罐車中的油料卸至某一高度后,將儲罐中溫度較低的涼油回流到油罐車中摻合后再卸油,操作時應(yīng)注意防止油罐車溢油。

(2)倒序混層卸油法〔1〕該方法是根據(jù)油罐車內(nèi)油料溫度上高下低的分布規(guī)律,采用倒序混層卸油裝置進行卸油的一種方法。先下卸油罐車上層的高溫油料,而后下卸油罐車下部的低溫油料,從而合理利用油料液位與溫度之間的特殊關(guān)系,有效消除了傳統(tǒng)卸油工藝中卸油后期產(chǎn)生的氣阻。

根據(jù)測量,油罐車內(nèi)部的油溫為上層高、下層低,而且只在上半部有變化,中、下部很少變化,可近似認為油溫為常數(shù),一般不超過35C。傳統(tǒng)卸油工藝是將下裝鶴管插入油罐車的底部,油料從下裝鶴管下端的進口經(jīng)下裝鶴管卸出,先被卸出的是油罐車下部的油料,后卸出的是表面油料。因此,這種卸油過程明顯存在高液位時卸低溫油料,而低液位時卸高溫油料的問題。由于這種卸油工藝不合理,在卸油后期,油罐車內(nèi)的油料溫度高而液位低,導致下裝鶴管上部的剩余壓力低于油料的汽化壓力,因此,在高溫季節(jié)極易產(chǎn)生氣阻而無法卸凈油料。

倒序混層卸油裝置的基本構(gòu)造見圖5。該裝置由內(nèi)套筒、外套筒、浮子及下部控制機構(gòu)等組成,可直接固定在下裝鶴管上。倒序混層卸油的過程為,開始卸油時,外套筒隨浮子處于上部,油料從浮子與外套筒之間的流道進入,經(jīng)套筒與下裝鶴管之間的環(huán)狀流道系統(tǒng)等一起納入改造項目。

下裝鶴管技術(shù)改造注意事項

林源站是東北輸油管道的重要中間運輸環(huán)節(jié),在實施技術(shù)改造過程中,必須注意以下問題。

(1)技術(shù)改造是在正常輸油生產(chǎn)的情況下進行的,應(yīng)統(tǒng)籌兼顧并合理安排施工,按照分期分批的施工程序組織施工。一般原則為,先進行異地新建部分的廠房和設(shè)備的預制與安裝,再進行就地部分的項目改造。就地改造項目也必須堅持先預制,再安排集中停輸?shù)脑瓌t,保證碰頭動火一次性完成,做到萬無一失,安全施工。

(2)在滿足東北管網(wǎng)輸量調(diào)節(jié)要求的前提下,站場工藝系統(tǒng)改造應(yīng)采用新的設(shè)計技術(shù),在保證各種功能的同時,簡化輸油生產(chǎn)工藝系統(tǒng)。

(3)設(shè)備選型應(yīng)與東北管網(wǎng)其他站場的設(shè)備協(xié)調(diào)一致,以增強各站間設(shè)備維修的互換性,降低維修成本。輔助工藝設(shè)備應(yīng)立足于經(jīng)濟合理并兼顧提升自動化、智能化水平。泵機組、調(diào)節(jié)閥門、高低壓保護閥和重要的工藝閥門等主要工藝設(shè)備,應(yīng)引進國外先進產(chǎn)品。

(4)儀表自動化應(yīng)采用SCADA系統(tǒng)。變電所應(yīng)采用PS6000綜合自動化控制系統(tǒng)。消防系統(tǒng)必須設(shè)置電視監(jiān)控系統(tǒng)、自動報警和滅火系統(tǒng)。整個油庫區(qū)應(yīng)設(shè)置陰極保護系統(tǒng)。

(5)大慶地區(qū)冬季長,春秋夏三季短,對工程施工影響較大。應(yīng)根據(jù)季節(jié)的變化,合理組織施工。

進入下裝鶴管。與此同時,部分溫度低的油料也會進入中部內(nèi)、外套筒之間的流道,起到混層降溫的作用,以防止因上部油溫過高在此造成氣阻。隨著卸油過程的進行,液面不斷下降,浮子和外套筒也隨著下降,當浮子下降至一定高度(一般為1.2~1.3m)時,外套筒下緣觸及下部流道控制機構(gòu)的頂桿在重力作用下,密封環(huán)被提起,使油料從內(nèi)套筒下部進入下裝鶴管,直至卸完。

圖5倒序混層卸油裝置的構(gòu)造

倒序混層卸油法的特點為,結(jié)構(gòu)簡單,設(shè)計合理,維修保障簡單易行,安裝使用方便,不需外部動力,費用低萬,方壽數(shù)命據(jù)長,運行安全可靠。

該方法的缺點是,在高原地區(qū)(大氣壓較低),當油罐車內(nèi)的油料溫度過高時,氣阻還會產(chǎn)生。

3、減小vh和hw的措施

(1)降低泵的排出閥開度或降低電機轉(zhuǎn)速,減小泵的流量。

(2)增加同時收油的下裝鶴管數(shù)量后,每根下裝鶴管的流速和阻力損失均會降低,但是,如果同時運行的下裝鶴管數(shù)量過多,也會增加操作難度。

(3)在滿足操作條件的前提下,應(yīng)盡量降低下裝鶴管高度,縮短長度,減少管路附件,增大管徑。減小。h和hw的措施只能作為一種輔助性措施,而單獨使用往往達不到預期目的。國內(nèi)油料儲運界對下裝鶴管氣阻問題進行了多年的研究和探索,提出過許多解決問題的方法,但目前仍存在許多不足之處。因此,應(yīng)當在充分了解每項措施的原理、效果及優(yōu)缺點的基礎(chǔ)上,結(jié)合本單位的實際情況,采取有效的消除下裝鶴管氣阻的措施。