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大型油罐入口管油品防靜電安全流速的確定

文檔作者：李小月吳鋒劉德俊高吉慶文檔來(lái)源：遼寧石油化工大學(xué)石油天然氣工程學(xué)院		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年06月16日
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2第01443年卷第1月1 期 當(dāng) 代 化 工
Contemporary Chemica]Industry
VO]．43． N0．1
January，201 4
大型油罐入口管油品防靜電安全流速的確定
李小月，吳 鋒，劉德俊，高吉慶
(遼寧石油化工大學(xué)石油天然氣工程學(xué)院， 遼寧撫順1 13001)
摘 要：油流沿管線(xiàn)前進(jìn)過(guò)程中，與管內(nèi)壁發(fā)生摩擦將產(chǎn)生靜電。流速過(guò)大，由摩擦產(chǎn)生的流動(dòng)電流增大，
進(jìn)罐時(shí)帶入油罐內(nèi)的靜電量將增大，為進(jìn)站油罐安全儲(chǔ)存帶來(lái)隱患。且管線(xiàn)各油品大都處于紊流狀態(tài)下進(jìn)行輸
送，油品流速大小決定著靜電形成量。為確保進(jìn)站油罐的安全儲(chǔ)存，依據(jù)理論及經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算分析大型油罐入
口管道的直徑對(duì)安全輸送流速的影響，并對(duì)兩種公式所得計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較，確定算例中油品在不同管徑下輸
送時(shí)的進(jìn)罐安全流速，為今后實(shí)現(xiàn)油品的安全輸送及儲(chǔ)存提供理論依據(jù)。
關(guān)鍵詞：大型油罐；入口管；油品；靜電；流速
中圖分類(lèi)號(hào)：TE 972 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1671—0460(2014)0l一0146—03
Determination of the M aximum Permissible Oil Flow Speed in Inlet
Pipeline of Large Oil Tank for Avoiding Electrostatic Generation
LIXiao-yue， WUFeng， LIUDeojun， GAO Ji—qing
(School ofPetroleum Engineering，Liaoning Shihua University,Liaoning Fushun 113001，China)
Abstract：With the running of oil in the pipeline．static electricity can be generated by friction between oil and pipeline
The friction creates more current with the increase of oil flow speed SO more electricity iS brought into tanks。which
will cause great danger．Most running oil in pileIelines iS in the state of turbulent flOW,SO oil flow speed decides the
amount of static electricity．In this Paper，in order to ensure the safety of the oil tanks，impact of entrance diameter on
oil flow speed in pipeline was analyzed by theoretical and experienced equations，then results calculated by tw o
equations were compared．the maximum permissible oil flow speed of the example was determined，which Can provide
theoretical basis for safe transportation and storage of oil in future．
Key words：Large volume oil tank ；Inlet pipeline；Oil；Static electricity；Flow speed
原油及各類(lèi)成品油主要采用管道輸送”。 ，同時(shí)
由輸送過(guò)程中產(chǎn)生的靜電p餓脅著油品進(jìn)站油罐的
安全儲(chǔ)存。在油罐內(nèi)油品液面沒(méi)浸沒(méi)人口前，流速
應(yīng)小于1 m／s，當(dāng)罐內(nèi)油品液面沒(méi)浸沒(méi)入口后，管內(nèi)
流速才能適當(dāng)增大 ，以此針對(duì)浸沒(méi)后的安全輸送
流速進(jìn)行分析。油流在管內(nèi)前進(jìn)的過(guò)程中與管壁的
連續(xù)摩擦，使沿線(xiàn)不斷形成靜電并逐漸積累，若形
成的流動(dòng)電流不導(dǎo)人外界，最終流動(dòng)電流隨油流進(jìn)
入進(jìn)站儲(chǔ)罐內(nèi)。當(dāng)管線(xiàn)的流量較大時(shí)，即油流流速
較高，將產(chǎn)生更大的流動(dòng)電流，進(jìn)站時(shí)帶入油罐內(nèi)
的靜電量將增加。對(duì)浮頂油罐 q而言，當(dāng)油品帶人
罐內(nèi)的靜電與油罐壁的感應(yīng)電荷所產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)超過(guò)
油罐內(nèi)氣體所能承受的場(chǎng)強(qiáng)時(shí)，氣體則被擊穿而放
電；各油品的物性參數(shù)及輸送所采用的管線(xiàn)直徑不
同將導(dǎo)致管線(xiàn)安全流速存在差異。因此，計(jì)算分析
各油品在某管徑內(nèi)的安全輸送流速對(duì)油罐的安全儲(chǔ)
存具有重要意義。
1 建立數(shù)學(xué)模型
1。1 理論計(jì)算
管內(nèi)油品流速的大小取決于輸送流量的大小，計(jì)
算各油品的安全流速目的在于確保進(jìn)站油罐的安全儲(chǔ)
存?，F(xiàn)以油庫(kù)接收長(zhǎng)輸管線(xiàn)不同油品為研究對(duì)象，確
定大型油罐滿(mǎn)罐充油時(shí)各油品的進(jìn)罐安全流速。
依據(jù)雷諾數(shù)判斷油品的流態(tài)：
P ： 一
vcl f11
，， 。。
式中： P一雷諾數(shù)；
一油流流速，m／s；
d一管道內(nèi)直徑，m；
一油品的運(yùn)動(dòng)粘度，m2／s。
管線(xiàn)在層流流態(tài)下油品流動(dòng)電流飽和值：
is=fly (2)
式中：is-流動(dòng)電流飽和值，A；
Cl一電流系數(shù)，A．s2／m2。
收稿日期： 201 3-06—1 3
作者簡(jiǎn)介： 李小月(1988-)，女，遼寧鐵嶺人，在讀碩士研究生，2011年畢業(yè)于遼寧石油化工大學(xué)，研究方向：易凝高粘原油管輸系統(tǒng)優(yōu)化研
究。E-mail：897938896@qq．corn。
通訊作者：劉德俊(1967一)，男，副教授，碩士生導(dǎo)師，主要從事油氣集輸系統(tǒng)工藝技術(shù)及污水處理研究。
第43卷第i期 李小月，等：大型油罐入口管油品防靜電安全流速的確定 147
長(zhǎng)輸管線(xiàn)在紊流流態(tài)下油品流動(dòng)電流飽和值： 表2 兩種原油的物性參數(shù)
is=C2v d
式中：cl廣電流系數(shù)，A·s ／m ，(取3．75 X 10- A·s2／m )；
f ： 盟
∞
式中：r 時(shí)間常數(shù)，s；
EO一真空介電系數(shù)，F(xiàn)／rn，(其值為8．854~10。 F／m)；
￡廣油品相對(duì)介電系數(shù)(其值取為2)；
∞一油品的電導(dǎo)率，S／m。
(3)
(4)
原油的儲(chǔ)存主要采用浮頂油罐(油品無(wú)自由表
面1，滿(mǎn)罐充油時(shí)罐內(nèi)的電量：
Q=fsf (5)
式中： 罐充油時(shí)的總電量，C。
依據(jù)高斯定理 ，罐壁處電場(chǎng)強(qiáng)度與罐內(nèi)油品
總電量的關(guān)系：
．dS： (6)
以紊流流態(tài)下的輸油管道為研究對(duì)象，其數(shù)學(xué)
模型為：
? 仁 }
I E 5×10 kV／m
I Q 0
1．2 經(jīng)驗(yàn)公式
原西德化工協(xié)會(huì)得出，烴類(lèi)燃料管內(nèi)極限流速
公式 ：
d=O．64 f8)
2 算例及分析
某油庫(kù)接收由長(zhǎng)輸管道輸送的外來(lái)油品，采用
100 000 m 浮頂油罐儲(chǔ)存原油，浮頂油罐尺寸大小
見(jiàn)表1。現(xiàn)以接收兩種不同物性的原油為研究對(duì)象，
所接收油品的物性參數(shù)見(jiàn)表2，計(jì)算分析管內(nèi)各油
品在不同管徑內(nèi)的滿(mǎn)罐充油人口允許流速，并比較
由理論及經(jīng)驗(yàn)公式得出的進(jìn)站允許流速值大小。
表1 大型油罐尺寸
Table 1 Parameters of large oil tank
注： 為浮頂罐的體積；西為浮頂罐的內(nèi)直徑；hf為浮頂罐的罐高。
Table 2 Physical parameter of two kinds of oil
注： 為20℃時(shí)原油的運(yùn)動(dòng)粘度；P為2O℃時(shí)原油的密度
為原油的電導(dǎo)率。
依據(jù)雷諾數(shù)判斷管輸油品的流態(tài)，經(jīng)計(jì)算所輸
兩種原油的流態(tài)均為牛頓流體紊流。場(chǎng)強(qiáng)為0．5
MV／m 時(shí)對(duì)應(yīng)的油品帶電量即為允許帶入罐內(nèi)的最
大靜電量 。。，結(jié)果見(jiàn)表3。
表3 1O0 000 m。浮頂罐儲(chǔ)存各油品允許帶入罐內(nèi)
最大電量
Table 3 Maximum quantities of electricity of different oil
bring into 100 000 m oil tanks
罐類(lèi)型及油品 內(nèi)浮頂原油Q×10- ／C
允許帶人靜電量 1．757
表4 管道運(yùn)行參數(shù)與各油品允許流速的關(guān)系
Table 4 The relationship betw een pipeline running
parameters and oil field intensity in tank
表4管道運(yùn)行參數(shù)與各油品允許流速的關(guān)系。
從表4可以看出，對(duì)于大型浮頂油罐，隨著輸送管
徑的增加安全輸送流速逐漸減小。由于原油的電導(dǎo)
率較高時(shí)，其泄露電荷的速度較快，相同管徑下電
導(dǎo)率較高的原油入口允許流速較大，因此相同管徑
下的原油2較原油1的靜電安全允許流速大。
從圖1可以看出，當(dāng)輸送管徑一定時(shí)，電導(dǎo)率
大的原油，靜電安全允許輸送流速最大，且隨著輸
送管徑的增大各油品的允許流速都逐漸降低，且變
化量逐漸趨于平緩。對(duì)大型油罐滿(mǎn)罐充油時(shí)，當(dāng)油
品的電導(dǎo)率較大時(shí)(即泄露電荷的能力較大)，由經(jīng)
驗(yàn)公式得出的最大安全流速小于理論分析得出的流
速值，從而增加了油罐的接收油品時(shí)間。實(shí)際運(yùn)行
過(guò)程中的流速不一定在安全允許流速范圍內(nèi)，所以
當(dāng)其輸送流速大于理論輸送速度時(shí)，需采取相應(yīng)的
148 當(dāng) 代
措施或先泄露部分電量以保證油罐的安全儲(chǔ)存，以
免產(chǎn)生火災(zāi)事故。
化 工 201 4年1月
入口管道內(nèi)徑d／ln
圖1 不同輸送管徑下的
100 000 m。油罐入口允許流速變化關(guān)系曲線(xiàn)
Fig．1 The chart of 100 000 m oil tank inlet
M aximum flow rate under different pipe diameter
3 結(jié)論
對(duì)算例進(jìn)行計(jì)算分析可得：
?1原油中含雜質(zhì)較多，電導(dǎo)率較大的油品人
口靜電允許流速大。
(2)油品的靜電安全流速隨人口管徑的增大
逐漸減小，且變化量逐漸降低。
(3)當(dāng)計(jì)算大型浮頂油罐暗管充油的靜電安
全流速時(shí)，由經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算得出的結(jié)果較理論計(jì)算
得出的結(jié)果小，這時(shí)若按經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，則增加了
油罐接收時(shí)問(wèn)。
(4)當(dāng)一定管徑下的油品進(jìn)站帶電量超過(guò)最
大允許帶電量時(shí)，則在油品進(jìn)罐前應(yīng)先泄露部分電
荷再進(jìn)罐，以保證油品的安全儲(chǔ)存。
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(上接第145頁(yè))
圖5顯示了溫度沿帶保溫層熱力管道徑向從管
內(nèi)壁到保溫層外壁的變化情況。圖中顯示溫度的變
化總體分為兩個(gè)趨勢(shì)。第一個(gè)階段在熱力管道的內(nèi)
部，溫度從250℃的初始溫度減少的很少，在0
0．5之間溫度呈線(xiàn)性降低。第二個(gè)階段在熱力管道
外壁到保溫層外壁之間，呈線(xiàn)性降低，在0．5—5．5
之間，溫度從250℃降低到了50 c(=。溫度在整個(gè)
過(guò)程中符合簡(jiǎn)化邊界條件下的變化關(guān)系。
更清晰簡(jiǎn)潔的顯示溫度分希睛況。利用有限元軟
件得到保溫?zé)崃苎貜较虻臏囟确植荚茍D。(圖6)。
通過(guò)計(jì)算出的參數(shù)數(shù)據(jù)可知平面有限元分析結(jié)
果與理論值的最大誤差值為0．38％及接觸面處得溫
度249．86 oC。
4 結(jié)論
通過(guò)運(yùn)用ANSYS11．0有限元軟件，在固定的邊
界條件下，對(duì)帶保溫層的熱力管道進(jìn)行了一維穩(wěn)態(tài)
導(dǎo)熱分析，得到熱力管道和保溫層接觸面的溫度及
在給定邊界條件的溫度場(chǎng)。分析得到的結(jié)果為帶保
溫層的熱力管道的保溫層材料和厚度設(shè)計(jì)提供了
依據(jù)，為帶保溫層的熱力管道在工程應(yīng)用中節(jié)能設(shè)
計(jì)提供有效的幫助。值得指出此種分析方法的分析
過(guò)程簡(jiǎn)潔快速，得到的顯示結(jié)果直觀清楚。
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