成品油是个大家族,最常见的有汽油、柴油,其中汽油又分为92号汽油、95号汽油、98号汽油等,柴油则分为0号柴油,-10号柴油等。除此之外,还有航空煤油、润滑油、溶剂油等。这就产生了一个问题:不同油品的市场需求量不同,如果管道运输时每种油品都修建一条管道,不仅管道利用率低,而且建设成本和运行维护成本太高,经济性太差了!于是技术人员想到一个聪明的办法:让不同油品在管道中排队往前走,也就是成品油顺序输送。
大家可能会想:“油品是液体啊,不可能像人那样听话,一个跟着一个往前走,多种油品接触之后是要混在一起的呀!”实际上确实如此。油品顺序输送过程中会产生泵站混油和管道沿程混油,而沿程混油占绝大部分。相邻两种油品在管道内流动时,因管道内不同部位油品的流速、密度不同,以及分子扩散作用而引起相互混合,这种混合在油品界面处逐渐向前后扩散,形成混油段。混油段开始形成时,长度增长较快,随后增长会逐渐变缓。这是因为后行油品刚进入管道时,与前行油品的直接接触界面处,两种油品的密度差最大,致使混油长度增长迅速,而随着混油段的伸长,其两端与前后行油品的密度逐渐接近,于是,混油长度的增长就越来越缓慢。
是否有办法减少混油量呢?当然有!对输送油品进行合理排序,就是一种非常有效的方法。油品排队通常遵守两个原则:一是相邻油品基本物理化学性质相近,密度和黏度等物性指标要逐渐缓慢变化,这样既可以减少混油,也不致使输油工况发生明显波动;二是一种油品混入另一种油品后,不会产生有害的变质,特别是不能使油品质量的敏感指标(如含铅量、闪点等)发生恶化改变。相比于相邻油品分子扩散引起的混油来说,成品油管道因相邻油品速度差产生对流效应导致的混油会剧烈得多,因此成品油管道运行时一般要保持足够的输量,保证油品速度在截面上基本一致。此外,管道要尽量减少启停操作,避免因油品速度变化发生不必要的混油。尤其是管道停输时混油界面刚好停在坡道上,又恰巧坡顶段的油品密度大于坡底段的油品密度,因重力差引起的对流混油现象会更剧烈,极易发生意外混油事故。
成品油管道具有多分支、多出口的特点,其通常以炼油厂为起点,通过分输站向管道沿线城市或依托支线管道向更远的城市及铁路、公路、水路运输枢纽持续供油。成品油顺序输送过程中,管道中的油品是不断变化的,使得管道及泵站的流量、压力等输油参数随时都在变化。而各批油品依次进入管道系统,以及在中间站或输油末站开展分输油品等作业,都会使整个管道系统的运行参数发生变化,使得管道运行工况持续处于不稳定之中。因此,成品油管道系统必须具有灵活而有效的控制和调节措施,以保证安全输油并保持在最佳工况下运行。
成品油管道有两个问题尤为重要:一是如何在持续变动的工况下,跟踪各批次油品的油头位置,从而实现在分输站或输油末站准确地将不同油品切换到对应的支线管道或储油设施;二是如何切割及处理混油。
油头跟踪方法主要包括:(1)密度型检测系统。通过在线密度计持续监测油品密度,根据油品密度变化判定混油界面。依其检测原理可以分为浮子式、振动式、超声波式三种,其中浮子式和振动式较常用。(2)光学界面检测系统。利用不同油品对光的折射率不同来检测油品界面,适用于密度差很小的情况,如两种汽油的混油界面。(3)超声波型界面检测系统。利用油品密度与声速的关系检测油品界面,通过准确测量超声脉冲经过油品时的速度来实现。(4)电容型界面检测系统。利用电容电池两极测量油品介电强度来检测油品界面。将探测体与管道分别作为电容电池两极,通过连续或定时检测管输油品的电容变化,可准确检测出油品之间的界面。(5)示踪检测法。将含有示踪物质的有机溶剂在首站注入混合界面,在末站利用检测设备对示踪物质进行检测,根据示踪物质浓度变化判定混油界面。根据示踪物质种类不同可以分为荧光记号法和气体记号法两种。
对于同种油品不同牌号的混油,通常利用油品质量余量进行切割,将三分之一混油切入高标号油品中,三分之二混油切入低标号油品中,如针对90号汽油与95号汽油的切割,虽然部分油品降级使用,但汽油总量并没有净损失。对于油品物理化学性质差别较大的不同油品的混油,通常切成三段,混油头部切入前行纯净油品中,混油尾部切入后行纯净油品中,中间部分切入专用的混油罐中等待以后处理。对于切割出来的混油,主要处理方法是回掺。成品油产品通常具有一定的质量潜力,可以在这种潜力范围内掺入混油。此外,还可以在末站或混油集中站进行蒸馏分离,若条件允许,也可以送回炼油厂回炼。