王纪刚，丁小平，李 泓

（江苏三星科技有限公司，江苏 镇江 212200）

基于均匀出流电脱盐进油管式分配器的设计

王纪刚，丁小平，李 泓

（江苏三星科技有限公司，江苏 镇江 212200）

针对电脱盐分配管开孔管配油中存在的配油不均匀和能耗过高等问题，分配管基于均匀出流原理，提出了穿孔配油管异孔径开孔的方法，幵对其可行性进行分析。结合工程实例，提出穿孔管的分段异口径等距开孔的计算方法。

分配管； 水力计算； 分段开孔

在电脱盐罐内，如果分配系统和出油收集系统设计存在问题，就不能充分高效地利用整个罐体，往往在罐体内出现没有流体流动的“死区”或流动速度太快的“沟流”，在形成“沟流”的地方因速度太快将来不及沉降的水滴带出罐体，造成脱后原油含水含盐超标，同时也造成高压电场各处的负荷不平衡，特别是在高导电率的重质劣质原油加工过程中尤为重要。

电脱盐罐内原油进料方式通常有三种形式，分别为水相进料、油相进料及侧向进料。根据进料形式将进料分配器分为水相进料分配器、油相进料分配器和侧向进料分配器。

首先，在电脱盐罐内原油流量通过管式分配系统分配的原则是：

（1）分配油流从分配孔流出的速度不宜过大，以克造成对罐内油相的过度冲击。

（2）分配油流从分配孔流出的速度不宜过小，应保持油流有一定的喷出距离，使其在分配面上能达到均匀的流量分配。

进油分布器沿管道开设很多泄油孔，沿程从侧壁泄流，单位长度上的泄流量相等，使电脱盐脱水罐内油流分布均匀，有效利用电场，由于沿着油流方向存在能量损耗，不同位置等孔径孔口流量不同[1]。

本文将主要根据水力计算方法[2-4]讨论进油分布器开孔，幵举例计算电脱盐进油分配器开孔方法。

1 小孔流速与水头关系

单位重量的水或其他液体在流动过程中因兊服水流阻力作功而损失的机械能，即水头损失hw，具有长度因次。水头损失可分为沿程水头损失hf及局部水头损失hj两类。恒定均匀管流沿程水头损失达西－魏斯巴赫计算公式：

由于沿着管程方向存在水头损失，等孔径开孔的管道中顺水流方向孔口出流的流速和出流的流量是不断减少的，孔口流速和流量计算公式分别为：

式中：φ —孔口的流速系数；

μ—孔口的流量系数；

A —孔口的面积。

因此，为了使电脱盐脱水罐体内油流分布均匀，应适当增加后面孔口面积，使进油分配管的各个孔眼的出油量趋于相等。

2 管道输油的沿程水头损失

长度为L的进油分配管设计流量为Q，等间距开孔个数为n，均匀泄流量为Q/n，设第i 个孔口的流速为υi，第i +1个孔口到第i个孔口间管道的沿程水头损失为hi，进油分配管穿孔见图1。

图1 进油分配管水力简图Fig.1 Hydraulic Illustration of Perforated Pipe

进油分配管内油流速度比较大且恒定流量，可视其在紊流粗糙区相邻两孔口间管道内流量不变，第i个孔口到第i +1个孔口间管道的沿程水头损失为：

式中：α —管道比阻。

所以，管道输油的总沿程水头损失 hf为：

3 局部水头损失

原油在进油分配管内通过小孔不断分流，这些局部地方流动发生了分离，产生漩涡，漩涡的产生需要消耗机械能，这种损失只能发生在边界急剧改变前后的一段局部流程范围内，形成局部水头损失，由于泄油孔间较密，可以近似认为液流沿程以流量q=Qp/L均匀泄出（Qp为泄出总量）。

进油分配器一部分管段见图2，距起点O为X处的M点处分配管内通过流量将是：

水头总的损失：

图2 进油分配器管段Fig.2 Oil pipe section

当 QT=0时，管道总水头损失为，与上面所求的hf之差即为管道孔口处的局部损失之和，即：

由公式（8）可以看出，当n值较大即开孔数n较多时，局部水头损失很小，沿程水头损失是主要影响因素。

在实际施工中可以采用分段开孔法，即在孔口间距相等的基础上，将单元分配管一半分为三段（每段一般不超过8 m），管道分成了相等的3个管段(如图3所示)，每个管段上的孔口大小相同。

图3 沿程均匀泄流管路计算示意图Fig.3 Illustration of Calculating Evenly Along the Discharge Pipe

下面具体的计算方法。如图3所示，管长L为3.5米，流量为Q，则x处的流量为：

若顺油流方向两点足够近时，即视为x到x+d x管段内的流量没有变化，则此管段内的水头损失为：

分配管均分，每段管长为L /3，则每段的水头损失为：

进油分配管相邻两孔a和b，由于出油量可视为不变，孔a和孔b之间管段上的水头损失即为Ha与Hb之差。

由式（2）可得出

由式可依次求出υ3和υ2值，

利用 A=Q/υ可分别求出每段管道上的孔口面积A1、A2和A3

远端至近端孔径依次为Ф22、Ф20、Ф18，开孔个数为：

经圆整后远端至近端孔径依次为Ф22、Ф20、 Ф18开孔个数分别为6个，圆整后进油分配管总的开孔面积：

4 结束语

（1）原油电脱盐脱水进油分配管在沿水平方向两侧分别开设若干小孔，孔口直径依次增大，原油从这些小孔中均匀流出，进入电脱盐罐内，解决等口径不同段分配不均的问题，同时解决了等孔径流速高而引起的耗能问题。

（2）小孔出口油流速度的设计应根据罐体直径大小，视分布管在罐体内距罐内壁水平方向的距离或两排分布管之间的距离确定。若从分布管中流出的油流速度太快，原油经过分布管流出后，就可能直接冲刷到罐体内壁，引起罐内油水界面的搅动，在罐内形成反混。若油流速度太慢，原油就不能到达整个罐体的最大水平截面，引起油流短路，不能充分利用罐体的有效空间。

（3）将电脱盐脱水进油分配管分成不相等的几段，且顺油流方向依次增加管段的长度，简化了开孔计算，降低了施工难度。取消了倒槽式分配器，降低了成本。

［1］刘鹤年．流体力学［M］．北京：中国建筑工业出版社，2004.

［2］杨海涛，完颜华，王志芳，李海鹏. 穿孔配水管异孔径开孔方法的探讨[J]. 环境工程, 2008, 26(5): 65-67.

［3］唐朝春，孙亮，冯巍，杨卫权. 多孔配水管孔口出流量变化实验研究[J]. 南方况金学院学报，2004, 25（2）：54-56.

［4］陈水，张祥中，史华. 变孔径配水多孔管的设计[J]. 给水排水，2002, 28（10）：23-25.

Design of Oil inlet Pipe Distributor for the Electric Desalting Equipments Based on the Uniform Outflow

WANG Ji-gang，DING Xiao-ping，LI Hong
（Jiangsu Santacc Co., Ltd., Jiangsu Zhenjiang 212200, China）

For the openings of oil distribution pipe in the electric desalting equipments, there are problems of uneven distribution of the oil flow and high energy consumption. Based on the uniform distribution of oil flow, we proposed perforating the distribution pipe with different aperture openings and analyzed the feasibility of this method. Combined with engineering example, we proposed the calculation method of perforating different caliber pipe segments with equidistant openings.

Distribution pipe; Hydraulic calculation; Segment openings

TE 624

A

1671-0460（2014）10-2036-03

2014-07-30

王纪刚(1961-)，男，工程师，毕业于江苏广播电视大学，机械专业，现从事原油预处理设计和技术服务。电话：0511-88227896，E-mail：zjyzwjg@sina.com。