许昊东

（中海油国际贸易有限责任公司，北京 100027）

不同性质的原油具有不同的炼化特点，对应着不同的加工方案。炼厂的装置结构和运行方式由加工原油的性质决定，盲目掺炼会导致产品质量下降、装置效率降低、装置寿命缩短。分输分炼已成为业内共识，能够充分发挥不同原油的加工优势，提升炼厂经济效益，考虑到我国庞大的常减压加工能力，分输分炼避免了巨大的经济损失。

原油分输是通过管道顺序输送实现，顺序输送是指在同一条管道内，将不同物性的原油按照一定批量和次序连续输送。顺序输送在满足分输的前提下，使管道得到最大程度的应用，提升管道运营企业经济效益。在顺序输送过程中，在两种不同原油的接触区不可避免地发生混油现象，影响原油的质量指标，造成一定的混油损失。目前顺序输送研究多集中于成品油领域[1-3]，研究原油顺序输送的混油问题，对生产活动具有重要实际意义。

1 工艺应用

1901年管道顺序输送工艺得到应用，顺序输送工艺至今已非常普遍。国内较早使用顺序输送技术的原油管道是湛茂输油管道，湛茂管道1980年投产，起自湛江输油站，终至茂名石化，全长115 km，管道外径529 mm。在20世纪80年代便应用顺序输送技术分输大庆油、胜利油和中东进口原油，输送油种达20 余种。东黄复线是我国第一条自动化输油管道，1986年投产，起自东营首站，终至黄岛油库，全长248.5 km，管道外径711 mm，从1998年开始，东黄复线停输胜利油而改输进口油，中东地区阿曼、沙特、科威特、伊拉克及阿联酋等国进口油从黄岛上岸，通过顺序输送，去往齐鲁石化，到达东营站后继续向西去往济南、沧州、洛阳等地炼厂。鲁宁输油管道起自临邑县，终至仪征市，全长657.5 km，具有重要战略意义，2002年9月进行了混合原油（胜利油与进口原油混合）与进口原油顺序输送的实验，能够将黄岛上岸的进口原油纯净地输送至下游炼厂。甬沪宁输油管道2004年建成投用，全长666 km，与鲁宁管道相接，共同形成了贯通南北的输油大动脉，采用常温密闭顺序输送工艺，向镇海石化、上海石化、高桥石化、金陵石化、扬子石化等炼油厂输送40 余种进口原油，鉴于高桥石化以加工高硫原油为主，扬子石化、金陵石化以加工低硫原油为主，甬沪宁输油管道主要按原油含硫量划分批次输送。我国西部原油管道均采用顺序输送工艺。服务独立炼厂的管道运营企业，顺序输送更是必不可少，山东境内烟淄管道2016年建成投用，起自烟台西港首站库区，全长540 km，服务华星、正和、京博、金诚、汇丰等独立炼厂，输送原油品类近60 种。总之，原油管道顺序输送技术是发展的需要，具备广阔的应用前景，而混油问题需要更加精细化的研究[4-10]。

2 混油的计算与检测

2.1 混油影响因素

管道顺序输送过程中的混油包括初始混油、沿程混油、过站混油、停输混油和意外混油。正常输送条件下，沿程混油是最主要的混油方式。

2.1.1 原油流态影响

管道中原油流态对混油量的影响至关重要。原油在管道中以两种流态形式存在，即层流和紊流。

层流流动时，管道轴心原油的流速大于管道内壁处原油的流速，形成速度楔形，后行原油钻入前行原油形成楔形油头，在油品比重差作用下，楔形油头偏离管道轴心，在分子扩散运动作用下，油品交界区域浓度趋于均匀，形成大量混油，混油量可能是管道容积的若干倍。顺序输送不应在层流状态下运行。

紊流流动时，管道截面上流速可以接近平均流速，抑制楔形油头的形成。理论和实践表明，随着雷诺数的增加，紊流中层流边层的厚度变薄，紊流核心部分逐渐占据管道截面，混油量开始下降；当雷诺数超过某数值时，混油量几乎不随雷诺数变化，层流边层的厚度极薄，紊流核心部分基本占据管道截面，此时造成混油的主要原因是紊流扩散作用。顺序输送应在紊流状态下运行。

2.1.2 输送次序影响

在其他管输条件一致的情况下，黏度小的原油顶替黏度大的原油产生的混油量，大于黏度大的原油顶替黏度小的原油产生的混油量，差值在10%～15%之间。这是由于黏度大的原油在管壁上附着油层厚，当黏度小的原油为后行油时，附着在管壁上的黏度大的原油容易混入黏度小的原油，增大混油量。

2.1.3 初始混油影响

在输油首站交替输送原油时，先开启后行原油储罐阀门，在后行原油油罐阀门打开的过程中，逐渐关闭前行原油油罐阀门，因此在油罐切换短暂的时间内，形成初始混油。初始混油量的大小取决于切换油罐的速度、油泵入口处管道的布置和首站输量。初始混油对短距离管道末站的混油量影响很大，对长距离管道末站的混油量影响不明显。

2.1.4 中间泵站影响

混油段经过中间泵站或分输站时，受站内管道存油、站内管道阀件和过滤器扰动、泵内叶轮剪切等作用影响，混油段长度会增加。

2.1.5 停输影响

事故或计划内维修都会造成管道停输，此时管道内紊流脉动消失，在前行油和后行油密度差的作用下，混油段截面上的油品会在垂直方向上移动，表现为轻油向上运动，重油向下运动，导致混油量增加。如果停输时混油界面所处地势海拔高差较大，且密度大的油品处在高处，混油量会有较大增加。

2.1.6 其他影响因素

由于紊流扩散作用，混油段长度会随着输送距离的增大而增加。原油在输油管道中通过翻越点时，容易在翻越点后出现液柱分离现象，即在翻越点后的管道内发生不满流现象，混油流量增多。

2.2 混油量计算

Austin 和Palfrey 统计分析顺序输送管道大量生产数据，不考虑输送次序对混油的影响，将前行原油体积分数为99%～1%范围内的混油长度定义为混油段的长度，给出混油量的经验计算公式。

式中：Re是—混油段雷诺数；

Rel是—临界雷诺数；

C—混油段长度，m；

d—管道内直径，m；

L—管道长度，m；

e—自然对数的底；

Q—流量，m3·s-1；

υ—混油段运动黏度，m2·s-1；

υA、υB—前行和后行原油的运动黏度，m2·s-1。

管道生产运营企业，可根据生产数据，建立适合所属管道的混油段长度计算公式，如甬沪宁管道就建立了适合自身的混油段经验计算公式。

2.3 混油界面检测

可以通过公式计算，对混油界面进行跟踪和到达终点站时间预报。混油界面到起输首站的距离L（km）与起输站累计流量∑Q （m3）、管道内径d（mm）有如下关系：

如果此时起输首站瞬时流量为Q，混油界面到达管道终点末站所需时间为T（h），首站到末站管道容积为V（m3），有如下关系：

混油界面的检测主要通过密度检测实现，根据不同原油的密度确定混油界面是最常用的方法。在进站端安装线密度分析仪，通过线密度仪对来油密度进行严密监视，分析来油密度变化确定混油界面。也可以在进站端安装超声波密度检测仪判断来油密度变化，其原理是声波在不同原油中的传播速度不同，但由于声波在油品中传播速度与温度、压力有关系，需要提前对输送油品进行不同温度、压力下的声波速度标定，目前超声波检测方法作为最先进的界面检测技术被应用广泛。

若进站端没有安装线密度仪或超声波密度检测装置，可以通过检测来油进站压力变化的方式判断管道内混油段，并通过人工取样密度测定进行验证分析，通过压力判断混油段的原理是，在输送条件一致的情况下，管道内压力与来油密度成正比，东临复线顺序输送混油段检测便通过此方式完成。

混油界面的检测还可通过检测记号物质实现。将作为记号的物质溶解到与管输原油类似的有机溶剂中，再将溶剂从首站注入前行油和后行油的界面，通过检测记号物质，掌握混合油段。常见的记号物质分为荧光型和气体型。

3 混油的切割

混油的切割方案需要根据前行油和后行油是否为同一货主，进行区分讨论，合理的切割方案能够提高原油加工经济效益，同时避免纠纷。

当前行油和后行油为不同货主拥有时，如果前行油和后行油物性相近，一般情况下可轻微降低对原油品质的要求，以保障不同货主的货物数量为主，在混油体积分数为50%的界面切割即可。如果前行油和后行油物性差异或商业价值差距较大，以原油和石脑油顺序输送为例，在混油体积分数在50%的界面切割，将原油和混油切入原油货主原油罐，将石脑油切入石脑油货主石脑油罐，将另一部分混油切入石脑油货主原油罐，如此可保证不同货主货物数量、石脑油货主石脑油的纯净度，但石脑油货主不可避免地损失一部分石脑油。

混油切割方案需要混油量计算、跟踪预测、识别等手段作为支撑，同样需要考虑货主实际油品罐容情况，做出最优的切割方案。

4 减少混油的措施

顺序输送原油时，应尽量提高输送流量，确保在紊流状态下输送原油，杜绝在层流状态下输送原油，减小沿程混油段长度。

合理安排油品输送的次序。应该用黏度较大的油品顶送黏度较小的油品；尽量安排物性相近的原油顺序输送，油品性质越接近，两种油品允许的互相混入量就越大，产生的混油易于处理；尽量加大每种油品的一次输送量，减小顺序输送的批次。

在首站切换油品时，在不造成水击的前提下，尽量缩短开关阀门时间，如用球阀代替闸板阀，采用快速遥控的电动或液动阀门，由操作熟练的工人进行油品切换，最大程度降低初始混油段长度。

管道应尽量减少旁接油罐，采用密闭输油工艺，简化中间站流程，减少中间泵站对混油量的影响。

尽可能避免在管道运行时中途停输，在顺序输送过程中，停泵次数越多混油量越大；如果无法避免中途停输，应将混油界面控制在平坦地段，如果停泵时混油界面必须处于坡度较大的地段，应使密度小的油品在上，密度大的油品在下，避免高差和密度叠加作用差导致停泵混油量增加。

可以在前后油品界面加入隔离物，将前后油品隔离开，常见的隔离物是隔离球和隔离液。隔离球是一种弹性球，但需要管道直径统一；隔离液是一种聚合物，其扩散系数远小于交替油品的扩散系数，操作简便，对管道无特别要求。