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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源：遼寧石油化工大學石油天然氣工程學院		點擊數：	更新時間： 2021年06月16日
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2第01443年卷第1月1 期 當 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
(遼寧石油化工大學石油天然氣工程學院， 遼寧撫順1 13001)
摘 要：油流沿管線前進過程中，與管內壁發(fā)生摩擦將產生靜電。流速過大，由摩擦產生的流動電流增大，
進罐時帶入油罐內的靜電量將增大，為進站油罐安全儲存帶來隱患。且管線各油品大都處于紊流狀態(tài)下進行輸
送，油品流速大小決定著靜電形成量。為確保進站油罐的安全儲存，依據理論及經驗公式計算分析大型油罐入
口管道的直徑對安全輸送流速的影響，并對兩種公式所得計算結果進行比較，確定算例中油品在不同管徑下輸
送時的進罐安全流速，為今后實現油品的安全輸送及儲存提供理論依據。
關鍵詞：大型油罐；入口管；油品；靜電；流速
中圖分類號：TE 972 文獻標識碼： A 文章編號： 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
原油及各類成品油主要采用管道輸送”。 ，同時
由輸送過程中產生的靜電p餓脅著油品進站油罐的
安全儲存。在油罐內油品液面沒浸沒人口前，流速
應小于1 m／s，當罐內油品液面沒浸沒入口后，管內
流速才能適當增大 ，以此針對浸沒后的安全輸送
流速進行分析。油流在管內前進的過程中與管壁的
連續(xù)摩擦，使沿線不斷形成靜電并逐漸積累，若形
成的流動電流不導人外界，最終流動電流隨油流進
入進站儲罐內。當管線的流量較大時，即油流流速
較高，將產生更大的流動電流，進站時帶入油罐內
的靜電量將增加。對浮頂油罐 q而言，當油品帶人
罐內的靜電與油罐壁的感應電荷所產生的場強超過
油罐內氣體所能承受的場強時，氣體則被擊穿而放
電；各油品的物性參數及輸送所采用的管線直徑不
同將導致管線安全流速存在差異。因此，計算分析
各油品在某管徑內的安全輸送流速對油罐的安全儲
存具有重要意義。
1 建立數學模型
1。1 理論計算
管內油品流速的大小取決于輸送流量的大小，計
算各油品的安全流速目的在于確保進站油罐的安全儲
存。現以油庫接收長輸管線不同油品為研究對象，確
定大型油罐滿罐充油時各油品的進罐安全流速。
依據雷諾數判斷油品的流態(tài)：
P ： 一
vcl f11
，， 。。
式中： P一雷諾數；
一油流流速，m／s；
d一管道內直徑，m；
一油品的運動粘度，m2／s。
管線在層流流態(tài)下油品流動電流飽和值：
is=fly (2)
式中：is-流動電流飽和值，A；
Cl一電流系數，A．s2／m2。
收稿日期： 201 3-06—1 3
作者簡介： 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，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，碩士生導師，主要從事油氣集輸系統(tǒng)工藝技術及污水處理研究。
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
長輸管線在紊流流態(tài)下油品流動電流飽和值： 表2 兩種原油的物性參數
is=C2v d
式中：cl廣電流系數，A·s ／m ，(取3．75 X 10- A·s2／m )；
f ： 盟
∞
式中：r 時間常數，s；
EO一真空介電系數，F／rn，(其值為8．854~10。 F／m)；
￡廣油品相對介電系數(其值取為2)；
∞一油品的電導率，S／m。
(3)
(4)
原油的儲存主要采用浮頂油罐(油品無自由表
面1，滿罐充油時罐內的電量：
Q=fsf (5)
式中： 罐充油時的總電量，C。
依據高斯定理 ，罐壁處電場強度與罐內油品
總電量的關系：
．dS： (6)
以紊流流態(tài)下的輸油管道為研究對象，其數學
模型為：
? 仁 }
I E 5×10 kV／m
I Q 0
1．2 經驗公式
原西德化工協(xié)會得出，烴類燃料管內極限流速
公式 ：
d=O．64 f8)
2 算例及分析
某油庫接收由長輸管道輸送的外來油品，采用
100 000 m 浮頂油罐儲存原油，浮頂油罐尺寸大小
見表1?，F以接收兩種不同物性的原油為研究對象，
所接收油品的物性參數見表2，計算分析管內各油
品在不同管徑內的滿罐充油人口允許流速，并比較
由理論及經驗公式得出的進站允許流速值大小。
表1 大型油罐尺寸
Table 1 Parameters of large oil tank
注： 為浮頂罐的體積；西為浮頂罐的內直徑；hf為浮頂罐的罐高。
Table 2 Physical parameter of two kinds of oil
注： 為20℃時原油的運動粘度；P為2O℃時原油的密度
為原油的電導率。
依據雷諾數判斷管輸油品的流態(tài)，經計算所輸
兩種原油的流態(tài)均為牛頓流體紊流。場強為0．5
MV／m 時對應的油品帶電量即為允許帶入罐內的最
大靜電量 。。，結果見表3。
表3 1O0 000 m。浮頂罐儲存各油品允許帶入罐內
最大電量
Table 3 Maximum quantities of electricity of different oil
bring into 100 000 m oil tanks
罐類型及油品 內浮頂原油Q×10- ／C
允許帶人靜電量 1．757
表4 管道運行參數與各油品允許流速的關系
Table 4 The relationship betw een pipeline running
parameters and oil field intensity in tank
表4管道運行參數與各油品允許流速的關系。
從表4可以看出，對于大型浮頂油罐，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
率較高時，其泄露電荷的速度較快，相同管徑下電
導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，當輸送管徑一定時，電導率
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。對大型油罐滿罐充油時，當油
品的電導率較大時(即泄露電荷的能力較大)，由經
驗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間。實際運行
過程中的流速不一定在安全允許流速范圍內，所以
當其輸送流速大于理論輸送速度時，需采取相應的
148 當 代
措施或先泄露部分電量以保證油罐的安全儲存，以
免產生火災事故。
化 工 201 4年1月
入口管道內徑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系曲線
Fig．1 The chart of 100 000 m oil tank inlet
M aximum flow rate under different pipe diameter
3 結論
對算例進行計算分析可得：
?1原油中含雜質較多，電導率較大的油品人
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)當計算大型浮頂油罐暗管充油的靜電安
全流速時，由經驗公式計算得出的結果較理論計算
得出的結果小，這時若按經驗公式計算，則增加了
油罐接收時問。
(4)當一定管徑下的油品進站帶電量超過最
大允許帶電量時，則在油品進罐前應先泄露部分電
荷再進罐，以保證油品的安全儲存。
參考文獻：
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(上接第145頁)
圖5顯示了溫度沿帶保溫層熱力管道徑向從管
內壁到保溫層外壁的變化情況。圖中顯示溫度的變
化總體分為兩個趨勢。第一個階段在熱力管道的內
部，溫度從250℃的初始溫度減少的很少，在0
0．5之間溫度呈線性降低。第二個階段在熱力管道
外壁到保溫層外壁之間，呈線性降低，在0．5—5．5
之間，溫度從250℃降低到了50 c(=。溫度在整個
過程中符合簡化邊界條件下的變化關系。
更清晰簡潔的顯示溫度分希睛況。利用有限元軟
件得到保溫熱力管沿徑向的溫度分布云圖。(圖6)。
通過計算出的參數數據可知平面有限元分析結
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 結論
通過運用ANSYS11．0有限元軟件，在固定的邊
界條件下，對帶保溫層的熱力管道進行了一維穩(wěn)態(tài)
導熱分析，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。分析得到的結果為帶保
溫層的熱力管道的保溫層材料和厚度設計提供了
依據，為帶保溫層的熱力管道在工程應用中節(jié)能設
計提供有效的幫助。值得指出此種分析方法的分析
過程簡潔快速，得到的顯示結果直觀清楚。
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