調合噴嘴在儲罐上的應用

楊海宏，原 英

（中國石油廣西石化公司，廣西 欽州 535000）

南方某煉廠，汽油、柴油和航煤油進罐后采用的是側向攪拌器進行循環(huán)攪拌，就使用效果來看，發(fā)現(xiàn)側向攪拌器循環(huán)攪拌效果不佳，側向攪拌器易出故障，維修頻繁，而且油箱密封不好，潤滑油泄漏形成的油污也不利于現(xiàn)場管理，油品需要攪拌時間長，延長了每罐調合時間。

鑒于攪拌器的使用現(xiàn)狀，需要在新建工程項目中增設噴嘴循環(huán)，以保證生產的需要。

1 油品調合方式方案比較

油品的調合方式主要有風攪拌調合、噴嘴調合（也稱泵循環(huán)調合）、機械攪拌調合和管道在線調合幾種方式。該廠汽油、柴油均采用管道在線進行油品調合，航煤油調合采用泵循環(huán)調合，鑒于實際使用中的經驗，新增汽油罐區(qū)采用管道在線調合噴嘴循環(huán)的方式。

1.1 機械攪拌循環(huán)

機械攪拌調合是在油罐上設置側向攪拌器進行調合，每座成品5000m3罐安1臺側向攪拌器，每座10000m3罐安裝2臺側向攪拌器，每座20000m3罐安裝2臺側向攪拌器。側向攪拌器從罐壁伸入罐內，循環(huán)時通過側向攪拌器葉輪旋轉的圓周運動使油品上下翻騰，最終達到攪拌循環(huán)均勻的目的。

目前，該廠汽油、柴油和航煤油儲罐都采用側向攪拌器循環(huán)攪拌。側向攪拌器循環(huán)攪拌過程中，暴露出以下缺點：（1）攪拌時間長，延長每罐調合時間，增大了每罐次調合周期。（2）攪拌器在使用中易發(fā)生齒輪磨損等故障，設備維護工作量大，同時更換配件亦需不斷增加投入資金。（3）使用中消耗潤滑油，需增加投資，同時攪拌器的泄漏給設備現(xiàn)場管理帶來難度。（4）攪拌器需要電機傳動，耗電高。

1.2 噴嘴循環(huán)

噴嘴循環(huán)是將調合噴嘴安裝在伸入罐壁內的進油線上，通過法蘭連接，其動力來自于罐區(qū)外，噴嘴一般由5～7個噴嘴組合而成，整套噴嘴安裝在罐底部中心，中心嘴垂直向上，四周噴嘴圍繞中心噴嘴均勻分布略呈向上傾斜，以形成向上噴射的射流網，將油品混合均勻。

噴嘴循環(huán)具有以下優(yōu)點：（1）油品調合時均勻分布的噴嘴產生的射流網有效平衡對罐壁的沖擊力，不易造成無力矩罐失穩(wěn)。（2）設備簡單，結構緊湊，操作方便安全可靠，施工簡單易行，噴嘴安裝后基本不需要維護，管理方便。（3）調合效率高，減少循環(huán)時間，節(jié)省能耗，降低蒸發(fā)損失。（4）熱傳遞均勻，避免油品氧化，無循環(huán)死角。（5）不會漏油污染，不需要配電，無火災爆炸隱患。

圖1 噴嘴示意圖

綜上所述，采用噴嘴循環(huán)的方式，對設備管理方便，而且對提高油品質量、降本增效具有重要意義。

2 噴嘴設計計算

2.1 噴嘴工作條件

下面以10000m3儲罐設置噴嘴為例，設計計算噴嘴結構尺寸，安裝噴嘴的510#罐工藝參數(shù)見表1。

表1 儲罐工藝參數(shù)

2.2 噴嘴結構尺寸計算

調合工藝流程及噴嘴安裝部位見圖2。

圖2 噴嘴循環(huán)示意流程

（1）選定噴嘴個數(shù)n：

D=28m＞15.5m，選取n=7，設計按7個噴嘴，3個導流嘴計算。

（2）計算噴嘴仰角θ (圖3)：

式中：θ－噴嘴仰角，°；H－進油管中心線以上最高油位高度，m；H1－罐安全高度，m；

h－罐底至進油管中心線高度，m；D－油罐直徑，m。

圖3 噴嘴安裝圖

（3）噴嘴出口處噴射速度（V）計算：

式中：Q導－導流嘴的流量，m3·h-1；

Q噴－單個噴嘴的流量，m3·h-1；Q總－進噴嘴的總流量，m3·h-1。所以 Q導不大于 15m3·h-1， Q噴不小于 57.9m3·h-1。

1/2mv2=mgH V=2gH

式中：V－噴嘴出口處所需的噴射速度，m·s-1；

g－重力加速度，9.81m·s-2；

H－進油管中心線以上最高油位高度，m；V－ 17.368m·s-1。

（4）噴嘴出口內徑（d1）計算（圖4）：

式中：QT－通過多噴嘴的總流量，m3·s-1；

d1－噴嘴出口內徑，m；

V－噴嘴出口處噴射速度，m·s-1；

N－噴嘴個數(shù)；

Φ1－流量系數(shù)，取決于泵的效率和泄漏情

況，一般取0.9～0.95；

Φ2－摩阻系數(shù)，取決于液體內部阻力，汽油取1.05～1.1，煤油取1.10～1.15，柴油取1.15～1.2，潤滑油取1.25～1.50。

我們選Φ1=0.95，Φ2=1.05，QT=450/3600=0.125 m3·s-1,則：

圖4 噴嘴示意圖

（5）導流嘴出口內徑（R）計算：

Q導=Q總×10%÷3=15m3·h-1

儲罐內徑D=28m 1/2mv2=mgS

式中：S－做功距離，m。

由 Q=v×S，得 S截= Q導/V=πr2=15/16.57/3600

式中：r－導流嘴半徑，m。

r =0.0089m=8.9mm R=2r=17.8mm

（6）噴嘴入口內徑（d）計算：

因為各噴嘴入口處截面積之和應大于或等于進油管的截面積，所以：

（7）噴嘴長度（L）計算：L=3.8（d-d1）

式中：L－噴嘴長度，mm；

d－噴嘴入口內徑，mm；

d1－噴嘴出口內徑，mm；

L=3.8×(100-34.4)=249.28 mm

3 驗算所設計噴嘴是否滿足要求

下面，根據公式T=Q/V1驗算所選噴嘴能否滿足要求的調合時間。式中Q為通過噴嘴的液體流量，實際上，Q值不但與調合泵的選取有關，還應考慮到調合罐的總容量。根據實際經驗，調合均勻所需要的總循環(huán)量，大體上是調合油品總量的1/3至1/2，考慮到汽油低粘度易于擴散的特點，我們選Q=1/3V體。考慮到實際調合中，去除罐底量后，10000m3儲罐實際調合量約為 7800m3，Q=1/3×7800=2600m3。V1為通過噴嘴的單位流量。

V1=17.368×3.14×0.03442×7×3600/4=406 m3·h-1

t=2600/406=6.4h，小于設計要求6～8h，所以噴嘴滿足要求。

4 結論

噴嘴循環(huán)調合具有減少泵循環(huán)時間，降低蒸發(fā)損失，設備簡單，便于管理等優(yōu)點，同時有效降低操作工人勞動強度，降低調合過程中的油品蒸發(fā)損失，節(jié)能效果顯著。另外噴嘴循環(huán)調合方式同樣適用于柴油循環(huán)攪拌和航煤循環(huán)攪拌。因為汽油儲罐內安裝有內浮盤，浮盤是輕骨架的鋁內浮盤，耐沖擊性能差，考慮到油品調合循環(huán)時噴嘴噴射的射流網對浮盤的沖擊，為防止出現(xiàn)浮盤翻盤事故，需要在噴嘴的實際應用中加裝減壓孔板，在不影響調合效果的情況下，能有效防止對浮盤造成損害。

噴嘴調合方式由于其本身特性所帶來的經濟效益，并結合當今世界對環(huán)境保護的需求，將在儲運調合方面獲得更廣泛的應用。

[1] 李征西，徐思文.油品儲運設計手冊[M].北京：石油工業(yè)出版社，1997.

[2] 郭光臣.煉油廠油品儲運[M]. 北京：中國石化出版社，1999.

[3] 侯芙生.煉油工程師手冊[M]. 北京：石油工業(yè)出版社，1995.