順序輸送混油數值模擬研究

李 季

（中國石油潤滑油公司大慶潤滑油一廠， 黑龍江 大慶 163711）

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順序輸送混油數值模擬研究

李 季

（中國石油潤滑油公司大慶潤滑油一廠， 黑龍江 大慶 163711）

摘 要：通過PHOENICS軟件對順序輸送中混油的濃度進行數值模擬，模擬結果表明：隨后行油品的輸入，徑向濃度分布比較均勻，軸向中心濃度梯度先增加后減少，軸向濃度分布漸漸趨于均勻，但管壁處的濃度梯度數值較高，順序輸送時應盡量控制在紊流條件下，避免層流條件。

關 鍵 詞：順序輸送；徑向濃度；軸向濃度；紊流狀態；層流狀態

管道工業逐漸趨于大型化與連續化，無論是設計管道系統，還是分析輸送過程，任務都及其繁重［1，2］。管道仿真技術伴隨管道技術的進步而發展［3-5］。管道仿真技術能真實地再現管道內油品的流動規律，混油濃度隨時間的變化趨勢［6］，本文利用PHOENICS軟件對順序輸送中混油的濃度進行了數值模擬研究，并分析了軸向濃度和徑向濃度的分布規律，為混油順序輸送提供理論依據。

1 順序輸送中混油數值模型的建立

采用PHOENICS軟件對順序輸送中混油的濃度進行數值模擬，該模型主要包括5個部分，分別為管壁B1、管內空間部分B2、入口Inlet1、入口Inlet2和出口，X方向設置為10 m，Y方向設置為0.6 m，Z方向設置為0.6 m。入口Inlet1的作用時間設為0、4 s，入口Inlet2的作用時間設為4、10 s，這樣可以達到實際順序輸送兩種油品的目的。出口的壓力設為0，順序輸送混油濃度的數值模型如圖1所示。

X方向網格設置為100，Y方向網格設置為24，Z方向網格設置為24，軸向和徑向網格剖分結果如圖2和圖3所示。

入口截面的入口速度垂直于所在平面且分布均勻，通過控制兩個在不同時間下起作用的入口，從而完成兩種油品的順序輸送。前一個入口用于第一類油品的輸送，第一類油品的濃度等于1。當輸送第二類油品時，關閉前一輸送入口，并打開后一入口輸送第二類油品，第二類油品濃度等于0。出口設置成自由，不規定任何邊界條件。

圖1 VR中物體界面Fig.1 VR object interface

圖2 軸向截面網格示意圖Fig.2 Axial section grid

圖3 徑向截面網格示意圖Fig.3 Radial cross section grid

在實際生產中人們主要關心的是不同時間在管道不同位置處的混油濃度分布情況，以便更好的指導操作。因此為了能夠更加貼切實際的模擬出順序輸送混油濃度的分布狀況，需要在瞬態下進行模擬，總的是建設為10 s，時間步設為40步。

2 順序輸送中混油數值模擬結果

油品流速設定為1，0時刻開始第一類油品的輸送；第4 s時停止第一類油品的輸送，開始第二類油品的輸送。在第4 s時管道中開始形成混油，在第10 s結束。

圖4為第二類油品在第5～10 s時兩類油品的混合情況，可以看出兩類油品在管段中混合的過程。

圖4 管內混油的形成過程Fig.4 Formation process of mixed oil in pipe

2.1 混油軸向濃度分布

圖5為5～10 s時管道軸向上混油的濃度分布。可以看出，隨第二類油品的輸送，混油長度逐漸增加，管道軸向中心的濃度梯度變化趨勢為先增后減，而變化的幅度卻不均勻，濃度的分布情況漸漸均勻化。

圖5 不同時刻混油濃度分布曲線Fig.5 Distribution curve of oil concentration at different time

2.2 徑向混油濃度分布

圖6為10 s時，混油在不同軸向結點截面上徑向的濃度分布情況。可以看出混油段任一截面的濃度分布較均勻，管壁處濃度梯度數值較大。這是由于紊流條件下進行油品輸送時，紊流核心處的擴散強度相對于分子擴散強度要高得多，紊流的徑向擴散強勁，液體質點橫向交換較為強烈，中心處的高速運行的油品迅速攜帶走邊緣滯后油品，極大縮減了混油段的長度；管壁附近的橫向脈動相對較小，分子以擴散為主，難以形成濃度均勻的混油狀態，所以順序輸送時應盡量控制在紊流條件下，避免層流條件。

圖6 徑向混油濃度分布Fig.6 Radial mixed oil concentration distribution

3 結 論

（1）隨后行油品的輸入，混油長度逐漸增加，軸向濃度漸漸趨于均勻。管道軸向中心處濃度梯度變化趨勢為先增后減，其變化幅度卻不均勻。徑向濃度呈均勻分布，管壁處的濃度梯度數值較高。

（2）在紊流條件下進行油品輸送時，紊流的徑向擴散強勁，液體質點橫向交換較為強烈，中心處的高速運行的油品迅速攜帶走邊緣滯后油品，極大縮減了混油段的長度；管壁附近的橫向脈動相對較小，難以形成濃度均勻的混油狀態，所以，順序輸送時應盡量控制在紊流條件下，避免層流條件。

參考文獻：

［1］趙海燕.順序輸送混油的CFD模擬［D］.大慶石油學院，2010.

［2］呂靜.順序輸送系統模擬與分析［D］.西南石油學院，2002.

［3］朱瑩，王樹立.原油順序輸送的現狀與展望［J］.管道技術與設備，2008（03）：9-11+44.

［4］趙會軍，張青松，張國忠，等.基于PHOENICS的順序輸送大落差管道混油研究［J］.石油天然氣學報（江漢石油學院學報），2006（04）：139-142+446.

［5］宮敬，嚴大凡.順序輸送管道通過大落差地段的特點［J］.管道技術與設備，1995（01）：1-4+18.

［6］呂坦，文林，王佳，等.成品油順序輸送混油與調度研究［J］.遼寧化工，2013（11）：1346-1348.

Study on Numerical Simulation of Mixed Oil in Batch Transportation

LI Ji
（PetroChina Daqing No.1 Lubraicating Oil Plant， Heilongjiang Daqing 163711，China）

Abstract:PHOENICS software was used to simulate the concentration of mixed oil in batch transportation. The simulation results show that the radial distribution of the oil is uniform， the axial concentration gradient increases first and then decreases， the axial concentration distribution becomes uniform slowly.

Key words:Batch transportation；Radial concentration；Axial concentration；Turbulent state；Laminar flow state

中圖分類號：TE 832

文獻標識碼：A

文章編號：1671-0460（2016）02-0404-02

收稿日期：2015-11-10

作者簡介：李季（1982-），男，黑龍江大慶人，營運部副主任，2006年畢業于東北石油大學油氣儲運工程專業，研究方向：從事工藝管理工作。E-mail：liji20@sina.com。