旋轉式調和噴嘴在汽油調和中的應用

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(中國中化集團 中化泉州石化有限公司， 福建 泉州 362100)

近年來，隨著國民經濟的高速發展，人們對節約能源和環境保護的意識也在不斷加強，促使煉油、石化等行業面臨著強化環境保護與不斷提高相關產品質量的嚴峻挑戰[1-2]。對石油產品的要求越來越高也意味著成品汽油的調和組分趨于精細化、多樣化，產品標準的控制要求也更加準確化。但組分的多樣化和組分油性質的差異化使得油品的調和工藝在保證油品質量上變得愈加重要，由此推動了油品調和技術的大力發展[3]。

常用油品調和按照調和的容器可以分為油罐調和和管道調和兩大類[4]。油罐調和是最早的一種汽油調和方式，是將各組分油品按確定比例同時或分別注入罐內，然后用泵從罐內抽出，再通過調和噴嘴進入罐內，利用調和噴嘴作用將罐內油品混合均勻的一種調和方式。管道調和是將各組分油品同時送入管道內，再經管道混合器送入罐內以達到混合均勻的目的。因此，對管道調和進行必要的改造是煉油廠可采取改進措施的方向[5]。

大多數新建煉油廠的油品調和均以管道調和為主。由于管道內組分油品受上游裝置產出量影響，調和比例實時變化。為了確保優化的調和調度能有效執行，仍需罐內調和噴嘴進行二次混合[6-7]。因此，選用高效的調和噴嘴，是降低生產成本、縮短生產周期以及提高產品質量的重要環節之一[8]。盧山等人將高效調和器應用于油品調和中也取得了較好的經濟效果[9]。

某公司在建設初期，采用投資少、易操作的固定式牛角噴嘴進行汽油調和。此固定式噴嘴無法旋轉，僅依靠油品經過牛角的變徑增加流速來進行調和組分的混合。因此，存在調和所需時間長、油品組分混合效果差、嚴重制約出廠及時性、影響產品質量、能耗增加、弱化添加劑顯現效果且降低庫容周準率等明顯缺點，也容易產生靜電積聚，存在一定的安全隱患[10]。筆者在大量調研其他先進煉油廠成品油儲罐旋轉噴嘴的使用效果及其產生的經濟效益后，經過長時間的研究并結合前人經驗[11]，決定對儲罐調和噴嘴進行改造，使用安全、高效、經濟的旋轉式調和噴嘴，文中對此進行簡單介紹。

1 固定式牛角噴嘴與旋轉式調和噴嘴簡介

兩種噴嘴的安裝示意圖見圖1。

圖1 兩種汽油調和用噴嘴安裝示圖

從圖1中可知：①固定式牛角噴嘴在罐內無法旋轉，其調和能力取決于由入口至出口的管徑變小引起的流速增加，高速流動的油品噴射入罐內，在油品中產生巨大的沖擊力而引起油品攪動，由此達到混合均勻的目的。②旋轉式調和噴嘴在罐內分為3個噴射點，每個噴射點又由4個小型且方向相悖的噴嘴組成。3個噴射點下部均有可360°旋轉的軸承，液體自入口經3個噴射點后又由每個噴射點的4個小噴嘴噴出，見圖2。

圖2 旋轉式調和噴嘴實例圖

旋轉式調和噴嘴由于管子直徑的逐級減小而引起流速的增加，在噴嘴噴出的液體產生的作用力下軸承360°連續旋轉，實現罐內油品軸向旋轉混和，這種方式極大程度消除了油品混合死角。噴嘴傾斜向上的結構可以使得油品有一個向上噴射的能力，又借助自身重力作用落下，由此實現了油品的徑向混合。

根據旋轉噴嘴安裝位置及方向，模擬油品在罐內經旋轉式調和噴嘴后所產生的運動軌跡，見圖3。

圖3 油品在旋轉噴嘴下混合運動軌跡

通過上述分析可以看出，與牛角噴嘴的固定點噴出相比，旋轉調和噴嘴的360°噴射使罐內油品受力更均勻[4]，達到了防止沉積物堆積[12]、減少浮頂油罐浮盤所受的沖擊、減少罐壁單一方向所受力的沖擊、減少靜電產生以及保護設備長期安全平穩運行的改造目的。

2 兩種噴嘴應用效果對比

以2萬m3罐容共20罐成品汽油的調合為例。未改造前油罐內使用牛角式噴嘴，按原實際生產情況循環15 h。改造后油罐內使用旋轉噴嘴，依據廠家提供數據循環3 h，油品抗靜電劑添加濃度不變。

循環后儲罐密度及電導率對比情況見表1。根據表1數據匯總得到的電導率和上、下密度差對比曲線圖見圖4。

表1 兩種噴嘴應用效果對比數據

圖4 牛角式噴嘴和旋轉噴嘴密度及電導率變化曲線

由表1與圖4可以看出，使用旋轉式調和噴嘴比使用牛角式調和噴嘴在更短的循環時間內可以使介質混合更均勻，對添加劑顯現效果更穩定。

李東陽[13]將旋轉噴嘴調合器用于柴油罐中，油品亦沒有出現分層的現象，油品對添加劑的感受性也較固定噴嘴好。皮嘉立[14]通過數值模擬發現，在旋轉噴嘴的作用下，油罐油品混合均勻所需時間更短。余彬彬[15]用Ansys 15.0對旋轉噴嘴進行數值模擬后也發現，旋轉噴嘴產生的良好效果是十分明顯的。

3 兩種噴嘴經濟效益對比

3.1 節約電耗

固定式牛角噴嘴需循環15 h達到產品合格要求，旋轉式調和噴嘴僅需循環3 h滿足要求。汽油罐區調和時，使用2臺電機功率為110 kW/h的機泵。按照保持機泵出口開度不變、運行電流不變、運行時能耗基本不變的原則，循環調和泵電機功率110 kW/h，使用旋轉噴嘴比使用牛角噴嘴每罐油品節約電能約為2 640kW·h。以工業用電平均價格0.58元/(kW·h)，每月約產2萬m3容量汽油18罐計算，則改造后使用旋轉調合噴嘴全年節約電耗35萬元。

3.2 庫容周轉率

某公司汽油產量約為24萬t，2萬m3儲罐每產一罐油品需要43 h，牛角式噴嘴循環需15 h，改用旋轉式噴嘴循環只需要3 h，則油罐的周轉率提高約為20.6%。因此，每生產一罐2萬m3油品，相當于增加庫容5 000 m3。

若某煉油廠原有2萬 m3油罐4個，由牛角噴嘴改造為旋轉調和噴嘴之后，每生產4罐油品，相當于增加1個2萬 m3油罐，極大地改善了煉油廠的庫容壓力。

3.3 降低蒸發損耗及漏損

將固定式牛角噴嘴改為旋轉噴嘴，每2萬m3儲罐可以減少循環、儲存時間12 h。我國南方夏季2萬m3汽油罐每天由油罐小呼吸引起的蒸發損耗量為1～2 t，平均每月生產汽油18罐，按照汽油價格3 500元/t計算，月節約損耗6.3萬元。

按泉州夏季5個月計算，每年減少小呼吸損耗造成的油品損失31.5萬元。

在成品油儲罐循環攪動過程中，循環時間越長，大呼吸損耗越大，同時由于閥門內漏等原因造成油品損失。由實際生產數據可知，平均每個2萬m3汽油罐循環12 h，油品損失約3 t，平均每月生產汽油18罐，按汽油價格3 500元/t計算，月節約損耗約19萬元，年節約損耗約227萬元。

減少油品儲存及循環時間可以有效減少油品中輕組分的揮發，保證產品質量，而蒸發損耗的減小可以降低空氣中油氣濃度，對儲罐安全運行及控制環境污染具有重大意義。

3.4 噴嘴改造意義

通過改變噴嘴形式，有利于油品質量的控制，在油品一次調和不合格的情況下，二次調和所需時間也大幅縮短，二次調入組分與原油品充分混合，在更好滿足質量要求的同時實現效益最大化。

4 結語

旋轉式調和噴嘴具有調和效果好、效率高、效益好、安全及環保的顯著特點，是煉油企業精細化管理及可增效的有利措施之一，具有推廣使用的良好前景。

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