油罐车鹤管气阻校核方法研究

油罐车鹤管气阻校核方法研究

于高温季节和高原地区目前，我国铁路轻油罐车的加油采用一段一段式勘探法，即用水泵或彩虹法从上部油罐车上采集燃油。在高温季节和高原地区,以此种方法接卸汽油经常产生鹤管气阻现象,导致油罐车下部的油料不能下卸。气阻现象严重影响了油库的正常工作及铁路运输,增加了不安全因素,造成严重的经济损失。一、使用不同温度的汽油罐车气阻的校核鹤管中的油料在真空状态下流动,鹤管最高点的真空度最大。如果鹤管最高点的绝对压力等于或小于油料的汽化压力,油料即开始汽化,逸出的气泡随同油料流进泵内,使泵发生汽蚀。汽化严重时,在鹤管的最高处形成大量油蒸气,阻塞液流,产生气阻。鹤管中最容易产生气阻的地方是其最高点,在保证鹤管最高点处不产生气阻的情况下,从鹤管最高点至油罐车液面的最大垂直高度为:[hx]max=paγ−pvγ−v2h2g−hw(1)[hx]max=paγ-pvγ-vh22g-hw(1)式中pa——当地大气压,Pa;γ——输送油料的重度,N/m3;pv——输送油料在当地最高油温下的汽化压力,Pa;vh——鹤管油料的流速,m/s;g——重力加速度,9.81m/s2;hw——鹤管阻力损失,m。两种鹤管的卸油示意图见图1。由图1可以看出,鹤管最易产生气阻的危险点是C点,按式(1)计算出的hw应是鹤管ac间的阻力损失。当[hx]max≥ab时(ab为鹤管最高点至油罐车底部的垂直高度),鹤管不发生气阻;当[hx]max<ab时,鹤管将产生气阻。由此可以看出,解决鹤管的气阻问题实际上就是要增大[hx]max,或者减小ab,使得[hx]max大于ab。昆明地区某油库接卸70号车用汽油,密度ρ=720kg/m3,运动粘度ν=0.6×10-6m2/s,鹤管最大流量Q=58m3/h,鹤管流速vh=2.05m/s,鹤管的水力坡度i=0.0505,计算长度为9m(L=5m,Ld=4m),当地最高油温39℃,该温度下70号车用汽油的汽化压力pv=65704.6Pa,当地大气压pa=80218.4Pa,现进行鹤管气阻校核,鹤管气阻校核示意图见图2。将已知数据代入式(1)得到:[hx]max=paγ−pvγ−v2h2g−hw=80218.4−65704.6720×9.81−2.0522×9.81−0.0505×9=1.39(m)[hx]max=paγ-pvγ-vh22g-hw=80218.4-65704.6720×9.81-2.0522×9.81-0.0505×9=1.39(m)计算表明,在昆明地区接收温度为39℃的70号车用汽油,当油罐车液面与鹤管最高点的垂直高度为1.39m时,鹤管即产生气阻。这时油罐车的液面距底部的高度为2.61m,即油罐车中还有2.61m高的油料无法下卸。目前,消除鹤管气阻的措施之一是降低油温,从而降低油料的汽化压力。在设备和流量不变的情况下,油温降到多少摄氏度就可以避免产生气阻,这是一个需要分析的问题。现取[hx]max=4m代入式(1),求出70号车用汽油不产生气阻时的最大汽化压力pv,得到:pv=pa−γ[hx]max−ρv2h2−γhw=8.18×1000×9.81−720×9.81×4−720×2.0522−720×9.81×0.0505×9=47269.9(Pa)pv=pa-γ[hx]max-ρvh22-γhw=8.18×1000×9.81-720×9.81×4-720×2.0522-720×9.81×0.0505×9=47269.9(Ρa)根据上述计算结果,查70号车用汽油的汽化压力曲线图,得出在该汽化压力下所对应的温度为28℃,即在当地接收70号车用汽油时,油温低于28℃就可以避免产生鹤管气阻。三、[hx]up分析上述分析结果表明,消除鹤管气阻实质上就是要使[hx]max≥ab。而ab的值是固定的,因此,只能从增大[hx]max上寻找突破口。分析式(1)可以看出,要增大[hx]max,就要增大pa,减小pv、vh及hw。因此,消除鹤管气阻的措施应考虑以下几个方面。1、增加弹劾措施(1)封闭式加压和挤油法(2)液动潜油泵组成气动潜油泵卸油法存在两个较大的弱点,一是不能长时间连续工作,二是气压系统不易密封,现已很少采用。液动潜油泵卸油装置主要由液动潜油泵和液压站两部分构成,见图3。液动潜油泵由液压马达和离心泵组成,其结构见图4。液压站由防爆电动机、液压油泵、油箱、溢流阀及管路附件组成。液压站是液动潜油泵的动力源,将电能转换成液压能,液压油通过油管驱动潜油泵液压马达,液压马达带动离心泵运转。液动潜油泵技术比较成熟,从根本上解决了气阻、汽蚀问题,使用效果较好,其缺点是要进行较大幅度的工艺改造,投资费用较高及设备安装操作复杂,检查维护工作量较大。常用潜油泵的性能参数见表1。2、温度和干吸热液体的汽化压力pv随温度的下降而减小,因此,降低油温可以减小汽化压力pv,降低油温的主要措施如下。①夜间或凌晨卸油。这是高温季节很多油库目前采用的主要方法。该方法不需要增加任何设备,缺点是延长了油罐车在油库内的停留时间,且晚上作业不方便。②人工冷却。在油罐车上喷洒凉水,使之降温。该方法需要增加设备并消耗冷却水,且效果一般。③混油降油温。油罐车中的油料卸至某一高度后,将储罐中温度较低的凉油回流到油罐车中掺合后再卸油,操作时应注意防止油罐车溢油。(2)陆运车温油卸油工艺不合理根据测量,油罐车内部的油温为上层高、下层低,而且只在上半部有变化,中、下部很少变化,可近似认为油温为常数,一般不超过35℃。传统卸油工艺是将鹤管插入油罐车的底部,油料从鹤管下端的进口经鹤管卸出,首先被卸出的是油罐车下部的油料,最后卸出的是表面油料。因此,这种卸油过程明显存在高液位时卸低温油料,而低液位时卸高温油料的问题。由于这种卸油工艺不合理,在卸油后期,油罐车内的油料温度高而液位低,导致鹤管上部的剩余压力低于油料的汽化压力,因此,在高温季节极易产生气阻而无法卸净油料。倒序混层卸油装置的基本构造见图5。该装置由内套筒、外套筒、浮子及下部控制机构等组成,可直接固定在鹤管上。倒序混层卸油的过程为,开始卸油时,外套筒随浮子处于上部,油料从浮子与外套筒之间的流道进入,经套筒与鹤管之间的环状流道进入鹤管。与此同时,部分温度低的油料也会进入中部内、外套筒之间的流道,起到混层降温的作用,以防止因上部油温过高在此造成气阻。随着卸油过程的进行,液面不断下降,浮子和外套筒也随着下降,当浮子下降至一定高度(一般为1.2～1.3m)时,外套筒下缘触及下部流道控制机构的顶杆在重力作用下,密封环被提起,使油料从内套筒下部进入鹤管,直至卸完。倒序混层卸油法的特点为,结构简单,设计合理,维修保障简单易行,安装使用方便,不需外部动力,费用低,寿命长,运行安全可靠。该方法的缺点是,在高原地区(大气压较低),当油罐车内的油料温度过高时,气阻还会产生。3、因抗作用优化人工获得主导(1)降低泵的排出阀开度或降低电机转速,减小泵的流量。(2)增加同时收油的鹤管数量后,每根鹤管的流速和阻力损失均会降低,但是,如果同时运行的鹤管数量过多,也会增加操作难度。(3)在满足操作条件的前提下,应尽量降低鹤管高度,缩短长度,减少管路附件,增大管径。减小vh和hw的措施只能作为一种辅助性措施,而单独使用往往达不到预期目的。国内油料储运界对鹤管气阻问题进行了多年的研究和探索,提出过许多解决问题的方法,但目前仍存在许多不足之处。因此,应当在充分了解每项措施的原理、效果及优缺点的基础上,结合本单位的实际情况,采取有效的消除鹤管气阻的措施。二、鹤艺阻滞检测的目的和方法1、鹤呼吸检测的目鹤管气阻校核的目的是使卸油者了解在当地高温季节接卸汽油时是否会产生气阻现象,产生气阻的最低油温是多少,以便合理安排和组织卸油工作。2、构造地表上的气阻利用式(1)计算当地最高油温时鹤管最大流量工况下的[hx]max。在保证鹤管最高点处不产生气阻的情况下,如果[hx]max≥4m(鹤管最高点至油罐车底部的垂直高度),鹤管不产生气阻;如果[hx]max<4m,鹤管将产生气阻。将[hx]max=4m代入式(1),即可求出不产生气阻时的最大汽化压力pv,查出其对应的油温即为不发生气阻的最高油温。3、鹤门精神阻滞校核的例子(1)压力卸油,控制油罐车内的压力该方法是根据油罐车内油料温度上高下低的分布规律,采用倒序混层卸油装置进行卸油的一种方法。首先下卸油罐车上层的高温油料,而后下卸油罐车下部的低温油料,从而合理利用油料液位与温度之间的特殊关系,有效消除了传统卸油工艺中卸油后期产生的气阻。卸油时,作用在油罐