繞流阻力在成品油長輸管道過濾器中的應用

鄭旭洋 劉鐵志 尚東輝(中國石油管道公司濟南輸油分公司， 山東 濟南 250000)

0 引言

200 7 年，大港-濟南-棗莊成品油管道建成投產，管道全長為678.92km，設計壓力為8.0MPa，設計輸量為300Wt/a。至今，實際輸量由每年100Wt逐漸增加至150Wt。中國石油管道公司濟南輸油分公司濟南輸油站，是港棗線的中間站，分輸量占全線輸量40%，較大的分輸量為觀察過濾器不同工況下運行提供了充分的試驗條件[1]。

1 過濾器工作原理

濟南輸油站所用過濾器為NLSV快開盲板型籃式過濾器，設計壓力8.4MPa，內徑700mm。當流體進入置有一定規格濾網的濾筒后，其雜質被阻擋，而清潔油品則由過濾器出口排出完成對油品的過濾。在過濾器上下游分別設有取壓點:P1、P2。當差壓P(P=P1-P2)大于報警值時，SCADA 系統發出報警，提示運行人員清理過濾器。根據生產中的觀察，當流量L<250m3/h時，差壓報警提示較為正常(桶內雜質存量達到清理標準)；當250

2 壓差阻力的運用設想

由上述分析可知，管徑不變的情況下，流速與流量成正比關系，大流量下的流體在通過濾網時，轉換成的壓力勢能越大。由此提出設想:在介質與濾網接觸之前，消耗桶內介質的機械能，從而減少壓力勢能。受流體力學經典課題——圓周繞流問題[1]啟發，嘗試在過濾器正對上游管道出口處加裝葉片型直板。如圖1所示。

圖1 葉片型直板示意圖

流體繞流物體時會受到摩擦阻力和壓差阻力，當雷諾數較小時，摩擦阻力起主要作用，當雷諾數較大時，壓差阻力起主要作用。以筆者所在濟南站汽油輸送的一般工況為例計算:汽油20℃的運動粘度為0.76×10-6mm/s，體積流量300m!/h，換算成V=0.21m/s，管徑d355.3mm=0.355m； RE= dV/v=(0.21×0.355)/0.76×10-6=98092，流動形態為湍流，柴油較其稍小，數值為24850，均屬大雷諾數狀態。這里主要利用到壓差阻力(形狀阻力)，在繞流時若物型的迎流面曲率較大，如上文所述平板邊緣的情形，背流面會較早發生邊界層分離現象，在葉片后部產生漩渦。

大雷諾數繞流物體表面分為三個流場:①外部勢流區；②邊界層；③尾渦區，而濾網所在處是尾渦區，尾渦區內的流體由于漩渦的存在，流體質點碰撞激烈，受到很大的能量損失，局部水利損失增加導致流體通過濾網時，轉換的壓力勢能較之前大幅降低，減少了濾網上的水頭壓力。同時，邊界層分離產生的漩渦又可以對濾網端面上的雜質沖刷，加速沉積，保證濾網端面的通過面積。上下游差壓基本保持一致，以期達到消除誤報警現象。

3 實踐應用及效果檢驗

繞流物體所受壓差阻力與迎流面積有關，理論上可以采取垂直于流向的葉片，使迎流面積最大，達到壓差阻力最大化，考慮到在實際的生產、設備維護中操作人員的便捷問題，采取了向內部有一定傾斜角度的葉片作為被繞流物體，即轉化成流體繞流大攻角平板[2]的問題。如圖2所示。

圖2 流體繞流大攻角平板受力示意圖

壓差阻力計算公式為FD=1/2CDρU2A,其中，ρ、U為密度、來流速度，均為常數，A為迎流面積，文中不考慮升力分量系數，根據相關文獻試驗公式CD≈2sin2α，阻力分量系數CD約等于攻角正弦值平方的2倍，適用件為雷諾數在104～106的不可壓縮流體大攻角繞流(汽油re=98092，柴油稍大，均符合使用條件)。即通常工況下，壓差阻力只與攻角角度正相關。可根據實際工況調整角度達到所需效果，站內所取角度約為45°。安裝之后，在大流量輸送批次L>300時,未發生過誤報情況。加裝直板后，誤報現象消除，解決了運行人員面對報警時因無法判斷過濾器內雜質數量而頻繁清理的問題，降低了勞動強度。

4 實際應用注意的問題

①在停輸后，及時清理過濾器，避免過濾器內雜質沉積過多清理困難，做好下次輸油的準備工作。

②安裝時應注意葉片直板的固定螺栓不要太長，導致貼合不好，介質分流到排污管線，造成堵塞。

③定期檢查葉片直板的安裝強度，以防輸油過程中脫落，對設備造成損害。

5 結語

在實際生活中，壓差阻力的存在往往帶來了一些負面的影響，如何消除或者避免壓差阻力一直以來都是研究者關心的課題，列舉壓差阻力反向應用的一個實例，主要分析了減小壓差阻力影響程度，人為地增加阻力損耗，減少對濾網的壓力勢能，達到生產需要。以期用逆向思維解決問題的方法給相關行業工作人員一些啟示，發揮主觀能動性，用理論指導實踐，處理實際問題。

[1]賀禮清.工程流體力學[D].石油工業出版社,2004.

[2]姜海波,曹樹良,程忠慶.平板大攻角繞流升力和阻力系數的計算[J].2011.