成品油管道投產過程中油品乳化原因分析及防控

林景麗，許少新

成品油管道投產過程中油品乳化原因分析及防控

林景麗，許少新

（中國石化銷售股份有限公司華南分公司，廣東 廣州 510620）

針對成品油管道投產過程中普遍遇到的油品乳化問題，總結歷年管道投產情況，發現油品乳化必然導致油品的分水性、微量水含量、堵塞性質量指標變化。結合已有理論，分析與這3項質量指標相關的影響因素，包括抗磨劑、水分、雜質。提出篩選油品、篩選水、做好清管、提高管道運行技術等10項關鍵的防乳化控制技術。這些技術通過了實驗室模擬驗證，并成功地應用在2019年12月新投產的管道上，為類似成品油管道的投產提供實踐依據和解決方法。

成品油管道；投產；油品乳化；防控

對于新建設成品油管道，為了清管、試壓、調校設備、內檢測需要以及考慮安全因素，投產前普遍采用水進行試運行，即水聯運，之后再采用柴油頂水進行投產。在柴油頂水投產過程中容易出現油品乳化現象，且部分管道在投產后較長一段時間內油品持續乳化，對管道運行和市場供應造成了較大的影響。針對這一問題，本文通過分析不同管道投產的特點，確定油品乳化同許多因素有關，針對性提出防控措施，并在新投產的管道上進行實踐。

1 歷年管道投產油品乳化情況

近年來，華南管網共有8條管道采用柴油頂水方式投產運營，除柳州-桂林管道沒有出現油品乳化外，其余7條管道在投產過程和投產初期均出現油品乳化情況，油品乳化具有普遍性（見表1）。

表1 管道投產油品乳化情況表

通過大批量油樣跟蹤及質量分析，發現油品乳化是柴油經過管輸后，出現分水性、微量水含量、堵塞性等質量指標不合格或質量指標較進管道前相差較大的情況，從而表現為油品外觀不清透，目測乳化。

2 柴油乳化的相關性分析

從歷年管道投產油品乳化比例（乳化油品量與管道容量之比）和投產條件進行分析，可知每條管道的油品乳化比例隨著投油條件不同而相差較大，與油品性質、水、雜質有直接關系，與之相關的因素分析如下。

2.1 抗磨劑影響柴油的分水性

隨著柴油質量升級，乳化現象愈加明顯。車用柴油較普通柴油乳化嚴重，國Ⅳ油品較之國Ⅲ油品嚴重，國Ⅴ油品較之國Ⅳ油品嚴重，且從國Ⅴ油品開始，油品乳化后沉降難度加大。國Ⅱ、國Ⅲ、國Ⅳ、國Ⅴ油品的乳化比例分別為8%、16%、57%、276%。分析原因，主要為柴油在質量升級過程中，加氫深度增加，硫含量比例大幅度降低（國Ⅱ、國Ⅲ、國Ⅳ、國Ⅴ柴油硫含量分別為2 000、350、50、10 mg·kg-1），為保證潤滑性，柴油中加入較多的抗磨劑，抗磨劑中含有親水性較強的羧基等親水性基 團［1］，是潛在的乳化劑或助乳化劑，在油頂水投油過程中使油水混合物容易形成乳化物。而柴油中的其他添加劑，如十六烷值改進劑、抗靜電劑等不隨油品升級而增加添加量。

2.2 管道運行技術影響柴油的微量水含量

2.2.1 流速的影響

流速越高，管道中的水和雜質越容易被充分置換，越不容易發生大量油品乳化或持續乳化的情況。根據已有管道的投油及順序輸送控制經驗，管道運行流速至少應達到 1 m·s-1［2］，若能接近1.5 m·s-1更佳。分析原因主要是流速大，管內介質運行狀態達到紊流狀態，尤其是對于爬坡狀態，油相才有足夠的剪切力帶動水相，使水不至于積存在低點形成積水［3］。以同樣使用國Ⅳ柴油投產的3條管道作比較，流速高的百色-昆明管道油品乳化比例較低，同樣使用國Ⅴ柴油投產的3條管道作比較，流速高的洋浦-馬村管道油品乳化比例較低。

2.2.2 運行方式的影響

管道存水時間越短，油品乳化幾率越小。投產前，投油時間距離水聯運結束時間應盡量短，宜控制在1個月以內；投產過程，油水界面在管道中的停留時間宜短；投產后宜連續輸送。分析原因，主要是投產前水長期留存在管道中將會持續對管道造成腐蝕，留存時間越長腐蝕產物雜質越多；投產過程中油水界面長時間停留在管道內將使油水混合更均勻，若多次停輸，水將不斷從油中析出，并在下次輸送時與油再混合，多次混合及析出，加之管道的腐蝕產物，一并混合后越容易導致油品乳化。同時，投產結束后管道中仍會殘留部分水，投產后連續輸送正是為了盡快將殘留的水帶出，例如投產后間斷輸送的遵義-重慶、曲溪-梅州管道，油品乳化比例更高。

2.3 雜質和水影響柴油的堵塞性

2.3.1 水質的影響

水聯運所用的水越純凈，油品乳化幾率越小，采用消防水投產較江河水、水庫水投產能減少乳化油品比例。同樣使用國Ⅴ柴油投產，洋浦-馬村管道采用消防水進行水聯運，油品乳化比例只有34%，而其他管道使用的是未經任何凈化作用的江河水，油品乳化比例大大增加。分析原因，一方面是水中鈉、鈣、鎂等堿金屬離子質量濃度較高，在堿性條件下與柴油中酸型抗磨劑含有的脂肪酸發生反應，生成并析出脂肪酸鹽而引起的［1］；另一方面不干凈的水中可能含有更高的懸浮物類雜質，與油品充分混合后，雜質影響油品的外觀和質量指標。以遵 義-重慶段管道為例，受條件所限，水聯運所用的水只能用水庫未經凈化的水，pH值為8，全鹽量393 mg·L-1，懸浮物含量18 mg·L-1。水質為堿性，含鹽量高，有雜質，這進一步促進油品乳化。

2.3.2 管道清潔度的影響

管道內部越干凈，油品越不容易乳化。管道內部的雜質，一部分來自管道建設期間遺留在管道內的沙塵、焊渣等物質及其他人為導致的物品，一部分為鐵銹。一方面基于造價及安全問題考慮，國內成品油管道全部為未經防腐處理的碳鋼鋼管，管道內壁原本就有鐵銹，在較長的施工周期、較惡劣的施工環境下不斷氧化，鐵銹越積越多；另一方面來自水聯運和成品油輸送過程中形成的鐵銹，由于管道內的積水很難完全清理干凈，水持續對管道造成腐蝕, 雖然非常輕微， 但也是積少成多［4］。例如曲溪-梅州管道和遵義-重慶管道，油品乳化后期均為堵塞性指標不合格，通過加大清管力度掃除雜質后油品很快就變清透了。

2.3.3 油中含水的影響

進行柴油堵塞性實驗時所用濾膜為纖維素酯膜，孔徑小于0.7 μm，故其對水有一定的攔截性。根據實驗室檢測經驗，若油品中含有可見明水或微量水大于120 μg·g-1時，其堵塞性指標將受到影響。

2.4 其他因素

對落差大、起伏大的管道，水更容易積存在管道的低洼處，容易拉長油品乳化時間。另外，油水界面經過多重泵和減壓閥、過濾器等設備剪切的情況，對油品乳化也有一定影響，但不是主要因素。而對油品本身具有腐蝕性、管存微生物、環境溫度變化大等其他非常規的影響因素則不是導致管道投產初期油品乳化或大量乳化的原因。

3 防止油品乳化的管控措施及驗證

通過對歷年管道投油乳化情況及有關質量指標、產生原因和機理的分析，針對性地從油品的性質、水聯運所用的水、管道的清潔度和運行技術方面進行改進，提出成品油管道柴油頂水投產的10條油品乳化防控措施，并進行試驗和實踐驗證。

3.1 油品乳化防控措施

1）篩選油源。前期選擇可獲得用于管輸的不同油源，進行初步篩選，對不同來源油品進行不同水、不同溫度的水乳化試驗，對比選出乳化程度小的油品用于投油。選定目標煉廠的油品后，提前了解有關工藝，協調少加抗磨劑。嚴格監測油品的含水率，確保全部油品含水率小于100 μg·g-1，且盡可能先進罐存儲大于24 h，脫水后再注入管道。

2）篩選水源。水聯運采用金屬離子和雜質含量相對少的消防水，而不是一般的江河或水庫水。

3）清管。水聯運期間多發送清管球，循序漸進逐步增加清管器的過盈量，發送多個清管器（皮碗和直板組合清管器、鋼刷清管器、磁力鋼刷清管器、漏磁檢測器等），使管道達到可內檢測的內部環境要求，徹底清除管道施工遺留的雜質，使排出的水無肉眼可見機械雜質。

4）投油時間。水聯運后一個月內立即投油，若無法及時投油，投油前應再次水聯運及清管。

5）提高流速。提高管輸流速，確保投產過程以及后續3倍管容的輸送中，全程流速大于1 m·s-1。

6）加隔離球。在油水界面加隔離球，采用3~4個以上清管球，以聚氨酯球為主，皮碗掃水球為輔，掃除管內存水。這將導致第一次投油的含水污油增多，但有利于后續輸送。

7）保證首次下載量。增加首次下載柴油總量，務必一次性將1倍管容的柴油置換下載完，力求下載2~3倍管容的柴油。

8）準確切割油水。加密油頭跟蹤頻率，務必在臨近油水接收站前端的閥室有一個跟蹤點，跟蹤及計算時間準確至分鐘，選擇合適的時機切換水和含水污油的下載，確保盡量少將水切進油罐。在條件允許時，將含水率大的油品與污油分開存儲，以利于后續油品處理。

9）落實不合格油品的處理方法。做好應急措施，落實不合格油品處理手段，例如提前擺布下載點罐容、引入可調和的油品、提前預制油水過濾分離設備等。

10）確保連續輸送。投油后應盡快處理不合格含水污油，并恢復正常管輸，盡早完成3倍管容的油品下載量。

3.2 有關實踐驗證

將研究結果應用于2019年12月新投產的廉 江-北海管道的柴油頂水投產加以驗證。

1）篩選油品（見表1）。按照管控措施第一條，對柴油油源進行篩選，對可能注入管道的中國石化海南煉化、青島煉化、鎮海煉化、東興煉廠、青島石化以及從中國石化以外單位盤錦的國Ⅵ標準柴油進行抗乳化性試驗，并與末站接收點處中國石化北海煉化的油品進行比較。使用1 500 r·min-1抗乳化性能測定儀，在54 ℃下測試柴油與一般消防水混合攪拌5 min后沉降變清澈的時間，發現不同油品的抗乳化性能差異較大，海南煉化、青島煉化出產的柴品抗乳化性能更好，外采盤錦的油品抗乳化性能較差。

表2 油品篩選實驗

2）篩選水?？紤]到青島煉化的產能和進貨運輸方式更適合，對目標油源青島煉化的油品做不同水和不同溫度的抗乳化性試驗。按照一般試驗溫度54 ℃以及管道內實際溫度23 ℃（參照相同注入點的湛江-茂名管道的油溫），分別與純凈水、一般消防水、帶銹消防水混合，并與北海煉化的油源進行比較，發現溫度越低油水越難分離，水中的雜質越多油水越難分離。

表3 水篩選實驗

3）調運優質油品。根據分析試驗結果，協調青島煉化，通過船舶調運到達一批優質國Ⅵ柴油專用于管道投產。油品只添加少量抗磨劑，無其他添加劑（抗磨劑小于130 mg·kg-1，酸度2.82 mg·100 mL-1，硫3 mg·kg-1，微量水62 mg·kg-1，多環芳烴3.3%，總污染物5.0 mg·kg-1，閉口閃點92.5 ℃，密度831.9 kg·m-3）。油品上岸后經過沉降和多次脫水，之后再注入管道。

4）徹底清管。水聯運采取反輸的方式，嚴格按照防乳化管控方案執行，使用北海煉化的消防水進行清管及水聯運，共發送5批次合計13個清管器，使廉江站排出的水無肉眼可見雜質，可直接注入廉江站消防水罐作為該站的消防水用。

5）水聯運結束38天后立即投油。投油時柴油頂水界面間及后續柴油共發送3個清管器，分別為軟體聚氨酯清管器、四皮碗兩直板清管器、四皮碗兩直板清管器。

6）投油全程流速達到1 m·s-1，一次性下載1倍管容的柴油。

經過嚴格管控，廉江-北海管道最終投油成功，除收隔離球產生的含水污油外，后續下載中未發生柴油微量水或堵塞性指標不合格的情況。

4 結束語

隨著國家對環保的日益重視，柴油質量已經達到國Ⅵ標準，抗磨劑的加入無法避免，柴油更容易親水。為減少柴油頂水投產過程中的油品乳化，應重點做好管道清管，選擇干凈消防水進行水聯運，并在油水界面處增設隔離球，提高運行流速，確保首次油品下載大于1倍管容。只要方法妥當、嚴格執行，成品油管道柴油頂水投產過程中的油品乳化問題可以得到有效控制。

［1］陳洪德.油庫發出車用柴油渾濁的原因分析[J].石油化工技術與經濟，2019， 35（5）：45-49．

［2］王劍波，達文曦，鄭堅欽，劉靜.大落差成品油管道投產過程中油品乳化問題研究[J].當代化工，2018，47（11）：2425-2429．

［3］許道振，張國忠，趙仕浩.積水在成品油管道中的運動狀態[J].油氣儲運，2012，31（2）：131-134．

［4］王德增，劉井會，王彩霞，等.對成品油管道中沉積物的分析[J].油氣儲運，2005，24（2）：59-60.

Cause Analysis and Prevention of Oil Emulsification in Commissioning of Products Pipeline

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（Sinopec Sales Co.,Ltd. Southern China Branch, Guangzhou Guangdong 510620, China）

Aim at the oil emulsification problems commonly encountered in commissioning of products pipeline, the commissioning conditions of products pipeline in the past years were summarized, andit was found that emulsification of oil products would inevitably lead to the change of water separation, moisture and clogging. In this paper, the reasons affecting oil emulsification were analyzed, including antiwear-additive, moisture and impurities. Several key prevention and control technologies were put forward, such as selecting suitable oil products, selecting clean water, doing well in pigging and improving pipeline operation process. And these prevention and control technologies have been successful appliedin a new pipeline in December 2019. The paper can provide practical basis and solution for oil emulsion prevention of similar products pipeline.

Products pipeline ; Commissioning; Oil emulsification; Prevention

2020-03-08

林景麗（1979-），女，高級工程師，廣東省揭陽市人，2002年畢業于北京石油化工學院工業自動化專業，現從事成品油管道輸送油品計量及質量管理工作。

TE832

A

1004-0935（2020）07-0846-04