绕流阻力在成品油长输管道过滤器中的应用

郑旭洋 刘铁志 尚东辉(中国石油管道公司济南输油分公司， 山东 济南 250000)

0 引言

200 7 年，大港-济南-枣庄成品油管道建成投产，管道全长为678.92km，设计压力为8.0MPa，设计输量为300Wt/a。至今，实际输量由每年100Wt逐渐增加至150Wt。中国石油管道公司济南输油分公司济南输油站，是港枣线的中间站，分输量占全线输量40%，较大的分输量为观察过滤器不同工况下运行提供了充分的试验条件[1]。

1 过滤器工作原理

济南输油站所用过滤器为NLSV快开盲板型篮式过滤器，设计压力8.4MPa，内径700mm。当流体进入置有一定规格滤网的滤筒后，其杂质被阻挡，而清洁油品则由过滤器出口排出完成对油品的过滤。在过滤器上下游分别设有取压点:P1、P2。当差压P(P=P1-P2)大于报警值时，SCADA 系统发出报警，提示运行人员清理过滤器。根据生产中的观察，当流量L<250m3/h时，差压报警提示较为正常(桶内杂质存量达到清理标准)；当250

2 压差阻力的运用设想

由上述分析可知，管径不变的情况下，流速与流量成正比关系，大流量下的流体在通过滤网时，转换成的压力势能越大。由此提出设想:在介质与滤网接触之前，消耗桶内介质的机械能，从而减少压力势能。受流体力学经典课题——圆周绕流问题[1]启发，尝试在过滤器正对上游管道出口处加装叶片型直板。如图1所示。

图1 叶片型直板示意图

流体绕流物体时会受到摩擦阻力和压差阻力，当雷诺数较小时，摩擦阻力起主要作用，当雷诺数较大时，压差阻力起主要作用。以笔者所在济南站汽油输送的一般工况为例计算:汽油20℃的运动粘度为0.76×10-6mm/s，体积流量300m!/h，换算成V=0.21m/s，管径d355.3mm=0.355m； RE= dV/v=(0.21×0.355)/0.76×10-6=98092，流动形态为湍流，柴油较其稍小，数值为24850，均属大雷诺数状态。这里主要利用到压差阻力(形状阻力)，在绕流时若物型的迎流面曲率较大，如上文所述平板边缘的情形，背流面会较早发生边界层分离现象，在叶片后部产生漩涡。

大雷诺数绕流物体表面分为三个流场:①外部势流区；②边界层；③尾涡区，而滤网所在处是尾涡区，尾涡区内的流体由于漩涡的存在，流体质点碰撞激烈，受到很大的能量损失，局部水利损失增加导致流体通过滤网时，转换的压力势能较之前大幅降低，减少了滤网上的水头压力。同时，边界层分离产生的漩涡又可以对滤网端面上的杂质冲刷，加速沉积，保证滤网端面的通过面积。上下游差压基本保持一致，以期达到消除误报警现象。

3 实践应用及效果检验

绕流物体所受压差阻力与迎流面积有关，理论上可以采取垂直于流向的叶片，使迎流面积最大，达到压差阻力最大化，考虑到在实际的生产、设备维护中操作人员的便捷问题，采取了向内部有一定倾斜角度的叶片作为被绕流物体，即转化成流体绕流大攻角平板[2]的问题。如图2所示。

图2 流体绕流大攻角平板受力示意图

压差阻力计算公式为FD=1/2CDρU2A,其中，ρ、U为密度、来流速度，均为常数，A为迎流面积，文中不考虑升力分量系数，根据相关文献试验公式CD≈2sin2α，阻力分量系数CD约等于攻角正弦值平方的2倍，适用件为雷诺数在104～106的不可压缩流体大攻角绕流(汽油re=98092，柴油稍大，均符合使用条件)。即通常工况下，压差阻力只与攻角角度正相关。可根据实际工况调整角度达到所需效果，站内所取角度约为45°。安装之后，在大流量输送批次L>300时,未发生过误报情况。加装直板后，误报现象消除，解决了运行人员面对报警时因无法判断过滤器内杂质数量而频繁清理的问题，降低了劳动强度。

4 实际应用注意的问题

①在停输后，及时清理过滤器，避免过滤器内杂质沉积过多清理困难，做好下次输油的准备工作。

②安装时应注意叶片直板的固定螺栓不要太长，导致贴合不好，介质分流到排污管线，造成堵塞。

③定期检查叶片直板的安装强度，以防输油过程中脱落，对设备造成损害。

5 结语

在实际生活中，压差阻力的存在往往带来了一些负面的影响，如何消除或者避免压差阻力一直以来都是研究者关心的课题，列举压差阻力反向应用的一个实例，主要分析了减小压差阻力影响程度，人为地增加阻力损耗，减少对滤网的压力势能，达到生产需要。以期用逆向思维解决问题的方法给相关行业工作人员一些启示，发挥主观能动性，用理论指导实践，处理实际问题。

[1]贺礼清.工程流体力学[D].石油工业出版社,2004.

[2]姜海波,曹树良,程忠庆.平板大攻角绕流升力和阻力系数的计算[J].2011.