旋转式调和喷嘴在汽油调和中的应用

，

(中国中化集团 中化泉州石化有限公司， 福建 泉州 362100)

近年来，随着国民经济的高速发展，人们对节约能源和环境保护的意识也在不断加强，促使炼油、石化等行业面临着强化环境保护与不断提高相关产品质量的严峻挑战[1-2]。对石油产品的要求越来越高也意味着成品汽油的调和组分趋于精细化、多样化，产品标准的控制要求也更加准确化。但组分的多样化和组分油性质的差异化使得油品的调和工艺在保证油品质量上变得愈加重要，由此推动了油品调和技术的大力发展[3]。

常用油品调和按照调和的容器可以分为油罐调和和管道调和两大类[4]。油罐调和是最早的一种汽油调和方式，是将各组分油品按确定比例同时或分别注入罐内，然后用泵从罐内抽出，再通过调和喷嘴进入罐内，利用调和喷嘴作用将罐内油品混合均匀的一种调和方式。管道调和是将各组分油品同时送入管道内，再经管道混合器送入罐内以达到混合均匀的目的。因此，对管道调和进行必要的改造是炼油厂可采取改进措施的方向[5]。

大多数新建炼油厂的油品调和均以管道调和为主。由于管道内组分油品受上游装置产出量影响，调和比例实时变化。为了确保优化的调和调度能有效执行，仍需罐内调和喷嘴进行二次混合[6-7]。因此，选用高效的调和喷嘴，是降低生产成本、缩短生产周期以及提高产品质量的重要环节之一[8]。卢山等人将高效调和器应用于油品调和中也取得了较好的经济效果[9]。

某公司在建设初期，采用投资少、易操作的固定式牛角喷嘴进行汽油调和。此固定式喷嘴无法旋转，仅依靠油品经过牛角的变径增加流速来进行调和组分的混合。因此，存在调和所需时间长、油品组分混合效果差、严重制约出厂及时性、影响产品质量、能耗增加、弱化添加剂显现效果且降低库容周准率等明显缺点，也容易产生静电积聚，存在一定的安全隐患[10]。笔者在大量调研其他先进炼油厂成品油储罐旋转喷嘴的使用效果及其产生的经济效益后，经过长时间的研究并结合前人经验[11]，决定对储罐调和喷嘴进行改造，使用安全、高效、经济的旋转式调和喷嘴，文中对此进行简单介绍。

1 固定式牛角喷嘴与旋转式调和喷嘴简介

两种喷嘴的安装示意图见图1。

图1 两种汽油调和用喷嘴安装示图

从图1中可知：①固定式牛角喷嘴在罐内无法旋转，其调和能力取决于由入口至出口的管径变小引起的流速增加，高速流动的油品喷射入罐内，在油品中产生巨大的冲击力而引起油品搅动，由此达到混合均匀的目的。②旋转式调和喷嘴在罐内分为3个喷射点，每个喷射点又由4个小型且方向相悖的喷嘴组成。3个喷射点下部均有可360°旋转的轴承，液体自入口经3个喷射点后又由每个喷射点的4个小喷嘴喷出，见图2。

图2 旋转式调和喷嘴实例图

旋转式调和喷嘴由于管子直径的逐级减小而引起流速的增加，在喷嘴喷出的液体产生的作用力下轴承360°连续旋转，实现罐内油品轴向旋转混和，这种方式极大程度消除了油品混合死角。喷嘴倾斜向上的结构可以使得油品有一个向上喷射的能力，又借助自身重力作用落下，由此实现了油品的径向混合。

根据旋转喷嘴安装位置及方向，模拟油品在罐内经旋转式调和喷嘴后所产生的运动轨迹，见图3。

图3 油品在旋转喷嘴下混合运动轨迹

通过上述分析可以看出，与牛角喷嘴的固定点喷出相比，旋转调和喷嘴的360°喷射使罐内油品受力更均匀[4]，达到了防止沉积物堆积[12]、减少浮顶油罐浮盘所受的冲击、减少罐壁单一方向所受力的冲击、减少静电产生以及保护设备长期安全平稳运行的改造目的。

2 两种喷嘴应用效果对比

以2万m3罐容共20罐成品汽油的调合为例。未改造前油罐内使用牛角式喷嘴，按原实际生产情况循环15 h。改造后油罐内使用旋转喷嘴，依据厂家提供数据循环3 h，油品抗静电剂添加浓度不变。

循环后储罐密度及电导率对比情况见表1。根据表1数据汇总得到的电导率和上、下密度差对比曲线图见图4。

表1 两种喷嘴应用效果对比数据

图4 牛角式喷嘴和旋转喷嘴密度及电导率变化曲线

由表1与图4可以看出，使用旋转式调和喷嘴比使用牛角式调和喷嘴在更短的循环时间内可以使介质混合更均匀，对添加剂显现效果更稳定。

李东阳[13]将旋转喷嘴调合器用于柴油罐中，油品亦没有出现分层的现象，油品对添加剂的感受性也较固定喷嘴好。皮嘉立[14]通过数值模拟发现，在旋转喷嘴的作用下，油罐油品混合均匀所需时间更短。余彬彬[15]用Ansys 15.0对旋转喷嘴进行数值模拟后也发现，旋转喷嘴产生的良好效果是十分明显的。

3 两种喷嘴经济效益对比

3.1 节约电耗

固定式牛角喷嘴需循环15 h达到产品合格要求，旋转式调和喷嘴仅需循环3 h满足要求。汽油罐区调和时，使用2台电机功率为110 kW/h的机泵。按照保持机泵出口开度不变、运行电流不变、运行时能耗基本不变的原则，循环调和泵电机功率110 kW/h，使用旋转喷嘴比使用牛角喷嘴每罐油品节约电能约为2 640kW·h。以工业用电平均价格0.58元/(kW·h)，每月约产2万m3容量汽油18罐计算，则改造后使用旋转调合喷嘴全年节约电耗35万元。

3.2 库容周转率

某公司汽油产量约为24万t，2万m3储罐每产一罐油品需要43 h，牛角式喷嘴循环需15 h，改用旋转式喷嘴循环只需要3 h，则油罐的周转率提高约为20.6%。因此，每生产一罐2万m3油品，相当于增加库容5 000 m3。

若某炼油厂原有2万 m3油罐4个，由牛角喷嘴改造为旋转调和喷嘴之后，每生产4罐油品，相当于增加1个2万 m3油罐，极大地改善了炼油厂的库容压力。

3.3 降低蒸发损耗及漏损

将固定式牛角喷嘴改为旋转喷嘴，每2万m3储罐可以减少循环、储存时间12 h。我国南方夏季2万m3汽油罐每天由油罐小呼吸引起的蒸发损耗量为1～2 t，平均每月生产汽油18罐，按照汽油价格3 500元/t计算，月节约损耗6.3万元。

按泉州夏季5个月计算，每年减少小呼吸损耗造成的油品损失31.5万元。

在成品油储罐循环搅动过程中，循环时间越长，大呼吸损耗越大，同时由于阀门内漏等原因造成油品损失。由实际生产数据可知，平均每个2万m3汽油罐循环12 h，油品损失约3 t，平均每月生产汽油18罐，按汽油价格3 500元/t计算，月节约损耗约19万元，年节约损耗约227万元。

减少油品储存及循环时间可以有效减少油品中轻组分的挥发，保证产品质量，而蒸发损耗的减小可以降低空气中油气浓度，对储罐安全运行及控制环境污染具有重大意义。

3.4 喷嘴改造意义

通过改变喷嘴形式，有利于油品质量的控制，在油品一次调和不合格的情况下，二次调和所需时间也大幅缩短，二次调入组分与原油品充分混合，在更好满足质量要求的同时实现效益最大化。

4 结语

旋转式调和喷嘴具有调和效果好、效率高、效益好、安全及环保的显著特点，是炼油企业精细化管理及可增效的有利措施之一，具有推广使用的良好前景。

[1] 王海春．浅析汽柴油的调和技术及应用现状[J].科技创新与应用，2012(22)：73．

(WANG Hai-chun．Application Status and Harmonic Technology for Naphtha and Diesel oil[J]．Technology Innovation and Application，2012(22)：73．)

[2] 余黎明，张东明．我国炼油工业发展趋势分析[J]．中外能源，2011，16(8)：14-21．

(YU Li-ming，ZHANG Dong-ming．Development Trend of Chinese Petroleum Refining Industry[J]．Sino-Global Energy，2011，16(8)：14-21．)

[3] 陈红，岳艳玲，刘义祥．浅析油品调和方案[J]．内蒙古石油化工，2006(9)：146-147．)

(CHEN Hong，YUE Yan-ling，LIU Yi-xiang．The Plan of Oil Product Regulating[J]．Inner Mongolia Petrochemical Industry，2006(9)：146-147．)

[4] 邱豪．旋转喷嘴调和器在油品调和中的应用[J]．化工设计通讯，2016，42(11)：12-13．

(QIU Hao．Application of Rotary Nozzle Mixer in Oil Mixing[J]．Chemical Engineering Design Communications，2016，42(11)：12-13．)

[5] 葛传花．武汉石化油品调和对改进油品质量的研究[D]．上海：华东理工大学，2013．

(GE Chuan-hua．Research on Improving Oil Quality of Blending about Wuhan Petrochemical[D]．Shanghai：East China University of Science and Technology，2013．)

[6] 沈惠明，王俊涛．汽油调和在线优化控制系统的开发及应用[J]．石油化工自动化，2009(5)：5-7．

(SHEN Hui-ming，WANG Jun-tao．The Development and Implementation of Online Optimization Control System of Gasoline Blending[J]．Automation in Petro-chemical Industry，2009(5)：5-7．)

[7] SINGH A，FORBES J F，VERMEER P J，et al．Model-based Real-time Optimization of Automotive Gasoline Blending Operations[J]．Journal of Process Control，2000，10(1)：43-58．

[8] 张泽娜．综述润滑油的调和方法及设备[J]．广东化工，2007，34(6)：86-88．

(ZHANG Ze-na．Summarize of Lube Oil Blending Methods and Equipments[J]．Guangdong Chemical Industry，2007，34(6)：86-88．)

[9] 卢山．油品高效调合器在汽油调合中的工业应用[J]．石油石化节能，2011(10)：24-26，29．

(LU Shan．Application of the Efficient Oil Blending Device in Gasoline Blending[J]．Energy Conservation in Petroleum & Petrochemical Industry，2011(10)：24-26，29．)

[10] 章庆洪，傅志清，万淑婷.油品调合旋转喷头的研究[J]．化工设备与管道，2012，49(3)：39-43．

(ZHANG Qing-hong，FU Zhi-qing，WANG Shu-ting．Study of Rotary Sprayer for Oil Product Mixing[J].Process Equipment & Piping，2012，49(3)：39-43．)

[11] 于兆滨．石油化工企业储罐搅拌方式的比较[J]．石油商技，2006(4)：80-83．

(YU Zhao-bing．The Comparison of Mixing Way in Petrochemical Industry[J]．Petroleum Products Application Research，2006(4)：80-83．)

[12] 解富超．汽油旋转射流调合过程动力学特性研究[D]．济南：山东大学，2011．

(XIE Fu-chao．Study on the Dynamics Peculiarity of Gasoline Blending in the Process of Rotary Jet Mixing[D]．Jinan：Shandong University，2011．)

[13] 李东阳，周磊．旋转喷嘴调和器在油品调合中的应用[J]．中外能源，2012，17(11)：92-97．)

(LI Dong-yang，ZHOU Lei．The Application of Rotating Nozzle Dispenser in Oil Blending[J].Sino-Global Energy，2012，17(11)：92-97．)

[14] 皮嘉立，杜鹃，吴杰，等．不同喷嘴结构油罐旋转喷射搅拌器数值模拟[J]．油气储运，2016，35(4)：85-89．)

(PI Jia-li，DU Juan，WU Jie，et al．Numerical Simulation of Tank Rotary Jet Mixers with Different Nozzle Structure[J]．Oil & Gas Storage and Transportation，2016，35(4)：85-89．)

[15] 余彬彬，杨建勇，刘强．不同射流速度的油罐旋转喷射搅拌器数值模拟[J]．当代化工，2015，44(6)：221-223，247．

(YU Bin-bin，YANG Jian-yong，LIU Qiang．Numerical Simulation on Rotary Jet Mixer of Oil Tank at Different Jet Velocity[J]．Contemporary Chemical Industry，2015，44(6)：221-223，247．)