原油罐车鹤管设计分析

油田原油生产过程中，受井口产量及分布影响，存在单井拉油的情况。在单井拉油的过程中，把原油从地面油罐装到罐车的环节存在多种安全隐患，在实际的操作过程中也容易发生安全事件。

储存在地面油罐里的原油粘度很大，运输路程又远。经长时间运输后，原油温度达不到装卸车的要求，所以必须对其进行加热处理。原油经过加热以后会产生大量的可燃性气体，易挥发，加之加热原油会产生-定的碳并伴有火星，遇到风大天气会与空气中的可燃气体混合燃烧产生爆炸。油罐和罐车的大部分装置都为金属材质，容易产生静电，危险性较大，在罐口处容易因静电引起着火，所以通常从密闭、防明火、防静电这几个方面着手，对罐体密闭、管线防静电、人车防静电、罐体减压、鹤管设计等方面进行考虑，改进充装装置。其中的关键是对装油鹤管管壁的开孔进行设计，这对提高安全性具有重要的意义。

2 鹤管设计及存在的问题罐车鹤管是针对汽车罐车实现轻油、重油及其它化工液体装卸的专用设备。-端与地面油罐相连的油管固定连接，另-端与罐车活动连接或直接由罐顶入口插入罐车内。

直接安装鹤管后，因气穴现象、紊流问题出现了原油流速慢、地面油罐与罐车连接软管颤动剧烈的情况。出现此现象-方面影响正常稳定装油作业 ，另-方面易产生静电。

实践中，将鹤管末端由平 口改成斜口、管壁开工艺孔(图1为罐车鹤管设计示意图)，有效解决了以上问题 ，并有如下好处：(1)减少安全隐患：顶部装车对罐底部冲击，会产生大量的静电，带来安全隐患。而鹤管开孔可以实现液体静态装车，回避流体与罐体的冲击，大大减少静电产生。

(2)保护环境：鹤管开孔减少油品冲击减少油气挥发的产生，大大减少了油气的挥发，保护了环境。

图 1 罐车鹤管设计示意图3 气穴现象气穴现象的物理实质：在某-温度下，流动液体中某点处的绝对压强下降到低于该液体在相应温度下的空气分离压时，液体中过饱和的溶解空气将迅速地分离出来 ，形成大量气泡混杂在液体中，使液流成为不连续状态。这种由于压强降低而产生气泡的现象为气穴现象。在 罔或阀口处液流形成高速射流，而造成该局部绝对压强下降，产生气穴。

产生气穴的危害：流动性能变差；产生振动和噪声；产生局部高温，使液体加速变质；产生气蚀(空蚀)，造成机件破坏。

减小气穴破坏的措施：合理设计流动管路，避免产生局部高速和低压。

根据液阻理论，在鹤管上进行开孔，使液体压力收稿日期：2013-03-14作者简介：王立强(1975-)，男，山东博兴人，工程师，主要从事公司的技术、设备管理、设备维修方面的工作。

· 175 ·经验交流 2013年第2期(第26卷，总第124期)·机械研究与应用 ·流动变化稳定、减小气穴的破坏影响∽口分三种情况：薄壁凶、短孔、长孔。薄壁凶(孔长 与直径D之比小于0.5)特性最好(主要是不受油温变化的影响)；设计上选取使用的薄壁凶有其适用性。

根据液阻的多个孔口串联或并联时，总液阻类似电阻的计算特性。设计中的多孔 口属于孔 口的并联方式，当孔 口数量达到-定程度，可有效降低液阻 j。根据以上所述，采取使用薄壁孔 口并联的方式，在孔口达到-定数量时，可有效解决气穴现象。

4 紊流问题流体在管道中运动时的两种流动状态：层流和紊流。

(1)层流：流体质点无横向运动，互不混杂，层次分明地沿管轴流动。粘性力起主导作用。

(2)紊流：流体质点具有无规则的横向脉动。引起流层问流体质点的紊乱，相互混杂的流动。这种流动称为紊流或湍流。惯性力起主导作用。紊流会有脉动现象并伴随有涡体产生3 J。

4.1 紊流主要判定依据1883年，雷诺试验也表明：圆管中恒定流动的流态转化撒于雷诺数：Rez，式中：d是圆管直径； 是断面平均流速； 是流体的运动粘性系数。3个数所组成的-个称为雷诺数 m的无量纲数 。

实际流体的流动之所以会呈现出两种不同的型态是扰动因素与粘性稳定作用之问对比和抗衡的结果。针对圆管中恒定流动的情况可知：减小 d，减小V，加大 三种途径都是有利于流动稳定。综合来看，小雷诺数流动趋于稳定，而大雷诺数流动稳定性差，容易发生紊流现象。

4.2 紊流上下临界雷诺数圆管中恒定流动的流态发生转化时对应的雷诺数称为临界雷诺数，又分为上临界雷诺数(Re。 )和下临界雷诺数(Re )。上临界雷诺数表示超过此雷诺数的流动必为紊流，它很不确定，跨越-个较大的取值范围。有实际意义的是下临界雷诺数，表示低于此雷诺数的流动必为层流 J。

4.3 改装前流动为紊流的判定临界雷诺数：流动液体由层流转变为紊流或由紊流转变为层流的临界雷诺数是不相 同的。当 Re<忍。 ，为层流。当Re>Re。 ，为紊流。

常见的液流管道的临界雷诺数，光滑的金属圆管：Re d2 320；Re 13 800。

计算出：雷诺数 Revd/v3.44x0.1/(16x10 ) 22 000>Re 13 800。

4.4 紊流达成层流的条件及管壁开子L设计减小 d，减小 ，加大 三种途径都有利于流动稳定。因管径、原油粘度已确定，这里的改善方案从降低速度人手。管口切成斜面，本身就增大了液体的流出面积，降低了速度。从观察效果看也改善了原油流动的稳定性。

由Revd/u，使雷诺数分别小于 13 800、2 320，则速度 分别小于2.21 m/s、0.37 m/s。即，速度 v<0.37m/s，液体流动必定为层流。速度 v>2.21 m/s，液体流动必定为紊流。流量 p：面积 A×速度 。流量 Q经测定基本为0.027 m /s。

原始面积：A0rrx(0.05) 0.002 5耵，v3.44(m/s)管口切成斜面后面积：A1'/I'X(0.05x0.07)0.003 5叮r开孔面积：A2"ITX(0.03x0.03)0.000 9叮T更改后面积：A A XxA (X为开孔个数)根据 QAxv，要使得速度 v分别小于2.21 rn/s、0.37 m/s，由以上公式及数据推导出，开孔个数分别至少 1个(0.43)、22个(21.9)。即，要使得雷诺数小于上临界雷诺数 13 800，开孔数至少 1个；要使得雷诺数小于下临界雷诺数2 320，开孔数至少 22个。当然开孔数在 1～22之间时，流动状态存在不确定性。

4.5 紊流改善情况鹤管管壁在末端改斜口、开孑L数大于 22个(孔径60 mm)时，液体在鹤管内的流动，变成了层流。在鹤管设计上，把出口端切成斜面、再在管壁上开出-定数量的工艺孔，解决了气穴现象，并把紊流变成了层流，解决了出油速度慢、管道颤动剧烈的情况。

5 结 语原油罐车装油时，需考虑安全、防静电、充装效率等各方面的因素。实践中，在鹤管上开工艺孔的方法，有效减少了静电产生、提高了充装速度，解决了-些不安全因素。通过对气穴现象和流体在管道中运动时的两种流动状态理论的研究，找出了工艺设计的科学性，并通过分析，计算出了鹤管设计的具体标准也提高了鹤管有效改造的效率；另外，对原油以外其他油品进行装车作业时，从解决气穴、紊流现象人手进行设计，也有-定的参考意义。

(下转第 179页)· 机械研究与应用 ·2013年第2期(第26卷，总第124期) 经验交流产粉末各500 g。然后，制作200 mmx400 mm板材厚度为 I mm和2 mm冷轧板各 3块(其中两块瘪板另做试验)经脱脂磷化后，采用配方-粉末和配方二制作的粉末喷涂瘪板材各-块，做好标识，在固化炉温度达到 180℃下固化20 rain，取出试板冷却后进行颜色对比，两配方瘪板材涂膜依然存在色差，两配方之间同-厚度板材涂膜颜色-致。排除了低温固化剂引起的故障。

表 1 试验方案3.4 钛白粉对比试验我公司生产的中高压开关柜使用环境主要为户内，因此在粉末原材料中为了降低成本选择了锐钛型BAO1-01钛白粉。钛白粉在所有白色颜料中具有最高的遮盖力，同时吸收紫外线，确保涂料的耐候性能，因此在粉末生产中被广泛应用。但作为颜料的-种，其色泽在温度、时间和反应性介质的作用下，通常会发生显著变化。为了验证瘪板材色差故障，重新采购了金红石型 R，-996钛白粉进行对比试验。

依据粉末涂料制作 的工艺流程，将配方- 中BAO1-O1替换为 RLt-996，制作粉末 500 g，喷涂经过磷化前处理的瘪板材各-块，在固化温度 180℃下烘烤 20 min，取出样板冷却后对比颜色，瘪冷轧板涂膜颜色均匀-致，并且同标准色卡比较无色差。以上试验说明导致瘪板材出现色差的原因在于钛白粉原材料的热稳定性影响。

4 结 语为确保机电产品涂膜颜色，满足用户的要求，组装于同-产品的零部件在涂装后选用不同固化炉固化时，应通过炉温跟踪测试，确定-致的固化工艺参数才能保证最终涂膜-致的颜色和光泽○红石型钛白粉有优良的热稳定性，为避免不同厚度工件涂装后的涂膜色差，推荐选用金红石型钛白粉用于环氧-聚酯粉末生产。通过小批量试生产，对某公司国网开关柜门板和端封板颜色色差问题得到了彻底解决。