摘要：受不同柴油组分密度差异影响，柴油组分在进入罐后经常会呈现出不同程度的分层现象，影响产品质量，柴油调合结束后需要进行循环。调合旋转喷头具有设备简单，易操作，投资小，便于管理等优点，鉴于此，中国石油化工股份有限公司北京燕山分公司在柴油调和储罐新增旋转喷头，对新型调合旋转喷头在柴油储罐上的应用研究表明：采用合适的调合旋转喷头可以实现罐内柴油均匀调合，取得了较好效果；同时，在设计旋转喷头时应根据调合循环时间、泵的扬程、流量、罐径、液位高和介质密度、粘度、循环管线长度和弯头数量等实际工况进行综合计算设计，选择数量合适的喷嘴个数和口径。

关键词：柴油调合；分层；循环；旋转喷头

中图分类号：U46

1 前言

柴油是一种复杂的混合物，受不同柴油组分密度差异影响，柴油组分在进入罐后经常会呈现出不同程度的分层现象。为确保柴油成品混合均匀，避免出现分层，影响产品质量，柴油调合结束后需要进行循环。为了解决罐内柴油性质不均匀的问题，需増加完善调合设施，从而使罐内柴油混合均匀。

随着现代工业飞速发展和科技水平的提高，对石油产品质量和品种都有了更高的要求，因而也有力地推动了油品调合技术的发展[1]。针对柴油调合罐增加旋转喷头后的循环效果展开研究，以达到符合柴油质量的要求。

2 柴油调合生产现状分析

2.1 柴油调合工艺流程概述

柴油调合，即将炼油厂不同生产装置的产出的不同柴油组分按一定的比例，通过管道调合或罐式调合的方法，达到混合均匀，并根据油品性质加入某几种添加剂，以便改善油品性能，提高产品质量，生产出符合国家标准的成品柴油的过程[2]。

国内某炼化企业采用管道调合系统为主要的调和手段。组分罐中的不同柴油调合组分和加剂罐中的添加剂，通过柴油调合泵与加剂泵，经质量流量计计量后，进入相应成品柴油罐存储，储罐收满油后再经过循环、沉降后委托分析化验，满足质量指标后方可安排出厂。

2.2 油罐调合设施性能对比与选择 针对集几种油品调合器的情况进行对比[3-4]

1、管道调合：一般用静态混合器，压力降消耗大，需要将混合器做的很大，调和泵扬程需要较高，所以增加了混合器及泵的成本；而且由于柴油调和比例是一个动态变化的过程，考虑罐底油及不同柴油组分不一定能按比例同时进罐，所调合的产品的不均匀度较高，一般经过管道调合后仍然需要进一步在油罐内进行循环混合。

2、罐内调合：

罐储内调合设施一般有：脉冲式气泡发射调合器、带桨叶的搅拌器、固定喷嘴和调合旋转喷头。

脉冲式气泡发射调合器：需要配置专门的气泡发射器及配套自动化控制电器，单罐硬件成本高达数十万、安装成本高、设计图纸复杂、对内外浮顶冲击猛烈，且油气挥发及夹带非常急剧，空气对油品具有氧化性，系统复杂难以驾驭及维护，耗电很高，仅在高粘度拱顶油罐内采用。

带桨叶的搅拌器：耗电量较大，静电易于急剧，仅在要求很高的油罐内采用，成本高，带电工作防爆控制复杂。机械搅拌主要使用在批量不大而比例要求控制严格的溶剂调合，由于罐内溶液按螺旋浆方向的旋转运动使溶液上下翻，形成旋涡流对油罐内浮盘损坏很大，故仅适用于拱顶罐的油品调合。

固定喷嘴：一些储罐使用单喷嘴或多喷嘴，油品随着罐内产生的涡流不断进行扩散，在不断扩散的过程中油品可以达到均匀混合。单喷嘴是一种流线型形状，安装在成品柴油储罐的罐壁进油管线上，其位置在罐内近底。在储罐直径的2/3 处和罐内最高液面的交点处是喷嘴中心线的延长线。多喷嘴一般由4-7 个喷嘴组合而成，也就是说，只有4-7 个有效射径，这只能解决某些方向混合的问题，其他区域依赖于流体翻转来实现均匀，翻转调合的效果与距离射线的距离和偏离射线的方向角均有关系，距射线的距离越大，翻转调合的效果越差；偏离射线的方向角越大，翻转调合的效果也越差。因此，固定喷嘴的循环效果不佳，存在死区和混合效果差的缺点[5]。此外，当固定喷嘴运行时，受到高压大流量油的冲击会发生强烈的振荡，强大的冲击流冲击内浮顶储罐浮盘容易造成浮盘损坏，同时静电也会在此过程中积聚，存在一定的安全隐患。

旋转喷头：其通常安装于储罐底部的中心位置，借助设备法兰以及油罐内的管线，与储罐的调合罐道实现稳固连接。油品经过管道进入储罐内后，再通过旋转喷头上均匀分布的副喷嘴与顶部主喷嘴协同运作，向上喷洒物料，使得新进入的物料能够与储罐内原有的物料充分进行混合。该设备构造简约，操作便捷，不仅前期投资成本较低，日常管理也极为省心，几乎无需额外维护。其循环过程无死角，能有效缩短泵的循环时长，实现节能降耗，还可减少物料的蒸发损耗，优势显著。调合旋转喷头可在 360°方向发射射流，且每分钟数遍各方向扫射，存在无数活力射径，翻转为锥面外翻，每个旋喷形成了集团性翻转，翻转规模宏大，驱除死区效果理想，其翻转力度和分布力强化度是单线作战的固定喷嘴的无数倍，意味着分散程度大且有力、油品混合均匀度更佳，品质更加稳定，调合彻底，可大幅度提高一次性调合合格率。

基于对上述技术特点的分析：旋转喷头与罐壁之间没有轴向密封，不需要在罐前进行配电，没有混合死角，十分安全可靠，更适合在柴油内浮顶罐中应用。国内某炼化企业对柴油储罐进行了改造，并在柴油成品储罐上增加了调合旋转喷头。

2.3 调和旋转喷头调合原理

国内某炼化企业主要采用的是泵循环式的管道调合，将两种或几种柴油组分按照一定比例，打入调合罐，然后储罐收满油后用循环泵把调合罐内的油品抽出，经安装在伸入罐壁内的进油线上的旋转喷头返回调合罐内。通过这一循环过程，使各种组分油品混合均匀。

旋转喷头的工作原理是流体的反冲，具有更大的参与搅动区域，流体可以在储罐中的任何地方被驱动，没有死区，这可以使油品混合的更加均匀，质量更加稳定。每个储罐在靠近罐中心位置安装有两个旋转喷头，每个旋转喷头包含两个喷嘴，喷嘴是一个流线型的锥形体，一个喷嘴可以 360 度向任何方向发射，并且可以每分钟在每个方向上多次发射。在实际应用中，它具有更强的翻转和更好的混合效果[3-4]。

2.4 柴油组分油信息

在柴油生产过程中，柴油调合所用的组分主要有以下几种，如表1 所示

从表 1 可以看出，不同组分油的密度差别较大，若储罐循环不均匀，密度势必分层，故可以选取使用调合旋转喷头后的柴油调合罐密度分布情况来反馈旋转喷头的循环效果。

3 油品调合旋转喷头应用情况

根据调合旋转喷头的使用要求，对调合旋转喷头使用效果进行了试验分析。

3.1 油品调合试验方案

日常，柴油调合罐收油时均是按照调柴油组分先重后轻的原则，为充分验证柴油调合旋转喷头满罐循环时的效果，在开展柴油调合旋转喷头应用情况研究时，选取了更为苛刻的收油方式，按照先轻后重的顺序收油，并且单组分依次进罐。

柴油调合罐收油结束后，循环结束后使用便携式密度测量仪DM-250.2 对储罐密度分布情况进行测量

3.2 调合旋转喷头循环效果试验情况（1）柴油调合罐罐A 5000m³. ）试验情

罐A 开展调合旋转喷头循环效果试验，柴油组分及罐底油密度情况如表2 所示。

循环4h 结束后，储罐A 密度分层明显，液位0.8 米以下，也出现了分层；从液位10.3m 以上密度为818.2-818.9kg/m³ ，与未循环时储罐上部密度分布基本一致，说明储罐旋转喷头喷射高度未达到 10.3m 以上。安排罐A 向其他罐压油2.5 米，罐A 储罐液位降低至9.28 米，再次循环4h 后测密度分布情况，循环效果大有改善，密度超差满足指标。

为进一步验证调合旋转喷头使用效果不佳是否个例，进一步选取罐 B（5000m3）测量储罐密度分布情况，罐 B 调和情况：罐 B 与罐 A 收油流程和循环流程一致，罐 B 罐底油比例，使用组分油与罐 A 一致。按照先轻后重收油顺序，罐B 液位9.28 米以上同样出现分层明显，与罐A 现象完全一致。罐B 同样压出2.5 米油后再次进行循环，分层情况同样明显改善，满足质量要求。

通过以上研究可以得出以下结论：柴油调合罐改造后增加的调合旋转喷头，不满足技术指标，无法达到满罐时循环均匀的效果。

3.3 调合旋转喷头循环效果不佳原因分析

针对调合旋转喷头循环效果不佳，在储罐检修时进入储罐内检查，开展原因分析。经检查，调合旋转喷头安装符合安装说明。针对现有调合旋转喷头（见图1）展开分析。

从图 1 可以看出，调合旋转喷头只有两个喷嘴，分别负责扫底和主喷，扫底喷嘴口径缩径严重，此调合旋转喷头缺少顶推喷嘴和副扫喷嘴，使得整罐循环时无法实现全方位、有主次、顾全局的充分均匀调合。3.4 调合旋转喷头改进

为确保柴油成品质量符合要求，在调合旋转喷头改进前，临时采取降液位的措施保障循环效果，即5000m3柴油调合罐液位调合上限按照9.30 米控制。

国内某炼化企业根据泵的循环时间安排、扬程、罐径、液位高和流量大小的关系，设计 4 个典型液位段，并根据液位分段的差异分配相应的合理的流量比例及喷嘴出口口径，确保整罐循环时实现充分均匀混合。每个喷嘴的功能如下：

扫底功能：主要作用是对罐底油进行循环形成喷射，并推动密度大的物料上行，以便与上面的物料进行混合。

顶推功能：其作用是保证罐中心位置密度大的物料时时刻刻受到推力与上部密度小的物料不断进行混合。主喷功能：该喷嘴在接近固定喷嘴射位即安全液位下0-3 米处进行喷扫，其作用是保证在罐内有无数个“固定喷嘴”调合，并推动密度大的物料时时刻刻受到推力与上部密度小的物料反反复复混合。

副扫功能：主要负责自下而上不同液位段的喷扫，确保各液位段得到倾斜向上的喷扫，确保各液位段各区

域得到成千上万个“固定喷嘴”调合，并推动密度大的 刻受到推力与上部密度小的物料反反复复混合。改进后的调合旋转喷头，从下到上，从中心到罐 的液体部分 ，有成千上万个存在逻辑组合的“固定喷嘴”

组，实现区域与高度的差异化划分，促使油品在罐内得到大规模翻转，从而实现油品调合时的充分均匀混合。

4 结论与建议

油品调合旋转喷头在柴油储罐上的应用研究结果表明（1）原有的调合旋转喷头因设计缺陷不满足调合需求，应（2）调合旋转喷头具有设备简单，易操作，投资小，便于管理等优点。

（3）改进后的调合旋转喷头更合理，喷出的射流混合更有力，搅拌区域参与更大，混合更充分。（4）在设计旋转喷头时应根据调合循环时间、泵的扬程、流量、罐径、液位高和介质密度、粘度、循环线长度和弯头数量等实际工况进行综合计算设计，选择数量合适的喷嘴个数和口径。

（5）通过改进调合旋转喷头喷嘴形式，有利于油品质量的控制，罐内油品可以实现充分混合，可以更好地满足质量要求。

参考文献

[1] 邱豪. 旋转喷嘴调合器在油品调合中的应用[J]. 化工设计通讯, 2016, 42(011):12-12.

[2] 王海春. 浅谈汽柴油的调合技术及应用现状[J]. 科技创新与应用,2012(22):73-73

[3] 杨海宏, 原英. 调合喷嘴在储罐上的应用[J]. 化工技术与开发, 2012, 041(012):57-59.

4]赵忠水.油品调合旋转喷头在大型原油储罐上的调合应用[J]. 中国新技术新产品, 2015, 000(0

[5] 李 东 阳 , 周 磊 . 旋 转 喷 嘴 调 合 器 在 油 品 调 合 中 的 应 用 [J]. 中 外 能 源2012(11):7DOI:10.3969/j.issn.1009-6019.2014.08.483.

作者简介：霍霖（1991—），男，汉族， 河南省汤阴县，硕士研究生，工程师，研究方向油品储运、油品调和。