一种管道混合器的制作方法

本发明涉及一种管道混合器，具体的说是一种适用于将多种原料油掺混，调和成所需性质油品的管道混合器。本发明尤其适用于原油和船用重质燃料油的管道调和过程，也可以广泛地应用于其它液体的掺混调和领域。

背景技术：

油品调和是将两种或者两种以上的原料油按一定的比例混合，最终得到所需性质的油品的过程。目前常用于油品调和方法可分为油罐调和与管道调和。

其中油罐调和时间长、能耗高、生产效率低，不适于大批量调和。管道混合虽能克服以上缺点，但由于各原料油进料管控制阀的调节波动，可能导致沿管道轴向各原料油的配比不均匀，如图1所示。

图1为A和B两种原料油按5:5的比例进行调和。理论上原料油A的调和配比应保持平稳在5，如图中直线所示；但受进料阀控制精度限制，其实际比例随（时间/s）或（管道轴向长度/m）而呈一定幅度的波动，如图中曲线所示。

使各原料油掺混均匀保证原油安全经济管输和燃料油调和产品质量的关键。CN103285757A公开了一种静态混合器，CN202983539U公开了一种内衬鳍片的管道混合器，CN103120904A公开了一种无动力管道混合器等。现有技术中的管道混合器，只偏重于促进管道径向各原料的均匀掺混，而不能解决管道轴向的原料的配比不均匀问题。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是，提供一种新型管道混合器，同时促进管道轴向与径向各原料油的均匀掺混，从而有效提高原油掺混和原油、船用重质燃料油等的调和质量。

1、轴向掺混原理：

对于起点相互联通，且末端也相互联通的两条及以上的不同直径的水平管道，各支管内流体的平均流速与管径密切相关。以水力光滑区流态为例，当管内流体密度及粘度相差不大时，两条支管内平局流速与管径关系近似为：。其中V₁为直径为D₁的支管内的流体平均流速，V₂为直径为D₂的支管内的流体平均流速。因此，利用各支管内流体平均流速的不同，可达到沿管道轴向掺混流体的目的。

2、径向掺混原理：

液体在管道内流动，主要存在层流和紊流两种流动状态。其中紊流更有利于液体掺混。流体经过管径变化处时，其质点的摩擦和碰撞会急速增加，产生局部的压力损失，形成涡流紊动。因此，本发明中可以利用变径管的涡流来提高液体的掺混效率。

3、具体技术方案：

本发明提供了一种管道混合器，所述的管道混合器包括预混合室和后混合室，预混合室和后混合室均为水平设置的封闭圆筒结构，其分别包括两端的封头和筒体；所述预混合室的一端（左端）封头连接若干进料管，进料管敷设两条以上，每条管上都装有自动控制阀门，进料管上游端接于油源，下游端焊接于预混合室左端；预混合室的右端封头通过变径主管与后混合室的左端封头通过焊接连接，并联（连）通预混合室和后混合室，后混合室的远离变径主管的一侧封头上设置有出料管，出料管上设置有阀门；在预混合室和后混合室的筒体上分别设置数量相等、且位置相对的若干对法兰，所述的若干对法兰分别同对应数量的变径支管连接，并联通预混合室和后混合室。

所述的变径主管焊接于预混合室右侧封头上。变径主管的直径与预混合室直径的比应小于2/3。变径主管的主要作用有两种：一是配合预混合室及后混合室，利用变径产生涡流，促进流体沿管道径向的掺混；二是配合变径支管，利用平均流速不同，促进流体沿管道轴向的掺混。

所述后混合室的左侧封头焊接于变径主管右侧。后混合室的直径优选等于预混合室的直径。出料管焊接于后混合室右端的封头，所述出料管的主要作用是将最终的合格调和产品引出管道混合器。

其中，所述的预混合室、后混合室与变径主管共轴（轴线重合）。预混合室的长径（直径）比在0.5以上，后混合室的长径（直径）比亦在0.5以上。变径主管的直径与预混合室的直径的比应小于2/3。

本发明的管道混合器中，在预混合室和后混合室的筒体（圆周）分别设置数量相等、且位置相对的若干对（组）法兰。法兰在预混合室筒体上的位置距连接变径主管一侧封头的距离为预混合室（筒体）半径的1/6—5/6倍。同样，法兰在后混合室筒体上的位置，距设置出料管一侧封头的距离为后混合室（筒体）半径的1/6—5/6倍。

其中，所述预混合室和后混合室筒体上设置的若干对（组）法兰分别同对应数量变径支管连接，联通预混合室和后混合室。所述法兰（变径支管）的数量在3支以上，优选为大于等于4的偶数。若干对法兰（变径支管）在预混合室筒体圆周上均匀分布。所述若干对变径支管的直径相等或不等。优选具有相等直径的变径支管在筒体圆周上对称分布。

所述的变径支管通过法兰连接于预混合室和后混合室的筒体上，连（联）通预混合室和后混合室。变径支管可以敷设多对（组），具体范围可在2至20条不等，每一组的管径相等且在混合室筒体圆周上对称布置。不同组变径支管直径比例应近似1:1.5:2:2.5:3……。不同对（组）变径支管的直径可根据油品的性质适当调节，但均必须小于变径主管的半径。设置变径支管的主要作用是利用各管内平局流速的不同，实现沿管道轴向流体的掺混。

本发明中，在后混合室的内部还设置（焊接）若干弯管。弯管的外端分别同筒体上设置的法兰相连接。弯管与后混合室的轴线在同一平面上。弯管焊接于后混合室内，并通过法兰与变径支管末端相联通。弯管的出口方向指向变径主管，与水平方向夹角范围为0°至30°之间。设置弯管的主要作用是通过喷射，增强后混合室内的涡流，提高流体掺混效果。

所述的预混合室和后混合室的直径可以相等或不等，优选相等。

本发明提供的管道混合器的工作过程包括：

首先，假定某一时刻为参照时刻。在此参照时刻之前，各掺混原料油品比例为A。在此时刻之后，由于自动控制的波动，各掺混原料油品的比例突变为B。在A与B掺混油品之间形成比例突变界面。

在该参照时刻之后，不同的油品按一定的比例经各自的进料管流入预混合室，并在预混合室和变径主管结合处形成涡流。此处形成的涡流可以促进混合油品的径向掺混，提高混合油品的径向均匀性。经一次径向搅拌后，混合油品纵向性质不同，但径向性质相对均匀。

此时，比例为B的混合油品从同一突变界面出发，分别经变径主管和变径支管组同时开始流向后混合室。在向后混合室流动的过程中，由于变径主管和变径支管组内油品的流速不同，各管道内油品突变界面的纵向推进位置开始出现差异。管径越粗，油品突变界面推进越快。当变径主管的突变界面抵达后混合室时，变径支管内的突变界面并未抵达后混合室。此时，变径主管向后混合室注入的是比例为B的混合油，而变径支管组向混合室注入的仍是比例为A的混合油。如此而实现了混合油沿管道轴向的掺混，减少了由于控制波动等原因所导致的管道轴向油品性质差异。

同时，在变径主管和后混合室的结合处，由于流通面积的突然扩大，形成了二次涡流，通过二次涡流的搅拌作用进一步促进混合油的径向均一性。同时，由于变径支管组末端的弯管经过特殊的导向设计，经变径支管组喷出的油品流向与二次涡流流线一致，如此可以加剧涡流强度，进一步提高油品的混合效果。经过二次涡流混合后，性质更为均一的混合油最终经出料管排出。

也即通过变径主管与变径支管组的设计，实现了不同油品沿管道轴向与径向的剧烈混合，降低了由于控制原因导致的管道轴向油品比例不均匀性，填补了管道轴向混合的技术空白。

4、与现有技术相比，本发明的管道混合器具有以下优点：

（1）可实现管道轴向混合。本发明利用变径主管与变径支管组内流体的平均流速不同，实现了管内流体沿管道轴向的掺混。可以降低乃至消除由于控制波动等原因导致的管道轴向油品比例不均匀。

（2）纵-径向综合掺混度高。利用主管变径产生局部涡流，实现管内流体沿管道径向的掺混。在变径支管的末端特别设计弯管喷流，使其流体喷射方向顺应涡流流线方向，可加剧变径主管与后混合室连接处的涡流强度，进一步提高管内流体的混合均匀度。

（3）适应范围广。本发明装置变径支管与变径主管间采用法兰连接，因而可随时拆换不同直径的变径支管。在实际应用过程中，可根据流体的粘度等性质调节支管管径大小，适用于不同性质的液体的混合。

（4）可靠性高。本发明管道混合器装置是通过变径主管与变径支管组内的流速差，以及变径主管与变径直管末端弯头产生的涡流来实现多种油品的掺混。整体原理与机械搅拌无关，混合器装置内不含旋转运动部件，工作可靠性高，可降低维修成本，尤其适用于高粘油品、高凝点油品及含固体杂质油品的大批量混合过程。

附图说明

图1是现有技术中管道混合的（效果）示意图。

图2是本发明管道混合器的结构示意图。

图2中，1-进料管；2-预混合室；21、23-封头；22-筒体；3-法兰；4-变径支管；5-变径主管；6-弯管；7-出料管；8-后混合室；81、83-封头；82-筒体；9-（参照时刻预混合室内的比例突变）分界面；91-从参照时刻开始经一段时间，当预混合室内的比例突变界面9经变径主管的抵达后混合室的纵向位置92时，比例突变界面9在变径支管内的纵向位置；92-从参照时刻开始经一段时间，预混合室内的比例突变界面9经变径主管抵达后混合室内的纵向位置；10-阀门。

图3是本发明管道混合器的侧视图。

图3中，2-预混合室；3-法兰；4-变径支管；5-变径主管。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图1所示，本发明的管道混合器包括预混合室2和后混合室8，预混合室2和后混合室8均为水平设置的封闭圆筒结构，其分别包括两端的封头21、23、81、83和筒体22、82。所述预混合室2的一端（左端）封头连接若干进料管1，进料管敷设两条以上，每条管上都装有自动控制阀门10，上游端接于油源，下游端焊接于预混合室1左端。进料管1的主要作用是将不同调和原料按配比引入预混合室2。预混合室2的右端封头与变径主管5左端焊接连接。变径主管5右端与后混合室8的左端封头通过焊接连接。后混合室8上在远离变径主管的一侧封头上设置有出料管7，出料管7上设置有阀门10。

变径主管5焊接于预混合室右侧封头23上。变径主管的直径与预混合室直径的比应小于2/3。变径主管的主要作用有两种：一是配合预混合室及后混合室，利用变径产生涡流，促进流体沿管道径向的掺混；二是配合变径支管，利用平均流速不同，促进流体沿管道轴向的掺混。

后混合室8的左侧封头81焊接于变径主管5右侧，其直径优选等于预混合室的直径。出料管7焊接于后混合室。出料口的主要作用是将最终的合格调和产品引出管道调和器。

其中，预混合室2、后混合室8与变径主管5共轴（轴线重合）。预混合室2的长径（直径）比在0.5以上，后混合室的长径（直径）比亦在0.5以上。变径主管5直径与预混合室2直径的比应小于2/3。

在预混合室和后混合室的筒体（圆周）22和82上分别设置数量相等、且位置相对（解释）的若干对法兰3。法兰3在预混合室筒体22上的位置距离连接变径主管一侧封头23的距离为预混合室（筒体）半径的1/6—5/6倍。同样，法兰3在后混合室筒体82的位置，距离设置出料管一侧封头83的距离为后混合室（筒体）半径的1/6—5/6倍。

其中，预混合室和后混合室筒体上设置的若干对法兰3分别同变径支管4连接，联通预混合室和后混合室。所述变径支管的数量在3支以上，优选为大于等于4的偶数支。若干变径支管在预混合室筒体22圆周上均匀对称分布。变径支管的直径相等或不等。优选具有相等直径的变径支管在筒体圆周上对称分布。

变径支管4通过法兰连接于预混合室2和后混合室8的筒体上，联通预混合室和后混合室。变径支管可以敷设多组，具体范围可在2条至20条不等，每组管径相等且对称布置。不同组变径支管直径比例应近似1:1.5:2:2.5:3……，可根据油品的性质适当调节，但必须小于变径主管的半径。变径支管主要作用是利用各管内平局流速的不同，实现沿管道轴向流体的掺混。

而且，在后混合室8的内部还设置（焊接）若干弯管6，弯管6的外端分别同筒体上设置的法兰相连接。弯管与后混合室的轴线在同一平面上。弯管焊接于后混合室内，并通过法兰与变径支管末端相联通。弯管的出口方向指向变径主管，与水平方向夹角范围为0°至30°之间，其主要作用是通过喷射，增强涡流，提高流体掺混效果。

预混合室2和后混合室8的直径可以相等或不等，优选相等。

结合图2，本发明的管道混合器的工作过程如下：

假设现需将A、B两种原料油按5:5的比例调和。两种原料油经若干进料管1引入管道混合器的预混合室2，并开始预掺混。由于控制阀调节波动，在分界面9上游，A、B两种原料油的实际比例为4:6；在分界面9下游，A、B两种原料油的实际比例为6:4。

在参照时刻，分界面9处的流体一部分流经变径支管组4，一部分流经变径主管5。由于变径支管4与变径主管5内平均流速的不同，经过一短时间分界面9在变径支管组4与变径主管5内的位置将拉开距离。当预混合室内的分界面9经变径主管流入后混合室并抵达纵向位置92时，经变径支管抵达的纵向位置为91。如附图1所示。此时，变径主管向后混合室注入的是A:B=4:6的混合油，而变径支管组向后混合室注入的仍然是A:B=6:4的混合油。也即通过变径主管与变径支管组的分流，变径支管分界面91下游的A:B=6:4的混合油被引入了后混合室A:B=4:6的混合油中，从而实现了沿管道轴向的油品掺混。

根据流体力学原理，在预混合室与变径主管联结处以及变径主管与后混合室联结处，混合油会产生涡流，促进沿管道径向的掺混效果。受弯管喷射影响，后混合室处涡流紊动会得到加强，可进一步提高混合油的掺混效率。

通过以上沿管道轴向与径向的联合掺混作用，最终使各原料油掺混均匀，性质均一，保证原油或船用重质燃料油的产品质量。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。