本發(fā)明涉及一種管道混合器，具體的說(shuō)是一種適用于將多種原料油摻混，調(diào)和成所需性質(zhì)油品的管道混合器。本發(fā)明尤其適用于原油和船用重質(zhì)燃料油的管道調(diào)和過(guò)程，也可以廣泛地應(yīng)用于其它液體的摻混調(diào)和領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

油品調(diào)和是將兩種或者兩種以上的原料油按一定的比例混合，最終得到所需性質(zhì)的油品的過(guò)程。目前常用于油品調(diào)和方法可分為油罐調(diào)和與管道調(diào)和。

其中油罐調(diào)和時(shí)間長(zhǎng)、能耗高、生產(chǎn)效率低，不適于大批量調(diào)和。管道混合雖能克服以上缺點(diǎn)，但由于各原料油進(jìn)料管控制閥的調(diào)節(jié)波動(dòng)，可能導(dǎo)致沿管道軸向各原料油的配比不均勻，如圖1所示。

圖1為A和B兩種原料油按5:5的比例進(jìn)行調(diào)和。理論上原料油A的調(diào)和配比應(yīng)保持平穩(wěn)在5，如圖中直線所示；但受進(jìn)料閥控制精度限制，其實(shí)際比例隨（時(shí)間/s）或（管道軸向長(zhǎng)度/m）而呈一定幅度的波動(dòng)，如圖中曲線所示。

使各原料油摻混均勻保證原油安全經(jīng)濟(jì)管輸和燃料油調(diào)和產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵。CN103285757A公開了一種靜態(tài)混合器，CN202983539U公開了一種內(nèi)襯鰭片的管道混合器，CN103120904A公開了一種無(wú)動(dòng)力管道混合器等。現(xiàn)有技術(shù)中的管道混合器，只偏重于促進(jìn)管道徑向各原料的均勻摻混，而不能解決管道軸向的原料的配比不均勻問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種新型管道混合器，同時(shí)促進(jìn)管道軸向與徑向各原料油的均勻摻混，從而有效提高原油摻混和原油、船用重質(zhì)燃料油等的調(diào)和質(zhì)量。

1、軸向摻混原理：

對(duì)于起點(diǎn)相互聯(lián)通，且末端也相互聯(lián)通的兩條及以上的不同直徑的水平管道，各支管內(nèi)流體的平均流速與管徑密切相關(guān)。以水力光滑區(qū)流態(tài)為例，當(dāng)管內(nèi)流體密度及粘度相差不大時(shí)，兩條支管內(nèi)平局流速與管徑關(guān)系近似為：。其中V₁為直徑為D₁的支管內(nèi)的流體平均流速，V₂為直徑為D₂的支管內(nèi)的流體平均流速。因此，利用各支管內(nèi)流體平均流速的不同，可達(dá)到沿管道軸向摻混流體的目的。

2、徑向摻混原理：

液體在管道內(nèi)流動(dòng)，主要存在層流和紊流兩種流動(dòng)狀態(tài)。其中紊流更有利于液體摻混。流體經(jīng)過(guò)管徑變化處時(shí)，其質(zhì)點(diǎn)的摩擦和碰撞會(huì)急速增加，產(chǎn)生局部的壓力損失，形成渦流紊動(dòng)。因此，本發(fā)明中可以利用變徑管的渦流來(lái)提高液體的摻混效率。

3、具體技術(shù)方案：

本發(fā)明提供了一種管道混合器，所述的管道混合器包括預(yù)混合室和后混合室，預(yù)混合室和后混合室均為水平設(shè)置的封閉圓筒結(jié)構(gòu)，其分別包括兩端的封頭和筒體；所述預(yù)混合室的一端（左端）封頭連接若干進(jìn)料管，進(jìn)料管敷設(shè)兩條以上，每條管上都裝有自動(dòng)控制閥門，進(jìn)料管上游端接于油源，下游端焊接于預(yù)混合室左端；預(yù)混合室的右端封頭通過(guò)變徑主管與后混合室的左端封頭通過(guò)焊接連接，并聯(lián)（連）通預(yù)混合室和后混合室，后混合室的遠(yuǎn)離變徑主管的一側(cè)封頭上設(shè)置有出料管，出料管上設(shè)置有閥門；在預(yù)混合室和后混合室的筒體上分別設(shè)置數(shù)量相等、且位置相對(duì)的若干對(duì)法蘭，所述的若干對(duì)法蘭分別同對(duì)應(yīng)數(shù)量的變徑支管連接，并聯(lián)通預(yù)混合室和后混合室。

所述的變徑主管焊接于預(yù)混合室右側(cè)封頭上。變徑主管的直徑與預(yù)混合室直徑的比應(yīng)小于2/3。變徑主管的主要作用有兩種：一是配合預(yù)混合室及后混合室，利用變徑產(chǎn)生渦流，促進(jìn)流體沿管道徑向的摻混；二是配合變徑支管，利用平均流速不同，促進(jìn)流體沿管道軸向的摻混。

所述后混合室的左側(cè)封頭焊接于變徑主管右側(cè)。后混合室的直徑優(yōu)選等于預(yù)混合室的直徑。出料管焊接于后混合室右端的封頭，所述出料管的主要作用是將最終的合格調(diào)和產(chǎn)品引出管道混合器。

其中，所述的預(yù)混合室、后混合室與變徑主管共軸（軸線重合）。預(yù)混合室的長(zhǎng)徑（直徑）比在0.5以上，后混合室的長(zhǎng)徑（直徑）比亦在0.5以上。變徑主管的直徑與預(yù)混合室的直徑的比應(yīng)小于2/3。

本發(fā)明的管道混合器中，在預(yù)混合室和后混合室的筒體（圓周）分別設(shè)置數(shù)量相等、且位置相對(duì)的若干對(duì)（組）法蘭。法蘭在預(yù)混合室筒體上的位置距連接變徑主管一側(cè)封頭的距離為預(yù)混合室（筒體）半徑的1/6—5/6倍。同樣，法蘭在后混合室筒體上的位置，距設(shè)置出料管一側(cè)封頭的距離為后混合室（筒體）半徑的1/6—5/6倍。

其中，所述預(yù)混合室和后混合室筒體上設(shè)置的若干對(duì)（組）法蘭分別同對(duì)應(yīng)數(shù)量變徑支管連接，聯(lián)通預(yù)混合室和后混合室。所述法蘭（變徑支管）的數(shù)量在3支以上，優(yōu)選為大于等于4的偶數(shù)。若干對(duì)法蘭（變徑支管）在預(yù)混合室筒體圓周上均勻分布。所述若干對(duì)變徑支管的直徑相等或不等。優(yōu)選具有相等直徑的變徑支管在筒體圓周上對(duì)稱分布。

所述的變徑支管通過(guò)法蘭連接于預(yù)混合室和后混合室的筒體上，連（聯(lián)）通預(yù)混合室和后混合室。變徑支管可以敷設(shè)多對(duì)（組），具體范圍可在2至20條不等，每一組的管徑相等且在混合室筒體圓周上對(duì)稱布置。不同組變徑支管直徑比例應(yīng)近似1:1.5:2:2.5:3……。不同對(duì)（組）變徑支管的直徑可根據(jù)油品的性質(zhì)適當(dāng)調(diào)節(jié)，但均必須小于變徑主管的半徑。設(shè)置變徑支管的主要作用是利用各管內(nèi)平局流速的不同，實(shí)現(xiàn)沿管道軸向流體的摻混。

本發(fā)明中，在后混合室的內(nèi)部還設(shè)置（焊接）若干彎管。彎管的外端分別同筒體上設(shè)置的法蘭相連接。彎管與后混合室的軸線在同一平面上。彎管焊接于后混合室內(nèi)，并通過(guò)法蘭與變徑支管末端相聯(lián)通。彎管的出口方向指向變徑主管，與水平方向夾角范圍為0°至30°之間。設(shè)置彎管的主要作用是通過(guò)噴射，增強(qiáng)后混合室內(nèi)的渦流，提高流體摻混效果。

所述的預(yù)混合室和后混合室的直徑可以相等或不等，優(yōu)選相等。

本發(fā)明提供的管道混合器的工作過(guò)程包括：

首先，假定某一時(shí)刻為參照時(shí)刻。在此參照時(shí)刻之前，各摻混原料油品比例為A。在此時(shí)刻之后，由于自動(dòng)控制的波動(dòng)，各摻混原料油品的比例突變?yōu)锽。在A與B摻混油品之間形成比例突變界面。

在該參照時(shí)刻之后，不同的油品按一定的比例經(jīng)各自的進(jìn)料管流入預(yù)混合室，并在預(yù)混合室和變徑主管結(jié)合處形成渦流。此處形成的渦流可以促進(jìn)混合油品的徑向摻混，提高混合油品的徑向均勻性。經(jīng)一次徑向攪拌后，混合油品縱向性質(zhì)不同，但徑向性質(zhì)相對(duì)均勻。

此時(shí)，比例為B的混合油品從同一突變界面出發(fā)，分別經(jīng)變徑主管和變徑支管組同時(shí)開始流向后混合室。在向后混合室流動(dòng)的過(guò)程中，由于變徑主管和變徑支管組內(nèi)油品的流速不同，各管道內(nèi)油品突變界面的縱向推進(jìn)位置開始出現(xiàn)差異。管徑越粗，油品突變界面推進(jìn)越快。當(dāng)變徑主管的突變界面抵達(dá)后混合室時(shí)，變徑支管內(nèi)的突變界面并未抵達(dá)后混合室。此時(shí)，變徑主管向后混合室注入的是比例為B的混合油，而變徑支管組向混合室注入的仍是比例為A的混合油。如此而實(shí)現(xiàn)了混合油沿管道軸向的摻混，減少了由于控制波動(dòng)等原因所導(dǎo)致的管道軸向油品性質(zhì)差異。

同時(shí)，在變徑主管和后混合室的結(jié)合處，由于流通面積的突然擴(kuò)大，形成了二次渦流，通過(guò)二次渦流的攪拌作用進(jìn)一步促進(jìn)混合油的徑向均一性。同時(shí)，由于變徑支管組末端的彎管經(jīng)過(guò)特殊的導(dǎo)向設(shè)計(jì)，經(jīng)變徑支管組噴出的油品流向與二次渦流流線一致，如此可以加劇渦流強(qiáng)度，進(jìn)一步提高油品的混合效果。經(jīng)過(guò)二次渦流混合后，性質(zhì)更為均一的混合油最終經(jīng)出料管排出。

也即通過(guò)變徑主管與變徑支管組的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了不同油品沿管道軸向與徑向的劇烈混合，降低了由于控制原因?qū)е碌墓艿垒S向油品比例不均勻性，填補(bǔ)了管道軸向混合的技術(shù)空白。

4、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的管道混合器具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）可實(shí)現(xiàn)管道軸向混合。本發(fā)明利用變徑主管與變徑支管組內(nèi)流體的平均流速不同，實(shí)現(xiàn)了管內(nèi)流體沿管道軸向的摻混?？梢越档湍酥料捎诳刂撇▌?dòng)等原因?qū)е碌墓艿垒S向油品比例不均勻。

（2）縱-徑向綜合摻混度高。利用主管變徑產(chǎn)生局部渦流，實(shí)現(xiàn)管內(nèi)流體沿管道徑向的摻混。在變徑支管的末端特別設(shè)計(jì)彎管噴流，使其流體噴射方向順應(yīng)渦流流線方向，可加劇變徑主管與后混合室連接處的渦流強(qiáng)度，進(jìn)一步提高管內(nèi)流體的混合均勻度。

（3）適應(yīng)范圍廣。本發(fā)明裝置變徑支管與變徑主管間采用法蘭連接，因而可隨時(shí)拆換不同直徑的變徑支管。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，可根據(jù)流體的粘度等性質(zhì)調(diào)節(jié)支管管徑大小，適用于不同性質(zhì)的液體的混合。

（4）可靠性高。本發(fā)明管道混合器裝置是通過(guò)變徑主管與變徑支管組內(nèi)的流速差，以及變徑主管與變徑直管末端彎頭產(chǎn)生的渦流來(lái)實(shí)現(xiàn)多種油品的摻混。整體原理與機(jī)械攪拌無(wú)關(guān)，混合器裝置內(nèi)不含旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)部件，工作可靠性高，可降低維修成本，尤其適用于高粘油品、高凝點(diǎn)油品及含固體雜質(zhì)油品的大批量混合過(guò)程。

附圖說(shuō)明

圖1是現(xiàn)有技術(shù)中管道混合的（效果）示意圖。

圖2是本發(fā)明管道混合器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2中，1-進(jìn)料管；2-預(yù)混合室；21、23-封頭；22-筒體；3-法蘭；4-變徑支管；5-變徑主管；6-彎管；7-出料管；8-后混合室；81、83-封頭；82-筒體；9-（參照時(shí)刻預(yù)混合室內(nèi)的比例突變）分界面；91-從參照時(shí)刻開始經(jīng)一段時(shí)間，當(dāng)預(yù)混合室內(nèi)的比例突變界面9經(jīng)變徑主管的抵達(dá)后混合室的縱向位置92時(shí)，比例突變界面9在變徑支管內(nèi)的縱向位置；92-從參照時(shí)刻開始經(jīng)一段時(shí)間，預(yù)混合室內(nèi)的比例突變界面9經(jīng)變徑主管抵達(dá)后混合室內(nèi)的縱向位置；10-閥門。

圖3是本發(fā)明管道混合器的側(cè)視圖。

圖3中，2-預(yù)混合室；3-法蘭；4-變徑支管；5-變徑主管。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說(shuō)明本發(fā)明，但不用來(lái)限制本發(fā)明的范圍。

如圖1所示，本發(fā)明的管道混合器包括預(yù)混合室2和后混合室8，預(yù)混合室2和后混合室8均為水平設(shè)置的封閉圓筒結(jié)構(gòu)，其分別包括兩端的封頭21、23、81、83和筒體22、82。所述預(yù)混合室2的一端（左端）封頭連接若干進(jìn)料管1，進(jìn)料管敷設(shè)兩條以上，每條管上都裝有自動(dòng)控制閥門10，上游端接于油源，下游端焊接于預(yù)混合室1左端。進(jìn)料管1的主要作用是將不同調(diào)和原料按配比引入預(yù)混合室2。預(yù)混合室2的右端封頭與變徑主管5左端焊接連接。變徑主管5右端與后混合室8的左端封頭通過(guò)焊接連接。后混合室8上在遠(yuǎn)離變徑主管的一側(cè)封頭上設(shè)置有出料管7，出料管7上設(shè)置有閥門10。

變徑主管5焊接于預(yù)混合室右側(cè)封頭23上。變徑主管的直徑與預(yù)混合室直徑的比應(yīng)小于2/3。變徑主管的主要作用有兩種：一是配合預(yù)混合室及后混合室，利用變徑產(chǎn)生渦流，促進(jìn)流體沿管道徑向的摻混；二是配合變徑支管，利用平均流速不同，促進(jìn)流體沿管道軸向的摻混。

后混合室8的左側(cè)封頭81焊接于變徑主管5右側(cè)，其直徑優(yōu)選等于預(yù)混合室的直徑。出料管7焊接于后混合室。出料口的主要作用是將最終的合格調(diào)和產(chǎn)品引出管道調(diào)和器。

其中，預(yù)混合室2、后混合室8與變徑主管5共軸（軸線重合）。預(yù)混合室2的長(zhǎng)徑（直徑）比在0.5以上，后混合室的長(zhǎng)徑（直徑）比亦在0.5以上。變徑主管5直徑與預(yù)混合室2直徑的比應(yīng)小于2/3。

在預(yù)混合室和后混合室的筒體（圓周）22和82上分別設(shè)置數(shù)量相等、且位置相對(duì)（解釋）的若干對(duì)法蘭3。法蘭3在預(yù)混合室筒體22上的位置距離連接變徑主管一側(cè)封頭23的距離為預(yù)混合室（筒體）半徑的1/6—5/6倍。同樣，法蘭3在后混合室筒體82的位置，距離設(shè)置出料管一側(cè)封頭83的距離為后混合室（筒體）半徑的1/6—5/6倍。

其中，預(yù)混合室和后混合室筒體上設(shè)置的若干對(duì)法蘭3分別同變徑支管4連接，聯(lián)通預(yù)混合室和后混合室。所述變徑支管的數(shù)量在3支以上，優(yōu)選為大于等于4的偶數(shù)支。若干變徑支管在預(yù)混合室筒體22圓周上均勻?qū)ΨQ分布。變徑支管的直徑相等或不等。優(yōu)選具有相等直徑的變徑支管在筒體圓周上對(duì)稱分布。

變徑支管4通過(guò)法蘭連接于預(yù)混合室2和后混合室8的筒體上，聯(lián)通預(yù)混合室和后混合室。變徑支管可以敷設(shè)多組，具體范圍可在2條至20條不等，每組管徑相等且對(duì)稱布置。不同組變徑支管直徑比例應(yīng)近似1:1.5:2:2.5:3……，可根據(jù)油品的性質(zhì)適當(dāng)調(diào)節(jié)，但必須小于變徑主管的半徑。變徑支管主要作用是利用各管內(nèi)平局流速的不同，實(shí)現(xiàn)沿管道軸向流體的摻混。

而且，在后混合室8的內(nèi)部還設(shè)置（焊接）若干彎管6，彎管6的外端分別同筒體上設(shè)置的法蘭相連接。彎管與后混合室的軸線在同一平面上。彎管焊接于后混合室內(nèi)，并通過(guò)法蘭與變徑支管末端相聯(lián)通。彎管的出口方向指向變徑主管，與水平方向夾角范圍為0°至30°之間，其主要作用是通過(guò)噴射，增強(qiáng)渦流，提高流體摻混效果。

預(yù)混合室2和后混合室8的直徑可以相等或不等，優(yōu)選相等。

結(jié)合圖2，本發(fā)明的管道混合器的工作過(guò)程如下：

假設(shè)現(xiàn)需將A、B兩種原料油按5:5的比例調(diào)和。兩種原料油經(jīng)若干進(jìn)料管1引入管道混合器的預(yù)混合室2，并開始預(yù)摻混。由于控制閥調(diào)節(jié)波動(dòng)，在分界面9上游，A、B兩種原料油的實(shí)際比例為4:6；在分界面9下游，A、B兩種原料油的實(shí)際比例為6:4。

在參照時(shí)刻，分界面9處的流體一部分流經(jīng)變徑支管組4，一部分流經(jīng)變徑主管5。由于變徑支管4與變徑主管5內(nèi)平均流速的不同，經(jīng)過(guò)一短時(shí)間分界面9在變徑支管組4與變徑主管5內(nèi)的位置將拉開距離。當(dāng)預(yù)混合室內(nèi)的分界面9經(jīng)變徑主管流入后混合室并抵達(dá)縱向位置92時(shí)，經(jīng)變徑支管抵達(dá)的縱向位置為91。如附圖1所示。此時(shí)，變徑主管向后混合室注入的是A:B=4:6的混合油，而變徑支管組向后混合室注入的仍然是A:B=6:4的混合油。也即通過(guò)變徑主管與變徑支管組的分流，變徑支管分界面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，從而實(shí)現(xiàn)了沿管道軸向的油品摻混。

根據(jù)流體力學(xué)原理，在預(yù)混合室與變徑主管聯(lián)結(jié)處以及變徑主管與后混合室聯(lián)結(jié)處，混合油會(huì)產(chǎn)生渦流，促進(jìn)沿管道徑向的摻混效果。受彎管噴射影響，后混合室處渦流紊動(dòng)會(huì)得到加強(qiáng)，可進(jìn)一步提高混合油的摻混效率。

通過(guò)以上沿管道軸向與徑向的聯(lián)合摻混作用，最終使各原料油摻混均勻，性質(zhì)均一，保證原油或船用重質(zhì)燃料油的產(chǎn)品質(zhì)量。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。