漠大線水擊分析及保護(hù)措施

大慶油田工程有限公司

漠大線水擊分析及保護(hù)措施

王澤偉大慶油田工程有限公司

輸油管道運(yùn)行過程中由于誤操作或不可預(yù)見的突發(fā)事件會引發(fā)水擊現(xiàn)象，易造成管道局部超壓、液柱分離、輸油泵汽蝕等危害。針對管道水擊問題，對中俄原油管道漠河—大慶段工程（漠大線）采用了超前保護(hù)系統(tǒng)、泄壓保護(hù)系統(tǒng)及壓力自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)等水擊安全保護(hù)措施。對泵站非計(jì)劃停泵、干線閥門突然關(guān)閉等事故工況進(jìn)行了水擊模擬，分析了該管道的水擊保護(hù)過程。模擬分析結(jié)果表明，漠大線水擊保護(hù)系統(tǒng)可以有效防止嚴(yán)重水擊工況對干線管道和站內(nèi)設(shè)備造成的危害，保障了管道的安全運(yùn)行。

漠大線；輸油管道；水擊；模擬分析；保護(hù)措施

引言

輸油管道在運(yùn)行中因誤操作或不可預(yù)見的突發(fā)事件（如停電）會引發(fā)水擊現(xiàn)象，需要采取相應(yīng)的水擊保護(hù)措施，以保護(hù)輸油管道的安全運(yùn)行。

漠大線采取超前保護(hù)和泄壓保護(hù)等水擊保護(hù)措施，使水擊波被攔截在站間管線安全區(qū)域的同時(shí)利用壓力泄放閥削弱高壓波，防止水擊危害，保護(hù)管線和站內(nèi)設(shè)備。同時(shí)還設(shè)置了壓力控制系統(tǒng)，利用調(diào)節(jié)閥和調(diào)速泵進(jìn)行壓力調(diào)節(jié)保護(hù)，使進(jìn)出站壓力保持在規(guī)定的界限內(nèi)。另外還設(shè)置了壓力自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)，當(dāng)進(jìn)站或出站壓力超過設(shè)定值時(shí)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)報(bào)警和聯(lián)鎖停泵保護(hù)。

1水擊產(chǎn)生的原因及危害

管道內(nèi)液體流速的突然變化是水擊產(chǎn)生的主要原因，單位時(shí)間內(nèi)流速變化越大，產(chǎn)生的瞬時(shí)水擊壓力越大，對于管道的運(yùn)行越危險(xiǎn)。造成流速變化的主要原因有閥門突然關(guān)閉，泵突然停運(yùn)等[1]。

在輸油過程中，如果遇到輸油泵站突然停電引起泵機(jī)組停運(yùn)或進(jìn)出站閥門誤操作關(guān)閉的工況時(shí)，事故泵站會對上游管道傳遞增壓波，使上游管道壓力上升，嚴(yán)重時(shí)可致管道損壞甚至爆裂。同時(shí)，對下游管道傳遞減壓波，使下游管道壓力下降，管道產(chǎn)生液柱分離，甚至局部汽化，造成輸油泵抽空[2]。因此，在輸油管道水力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，必須采取有效的水擊保護(hù)措施，以確保輸油管道的安全運(yùn)行。

2水擊保護(hù)措施與水擊模擬分析

2.1 項(xiàng)目概述

漠大線全長950 k m，設(shè)計(jì)輸量1 500×104t/a，采用常溫密閉輸送工藝，管徑為DN813 mm，設(shè)計(jì)壓力8.0 MPa，局部管段設(shè)計(jì)壓力8.5～10.0 MPa。全線共設(shè)置站場5座，其中首站1座、中間泵站1座、中間清管站2座、末站1座。

管道全線水力系統(tǒng)采取壓力控制模式，主要對首站出站、中間泵站進(jìn)出站、末站進(jìn)站的壓力進(jìn)行控制，同時(shí)對全線壓力進(jìn)行監(jiān)控。漠大線全線水力坡降見圖1。

圖1 漠大線全線水力坡降

2.2 水擊保護(hù)措施

漠大線采用的水擊保護(hù)系統(tǒng)是包括壓力控制系統(tǒng)、水擊超前保護(hù)系統(tǒng)、壓力泄放系統(tǒng)為一體的安全保護(hù)系統(tǒng)。

2.2.1 壓力控制系統(tǒng)

在漠河首站、加格達(dá)奇中間泵站的出站設(shè)置調(diào)節(jié)閥，利用出站調(diào)節(jié)閥控制泵進(jìn)口壓力不低于泵允許的最小吸入壓力，出站壓力不高于管道的最高操作壓力。同時(shí)兩站還各設(shè)1臺調(diào)速電機(jī)驅(qū)動(dòng)的輸油泵，利用調(diào)速電機(jī)控制出站壓力。

2.2.2水擊超前保護(hù)系統(tǒng)

漠大線采用專用通信信道傳遞水擊信號和控制指令。在首站或中間泵站突然停泵或者干線閥門（或站內(nèi)截?cái)嚅y）發(fā)生意外關(guān)閉時(shí)，調(diào)度控制中心根據(jù)通信系統(tǒng)上傳的信號，自動(dòng)下達(dá)水擊超前保護(hù)指令，調(diào)節(jié)閥調(diào)速電機(jī)動(dòng)作，進(jìn)行保護(hù)性調(diào)節(jié)或順序停掉相關(guān)站的輸油泵，向上、下游發(fā)出增壓波或減壓波，以防止管線相對薄弱地段發(fā)生超壓或高點(diǎn)汽化現(xiàn)象。

2.2.3 壓力泄放系統(tǒng)

在漠河首站的出站，加格達(dá)奇中間泵站的進(jìn)、出站以及大慶末站的進(jìn)站均設(shè)有泄壓系統(tǒng)。當(dāng)水擊發(fā)生的時(shí)候，通過水擊泄放閥將管道中的部分油品泄放到泄放罐中，以達(dá)到保護(hù)管道和站內(nèi)設(shè)備安全的目的。

2.3 水擊模擬分析

通過SPS模擬仿真軟件對首站、中間泵站非正常停泵或干線閥門誤關(guān)閉的事故工況進(jìn)行模擬分析。

2.3.1 首站事故停泵分析

首站非計(jì)劃停電，輸油泵停泵，1 min后關(guān)閉首站出站閥，同時(shí)關(guān)閉末站進(jìn)站閥。2 min后停加格達(dá)奇泵站，關(guān)閉進(jìn)站閥。加格達(dá)奇調(diào)節(jié)閥進(jìn)站壓力設(shè)定為3.2 MPa，末站背壓調(diào)節(jié)閥設(shè)定為3.7 MPa，全線不超壓。加格達(dá)奇中間泵站、末站進(jìn)站泄壓閥泄放。通過水擊保護(hù)系統(tǒng)、泄放系統(tǒng)動(dòng)作，事故后全線壓力不超壓。首站事故停泵后全線水力坡降如圖2所示。

圖2 首站事故停泵后全線水力坡降

2.3.2 中間泵站事故停泵分析

中間泵站非計(jì)劃停電，輸油泵停泵，1 min后開啟旁通閥，首站調(diào)節(jié)閥設(shè)定為8.6 MPa，變頻設(shè)定為8.5 MPa，末站進(jìn)站背壓調(diào)節(jié)設(shè)定0.3 MPa。2 min后關(guān)閉加格達(dá)奇中間泵站進(jìn)站閥。加格達(dá)奇調(diào)節(jié)閥進(jìn)站壓力設(shè)定為3.2 MPa，全線不超壓。加格達(dá)奇中間泵站進(jìn)站泄壓閥泄放。通過水擊保護(hù)系統(tǒng)、泄放系統(tǒng)動(dòng)作，事故后全線壓力不超壓。中間泵站事故停泵后全線水力坡降見圖3。

圖3 中間泵站事故停泵后全線水力坡降

2.3.3 干線閥門事故關(guān)閉分析

假設(shè)1#監(jiān)控閥室閥門事故關(guān)斷，閥1開始關(guān)閉，0.6 min后停首站，關(guān)閉出站閥。1 min后關(guān)閉末站進(jìn)站閥。2 min后停加格達(dá)奇泵站，關(guān)閉進(jìn)站閥。加格達(dá)奇調(diào)節(jié)閥進(jìn)站壓力設(shè)定為3.2 MPa，末站背壓調(diào)節(jié)閥設(shè)定為3.7 MPa，全線不超壓。加格達(dá)奇中間泵站、末站進(jìn)站泄壓閥泄放。干線閥門事故關(guān)閉后全線水力坡降見圖4。

圖4 干線閥門事故關(guān)閉后全線水力坡降

3結(jié)論

漠大線設(shè)置的壓力控制系統(tǒng)、水擊超前保護(hù)系統(tǒng)和壓力泄放系統(tǒng)構(gòu)成了一個(gè)完善的復(fù)合保護(hù)系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過了水擊分析和仿真模擬驗(yàn)證。

漠大線投產(chǎn)以來的運(yùn)行情況表明，采用的水擊保護(hù)系統(tǒng)能夠有效地避免輸油過程中由于泵站突然停電或進(jìn)出站閥門誤操作引起的水擊危害，保障了管道的安全運(yùn)行。

[1]黃春芳．油氣管道設(shè)計(jì)與施工[M]．北京：中國石化出版社，2008：157．

[2]長輸油氣管道工藝設(shè)計(jì)編委會．長輸油氣管道工藝設(shè)計(jì)[M]．北京：石油工業(yè)出版社，2012：92-93．

（欄目主持 樊韶華）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.8.041

2015-05-06