密閉輸油管道水擊保護(hù)分析

張秀云

摘 要：密閉輸油過程中由于突然停泵或進(jìn)出站閥門關(guān)閉等原因會產(chǎn)生管道系統(tǒng)流量的變化，導(dǎo)致瞬變壓力脈動，即水擊，對輸油管道的運(yùn)行產(chǎn)生危害。本文通過特點工況的瞬態(tài)模擬，分析水擊產(chǎn)生的過程及危害，提出水擊保護(hù)措施，保證管道的安全運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：輸油站；水擊；密閉輸送

密閉輸送管道全線是一個整體水力系統(tǒng)，任何一個截面壓力與流量的變化，都使全線壓力與流量在瞬間發(fā)生相當(dāng)程度的波動。這種壓力波動即是水擊。水擊嚴(yán)重時，對管線與設(shè)備可能造成損害。

1 水擊產(chǎn)生的原因及影響

在長距離密閉輸送的過程中，某一點流動受阻，動能轉(zhuǎn)變?yōu)閴耗埽邏翰ㄏ蛏嫌蝹鬟f，使管道內(nèi)壓力迅速增加，當(dāng)管內(nèi)壓力超過管道最大允許壓力會引起管道的強(qiáng)度破壞[3]。低壓波向下傳遞，可能使管內(nèi)液體產(chǎn)生氣體逸出，進(jìn)入泵發(fā)生喘振，葉輪氣蝕，若管內(nèi)壓力下降至真空，會引起管道強(qiáng)度破壞。

1.1 水擊保護(hù)措施

水擊保護(hù)有管道增強(qiáng)保護(hù)、超前保護(hù)和泄壓保護(hù)3種方法[1]。

①管道增強(qiáng)保護(hù)。即提高管道設(shè)計壓力，從根本上保證管道不被破壞。

②超前保護(hù)。水擊超前保護(hù)系統(tǒng)通過檢測輸油管道上截斷閥的閥位變化或關(guān)鍵點的壓力變化，預(yù)測發(fā)生水擊可能，并由通信系統(tǒng)迅速向上下游站場發(fā)出信號，提前采取相應(yīng)動作防止水擊發(fā)生[2]。上述動作均由以計算機(jī)為核心的全線數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控（SCADA）系統(tǒng)完成。

③泄壓保護(hù)。在輸油管道合適的位置設(shè)置泄壓保護(hù)系統(tǒng)，當(dāng)發(fā)生水擊，超前保護(hù)失效時泄壓。泄壓系統(tǒng)一般由三部分組成：泄壓閥、泄壓罐和連接管線。

三種保護(hù)方式中增強(qiáng)保護(hù)會使管材費(fèi)用提高，超前保護(hù)需高度自動化及控制邏輯，泄壓系統(tǒng)需維護(hù)保養(yǎng)，工程分析中要對三種方式進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析，以確定最優(yōu)的保護(hù)措施。

1.2 實例分析

日照港-京博輸油管道工程采用密閉保溫輸送方式，分別給京博石化、永鑫石化、匯豐石化供油，管徑DN700，設(shè)計壓力10MPa，設(shè)計輸量1500萬噸/年。在日照港輸油站、海右輸油站、臨朐輸油站設(shè)泵站，管道沿線最低壓力不低于0.5MPa。

以冬季輸送重質(zhì)油品輸送至京博石化作為水擊分析基準(zhǔn)，采用SPS（Stoner Pipeline Simulator）進(jìn)行模擬、分析。以臨朐輸油站失電為例模擬。

1.2.1 不采取任何保護(hù)措施

不采取任何保護(hù)措施，海右輸油站至臨朐輸油站站間管路超壓，海右輸油站站內(nèi)壓力超過站場設(shè)計壓力10MPa。瞬態(tài)模擬結(jié)果見圖1。

1.2.2 超前保護(hù)

采取超前保護(hù)后，管線及各站場內(nèi)無超壓。瞬態(tài)模擬結(jié)果見圖2。

1.2.3 泄壓閥泄壓保護(hù)

在海右輸油站出站閥閥前設(shè)置水擊泄放閥，泄放壓力為9.5MPa。管線及各站場內(nèi)無超壓。模擬結(jié)果見圖3。

2 結(jié)束語

水擊壓力波對長輸管道威脅很大，必須要采取措施消除不利影響，通過對輸油管道不同水擊保護(hù)方法的分析，本工程采取設(shè)置變頻泵、首站、泵站設(shè)調(diào)壓閥及高低泄放閥、高點后設(shè)減壓閥、超前保護(hù)等措施來保護(hù)整條管道及設(shè)備的平穩(wěn)運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]石油和化工工程設(shè)計工作手冊（第四冊）輸油管道工程設(shè)計[M].北京：中國石油大學(xué)出版社，2010.

[2]檀偉，張燕霞，馮樹元，管彧，辛彪.基于GB 50253 的輸油管道水擊泄壓系統(tǒng)[J].現(xiàn)代化工，20115（09）.

[3]王金漢.淺談長輸管道密閉輸送的水擊保護(hù)與壓力調(diào)節(jié)[J].中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2012（08）.