浅谈长输管道密闭输送的水击保护与压力调节.doc

浅谈长输管道密闭输送的水击保护与压力调节

摘要：本文对密闭输送工况下，水击波产生的原因、影响及危害进行详细的阐述，从理论上对压力瞬变进行了分析，探讨了输油干线上常用的水击保护措施，并以铁秦线举例说明水击超前保护的逻辑顺序。
关键词：水击 高压波 低压波 压力调节 管道强度 密闭输送
密闭输送即上站来油直接进入下站入口，站间不设旁接油罐。除了首站外，沿线不存在与大气相连通的点。站间运行输油泵与管路组成串联系统，给油泵与主泵将首站储罐的原油抽出后泵入管线，原油在压能作用下，从管道直接进入下一个中间站泵机组的入口，此剩余压头加上中间泵站的压头把原油输送到下一泵站，以此类推，全线由统一的液流相互联系在一起，组成工况联合体。
1.水击成因及特点分析
管道内流速突然变化时，会导致管内动能突然变化，动能转变为弹性势能，使管内液体压力发生变化，这种压力变化量为水击压力。
1.1水击波产生的现象描述
在长距离密闭输送的过程中，C站泵停运，在停运站上游依旧保持泵机组运行工况不变的情况下，会产生“憋压”。因为流体流动受到阻止，动能转变为压能，液体压缩管壁膨胀，流体受阻方向会产生增压波，使流体增加一个水击压力ΔP1,高压波向上游传递。同时，在停运站下游，流动状态发生变化，会减少一个水击压力ΔP2，低压波向下传递。当B阀、D阀突然关闭时也会产生同样的情况。

1.2水击波产生的原因：①启停输操作时，产生压力波。②站间截断阀的开启与关闭。③因突然失电或泵机组故障造成的甩泵、调节阀调节失常（开度调节过大）。
1.3水击波传播速度公式

2.水击波的影响与危害
2.1低压波使气体溢出，产生液住分离
当阀门突然关闭或泵机组停运时，会使上游边界压力降低，产生减压波沿管道向下游传播，使液体流动速度降低，而减压波到达之前的液体仍以稳定状态流动，当减压波波峰与稳态流动液体接触时，因速度差使得压力波所经之处管道内液体流速降低。如果管内压力低于液体饱和压力时，且液体内含有溶解气，溶解气就会析出，产生气泡。如果管道内压力低于液体饱和蒸汽压时，会使得液体气化沸腾，与气泡融合成较大的气泡区。
低压波危害：①如气泡区较大，进入泵入口后，会使输油泵发生喘振，叶轮产生气蚀。②液住分离后，压力波传播速度减慢，使压力变化过程复杂化，不利于调度员对水击情况的分析判断。③减压波使管内压力降至真空压力，引起管道强度破坏。
2.2高压波产生压力叠加
当管道产生水击时，高压波会以音速在管道内传播，流动状态不再平衡产生充装压力。高压波增加的压力、充装压力、管道稳态的剩余压力三者叠加在一起，使管道内压力迅速增加。
高压波危害：当管内压力超过管道最大允许压力会引起管道的强度破坏。
3.压力调节装置与水击保护措施
3.1高低压泄压阀保护，当出现干线压力超高，调节阀失控时（既进出站压力高于设定值），高低压泄放系统即会启动，将管道内原油泄放倒储油罐中，有效的保护管线与输油设备不被破坏。
3.2水击源超前保护系统，是建立在管道高度自动化基础上的一项保护技术， 以XX线为例进行逻辑说明：
站名
水击决策（22#阀为低压泄放系统控制阀）
水击源描述
a
b
c
d
a
所有泵全停

停炉；停所有运行泵机组,泵全停后延时20秒关22#阀
三台泵运行，5s内停两泵

保留1台泵
出站阀误关
停炉； 停所有运行泵机组,泵全停后延时20秒关22#阀
b
所有泵全停
保留1台泵
泵全停后关22#阀
保留1台泵
三台泵运行，5s内停两泵
保留1台泵

保留1台泵
进、出站阀误关
停炉；停所有运行泵机组,泵全停后延时20秒关22#阀
c
所有泵全停
保留1台泵
泵全停后关22#阀
保留1台泵
三台泵运行，5s内停两泵
保留1台泵

保留1台泵
进、出站阀误关
停炉；停所有运行泵,泵全停后延时20秒关22#阀
d
所有泵全停
保留1台泵
泵全停后关22#阀
保留1台泵
三台以上泵运行，5s内停两泵
保留1台泵

保留1台泵
进、出站阀误关
停炉；停所有运行泵机组,泵全停后延时20秒关22#阀
3.3稳定性调节（既自动调节）系统
⑴变频泵调节 改变泵机组转速来适应管道内压力变化，当进站压力升高时，增加转速，降低进站压力，提高出站压力，防止压力波的堆积累加。
⑵节流调节 密闭输送管道绝大多数使用节流调节，通过调节阀开度的变化来控制进出站压力，当进站压力增加时，调节阀开度增加，出站压力升高，进站压力下降，防止高压波的叠加。需要注意的是，调节幅度不能大于单泵扬程的10%-25%，最大截留量不能超过单泵扬程。
结语：
水击压力波对长输管道威胁很大，必须要采取措施消除不利影响，变频泵与调节阀只能对强度不大的压力波进行调节，适用于站间压力调节等日常操作。高低压泄放系统与水击超前保护适用于站间泵机组突然停运，站间截断阀突然关闭等突发性极端工况，是目前最有效的保护措施。

参考文献：
[1] 蒋华义.输油管道设计与管理.北京市:石油工业出版社.2010
[2]张国忠.管道瞬变流动分析.东营市：石油大学出版社.1994
[3]黄春芳.原油管道输送技术.北京：中国石化出版社.2003