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輸油管道瞬變水擊研究

文檔作者：孫昭洋文檔來源：遼河石油勘探局油田建設(shè)工程二公司管道安裝二分公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年09月27日
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第44卷第1期
201 5年1月
當(dāng) 代 化 工
Contemporary Chemical Industry
Vo1．44．N0．1
January，201 5
輸油管道瞬變水擊研究
孫昭洋
(遼河石油勘探局油田建設(shè)工程二公司管道安裝二分公司， 遼寧盤錦124012)
摘 要：針對(duì)輸油管道瞬變水擊產(chǎn)生的原因，從所產(chǎn)生的增壓波和減壓波分別對(duì)上下游流動(dòng)的影響兩方面
分析了水擊對(duì)輸油管路帶來的危害，并結(jié)合調(diào)節(jié)閥保護(hù)、壓力保護(hù)系統(tǒng)與增強(qiáng)自動(dòng)控制系統(tǒng)保護(hù)能力等簡述了
減小水擊壓力對(duì)管道危害的幾種措施，得出采取有效的管路壓力保護(hù)系統(tǒng)對(duì)輸油管道安全運(yùn)行具有重要意義。
關(guān)鍵詞：瞬變流動(dòng)；水擊壓力；水擊波；輸油管路
中圖分類號(hào)：TE 832 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1671—0460(2015)01—0067—02
Research on Pipeline W ater Hammer
SUN Zhao-yang
(Liaohe Petroleum Exploration Bureau No．2 Engineering&amp;amp;Construction Company,Liaoning Pa~in 124012，China)
Abstract：Based 0n the reasons of generating the water hammer in the pipeline running，efects of the water hammer
on the upstream and downstream flow were respectively analyzed from the aspects of wave supercharging and wave
decompressing．Several measures to reduce water hammer pressure hazards were outlined，such as regulating valve
protection，pressure protection system and enhancing the ability of automatic control system protection．So it is very
important to take efective line pressure protection system for the safe operation of the pipeline．
Key words：Transient flow；Water hammer pressure；Water ham er wave；Pipeline
隨我國原油及成品油長距離管道的高速發(fā)展，瞬
變流動(dòng)對(duì)輸油管道的影響不僅局限于短距離的集輸
管路，對(duì)于需常年處于穩(wěn)態(tài)運(yùn)行工況的長輸管道影響
更大。管道的瞬變流動(dòng)會(huì)造成管路的壓力突變，從而
在沿線產(chǎn)生瞬變壓力，影響管道的正常運(yùn)行。研究輸
油管道的瞬變水擊壓力變化的產(chǎn)生原因，水擊壓力對(duì)
管路運(yùn)行工藝設(shè)施的影響以及防止或減小水擊危害
的方法，對(duì)輸油管道的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行有重要意義。
1 瞬變水擊產(chǎn)生的原因
壓力管路中的瞬變流動(dòng)為非穩(wěn)態(tài)流動(dòng)，即流動(dòng)過
程中因不同原因造成管路中的點(diǎn)流速和壓力不僅與
在管路的位置有關(guān)，同時(shí)也與時(shí)間有關(guān)，引起管路瞬
變流動(dòng)的原因主要為兩類：計(jì)劃調(diào)節(jié)和事故引發(fā)的壓
力突變 。計(jì)劃調(diào)節(jié)為人為的有計(jì)劃的調(diào)整流量(如
泵站的啟停泵、泵機(jī)組的調(diào)整、改變中間站的運(yùn)行參
數(shù)等)和有計(jì)劃的改變輸油流程(如管道分支線路的
啟停、管道首末站倒換油罐、中途分油和集油等)，
以及在順序輸送管道中，兩種不同油品的交替運(yùn)行過
程中也會(huì)產(chǎn)生瞬變流動(dòng)。事故也會(huì)引起輸量變化，比
如輸油管道泵站突然斷電造成泵的突然停止運(yùn)行、泵
機(jī)組因使用年限較長或其他原因造成輸油泵停機(jī)、輸
油管線上各種閥門突然失靈造成的緊急關(guān)閉、管路的
泄漏造成壓力和輸量的變化等，事故引起的瞬變流動(dòng)
一般具有隨機(jī)性較大、突發(fā)幾率較大的特點(diǎn)，需要更
為快捷、有效的防控措施。
2 瞬變水擊對(duì)輸油管路工藝的危害
管路的瞬變流動(dòng)以瞬變壓力的形式傳播，并以
水擊波的形式同時(shí)從發(fā)生點(diǎn)向上、下游同時(shí)傳播，
而上游傳播的為增壓波、下游傳播的為減壓波，不
同的波的形式傳遞的能量形式不同，對(duì)管道產(chǎn)生的
影響也不同，當(dāng)疊加壓力超過管道可以承受的條件
時(shí)，可能會(huì)對(duì)管道造成嚴(yán)重影響，甚至影響輸油的
正常進(jìn)行(圖1 o
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圖1 水擊壓力波傳播圖
Fig．1 W ater hammer pressure wave propagation
2．1 增壓波對(duì)上游管線及設(shè)備的影響
管道的瞬間堵塞或者部分堵塞會(huì)向管道上游傳
遞增壓波，同時(shí)與上游較高壓力疊加引起管輸流體
收稿日期：2014-07一i6
作者簡介：孫昭洋(1990-)，男，遼寧盤錦人，2012年畢業(yè)于遼寧石油化工大學(xué)油氣儲(chǔ)運(yùn)工程專業(yè)，研究方向：從事管道安裝。E-mail
l 0061 44437@qq．corn
化 工 20l5年1月
3．2 注重壓力保護(hù)系統(tǒng)
在長輸管道密閉輸送液體時(shí)，可采用壓力保護(hù)
裝置來防止管道超壓嘲，從而保護(hù)管道的安全平穩(wěn)運(yùn)
行，具體為：在進(jìn)、出站位置處設(shè)置高、低壓泄壓
閥，管道系統(tǒng)壓力發(fā)生較大波動(dòng)時(shí)使管輸流體自動(dòng)
泄壓至泄壓罐中，防止產(chǎn)生較大的水擊危害；對(duì)于
泵站進(jìn)站壓力變化范圍小、自動(dòng)控制水平較低的管
道，采用回流保護(hù)來調(diào)整進(jìn)站壓力，維持離心泵的
正常運(yùn)行，但此法能量損失較大；當(dāng)泵站吸入壓力
超低或出站壓力超高時(shí)可采取泵機(jī)組順序自動(dòng)停運(yùn)
的措施，通過人為干預(yù)降低本站提供的能量，減少
本站通過能力，可使出站壓力下降，進(jìn)站壓力上升。
3．3 增強(qiáng)自動(dòng)控制系統(tǒng)保護(hù)能力
隨科技的快速發(fā)展，自動(dòng)化控制在油田集輸及
長輸中發(fā)揮的作用越來越大，利用管道監(jiān)控與數(shù)據(jù)
采集系統(tǒng)(SCADA)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)各設(shè)置點(diǎn)的壓力、溫度、
流量等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控 ，通過對(duì)數(shù)據(jù)的掌握充
分了解管道的運(yùn)行工況，并且將管道的各閥門開啟
與泵工況的啟停與系統(tǒng)緊密聯(lián)系，從而形成整套監(jiān)
測(cè)、調(diào)控系統(tǒng)。當(dāng)某站突然停泵或干線閥門突然關(guān)
閉時(shí)，調(diào)度中心可下達(dá)水擊保護(hù)命令，采取相應(yīng)的
保護(hù)措施，及時(shí)有效的以超前保護(hù)的形式最大限度
的保護(hù)管路的安全。
4 結(jié)束語
由上分析可知，在密閉管路中，引起水擊的因
素是多方面的，產(chǎn)生水擊時(shí)增壓波會(huì)對(duì)上游造成管
道充裝，而減壓波會(huì)對(duì)下游帶來液柱分離，因此在
盡量減少水擊產(chǎn)生幾率的同時(shí)必須采取有效的管路
保護(hù)措施，如調(diào)節(jié)閥保護(hù)、壓力保護(hù)系統(tǒng)及自動(dòng)控
制保護(hù)等，以確保管道的穩(wěn)態(tài)安全運(yùn)行。
壓力升高，同時(shí)增壓波的出現(xiàn)不會(huì)使管內(nèi)流體停滯，
只會(huì)對(duì)流動(dòng)起到一定阻滯作用，使流速在一定范圍
內(nèi)減小。流體繼續(xù)向前流動(dòng)，會(huì)造成管道的充裝，
使臨近堵塞點(diǎn)處管道壓力上升，且離堵塞點(diǎn)越近處
壓力越高，最高達(dá)到或者臨近上游泵站的出站壓力。
由于高壓波所造成的壓力增加與充裝壓力、管道穩(wěn)
態(tài)剩余壓力的疊加可能是管道的瞬時(shí)壓力大于允許
壓力，造成管道脹破事故的發(fā)生 。壓力波在油中
以1 000～1 200 m／s的速度傳播，在長輸管道中傳播
過程不會(huì)瞬間完成。當(dāng)壓力波到達(dá)上游泵站時(shí)口 ，
使得泵的輸送能力下降，引起排量減小、揚(yáng)程上升，
使泵的進(jìn)站壓力上升造成泵的出站壓力上升，會(huì)使
泵站進(jìn)一步向下游充裝，此時(shí)有可能會(huì)造成泵站出
口管道壓力過高而產(chǎn)生破壞。
2．2 減壓波對(duì)下游管線及設(shè)備的影響
向下游管道傳遞的減壓波會(huì)使流過處壓力降
低，壓差減小，流速降低H ，在減壓波未到達(dá)的地
方，流體仍以穩(wěn)態(tài)流動(dòng)。當(dāng)相互接觸時(shí)，所產(chǎn)生的
速度差會(huì)使流體的流速降低。當(dāng)管輸流體受到減壓
波作用使管內(nèi)壓力低于溶解氣的飽和壓力時(shí)，液體
內(nèi)的溶解氣就會(huì)因飽和而析出，當(dāng)壓力進(jìn)一步下降
低于液體的飽和蒸汽壓時(shí)，管內(nèi)流體就會(huì)氣化，產(chǎn)
生蒸汽。所產(chǎn)生的蒸汽與溶解氣泡結(jié)合，會(huì)形成較
大的氣團(tuán)在管內(nèi)流動(dòng)，且在兩液柱相遇時(shí)可能產(chǎn)生
高壓。當(dāng)氣體越聚越多時(shí)，隨管道流動(dòng)氣體會(huì)向高
處推移，會(huì)形成液柱分離現(xiàn)象，使管內(nèi)流體流態(tài)發(fā)
生較大變化，對(duì)管輸穩(wěn)態(tài)流動(dòng)造成較大影響，甚至
產(chǎn)生的低壓使管道壓力過低，引起管道的強(qiáng)度發(fā)生
改變
3 避免瞬變水擊的措施
瞬變流動(dòng)所產(chǎn)生的水擊壓力不僅有可能會(huì)對(duì)管
內(nèi)流體穩(wěn)態(tài)流動(dòng)造成影響，也有可能使管道強(qiáng)度發(fā)
生破壞，甚至造成較大管道事故的發(fā)生，故采取一
定的措施避免或者降低水擊壓力顯得尤為重要。
3．1 采用調(diào)節(jié)閥保護(hù)
通過采用操控方法簡單、調(diào)節(jié)范圍廣的調(diào)節(jié)閥
， 設(shè)置自動(dòng)控制裝置來改變閥門的開度，充分考
慮閥門的工作特性與管路工作特性的匹配情況，來
達(dá)到改變開度來改變管道的摩阻損失從而改變管路
特性，實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)管路壓力和管輸流體運(yùn)行速度的目
的，防止由于進(jìn)站壓力超低或者出站壓力超高造成
的管道不正常運(yùn)行工況的發(fā)生。
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