管道水击（精选7篇）
管道水击 篇1
压力管路中, 由于流体流速的急剧变化, 而导致瞬时管路压力强烈变化的现象, 被称为水击或水锤现象。 在早期, 人们对管路内水击现象的研究主要集中在由于流体流速变化而导致水击过程与管路内水击压力预防两个方面。 目前, 对管路内水击现象的研究重点是在计算机的运用上, 代表有怀利 (E.B.Wylie) 、 斯特利特 (V.L.Streete) 、 沃特斯 (G.Z.Watters) 、 蒲家宁等人。 通过进行等温输油管道模拟实验, 研究了密闭管道的水击情况, 验证了解发生水击事故时全线水力坡降线的变化规律;通过对参数变化研究, 对水击事故发生的地点进行分析和判断。
1 实验设备及内容
1.1 实验装置
1.1.1 泵站
每座泵站都配有两台离心式清水泵, 两台泵之间采取串联和并联两种方式, 能够相互转换。 1#泵采用变频控制方式, 便于流量调节, 泵的特性参数见表1。
1.1.2 实验管道系统
等温输油管路实验装置全线采用密闭输送方式, 管子内径为40mm, 全管长320m左右。 全线总共设有四个泵站, 即首站1 座, 中间泵站2 座, 末站1座。 每座泵站配有两台离心式清水泵, 两台泵之间采用串、并联方式, 可以来回转换。
管道采用螺旋铺设的方式, 4 层的管架结构, 每个站间管道放置在同一层, 层与层之间距离是35cm, 能够保障站间管线阀门的安装、开关与维修, 实验台架高度大约为1.4m左右。
在中间泵站流程中, 在2 站到3 站中间设置堵塞阀以及泄漏点, 在进末站以前设置一个高点作为实验装置的翻越点。 在实验中以各泵站的1#泵同时运行视为正常工况。 在弯头连接点, 采用圆滑的管线, 以减少局部摩阻的影响。 全线工艺流程图如图1 所示。
1.1.3 实验装置建设情况
整个实验装置占地:长14m、宽3m、高1.5m局部翻越点最高3m, 站外管线总长320m, 见表2。
1.1.4 数据采集及控制系统
数据采集系统 (如图2 所示) 由软件系统和硬件系统构成。
数据采集系统是由压力、温度、流量变送器+高速数据采集卡+主机+控制柜构成的。 每个泵站布置3 个压力变送器, 在1#泵站出口、在4#泵站入口各布置1 个流量计。 所有测量的信号均是标准4~20m A信号, 总共输入模拟信号为15 路。 高速数据采集卡主要是用于事故工况下和发生水击现象时的数据记录。
1.2 实验方案
1.2.1 实验准备
1) 水罐放水。
2) 检查各个阀门的开关情况, 把各个泵进口阀门打开和出口阀门关闭, 管路上的阀门处于开启状态。 给配电柜送电, 开启电源总开关, 电源灯处于亮的状态。
3) 检查离心泵, 确保无漏水。
1.2.2 离心泵特性曲线测量
(1) 理论基础
伯努利方程
因为两个截面间的管子很短, 一般可忽略阻力造成的损失项Hf, 流速的平方差也很小, 故也可忽略, 则可得:
ρ:流体密度, kg/m3;
P1、P2:分别为泵进、出口的压强, Pa;
u1、u2:分别为泵进、出口的流速, m/s;
z1、z2:分别为真空表、压力表的安装高度, m。
(2) 实验过程
要测得各泵站1# 泵的Q-H曲线, 要通过改变流量来算得不同的扬程, 每个泵需有6 至7 组数据。
1.2.3 事故工况模拟实验
1) 全线开前三泵站的调频泵, 关闭1-2 站间堵塞阀, 模拟管路堵塞。
2) 全线开前三泵站的调频泵, 打开1-2 站间泄漏阀, 模拟管路泄漏。
3) 全线开1#泵站的调频泵, 关闭管道末端出口阀, 全线憋压。
4) 全线开1#泵站的调频泵, 关闭管道末端出口阀, 全线憋压, 然后打开翻越点入口阀, 观察全线压力波动图并与 (4) 进行比较。
1.2.4 改进实验
为了提高实验精度和实验效果, 减小管道和泵站对实验的影响, 我们在实验过程中还对管路进行了一些调整, 将2#、3#、4#泵站的入口管道与出口直接相连, 使水击波可以越过泵站, 减小管道和泵站对实验的影响, 如图3 所示。
全线开一台泵, 重新进行末端关阀的水击实验。 (1) 保持频率不变, 调节阀门, 研究流量对水击的影响 (2) 调大频率, 研究频率对水击影响。 (3) 使流量、频率最大, 研究开阀速度对水击的影响。
2 实验数据及分析
2.1 离心泵的特性曲线
依据所测数据做各泵Q-H曲线, 如图4 所示。
2.2 异常工况实验分析
2.2.1 堵塞工况
由实验得1#出站压力波形图6 和2#进站压力的波形图7 如下:
由波形图可知, 在发生堵塞的前后分别产生增压波和减压波, 可据此判断堵塞发生的地方。
2.2.2 泄漏工况
(1) 理论波速计算
因为水的弹性模数K=2.1×104kg/cm2, 管道为不锈钢管, 则管材弹性模数E=2.1×106;管道的内直径d=45mm, 壁厚=3mm, 所以由得, 理论压力波速为:
(2) 实际波速计算
通过末端关阀, 末端压力传感器接收记录显示的压力波的波形来确定压力波速。 我们做了很多组数据, 选取其中效果最好的一个波形如图8 (说明:由于末端传感器的量程不够, 不能看到完整的波形图) 。
在图上找出任意相邻的两个波谷点的时间t1=13.795s, t2=14.455s;Δt=0.66s, 则:v=2L/Δt=969.7m/s
其中L为全线长度。
考虑到液体的物理性质、管材的物理性质及规格、管道的铺设方式等因素对波速的影响, 实际波速与理论上的基本吻合。
(3) 泄漏点定位
由于实验中各个泄漏点的位置大致相同, 所以下面选取1-2 泵站间的泄漏点1 为例如图9 所示, 并通过实验数据计算对泄露点1 进行定位。
对于泄漏点的定位是管路泄漏工况检测中的一门关键性技术, 在目前已经有的检测方式里, 流量平衡法、压力突变法与温度监测法等泄漏的检测方式都不能用来计算泄漏点具体方位。 用硬件来检测的方式中, 例如:检漏电缆法、光纤传感器等较贵, 都不适用于长距离输送管道的泄漏点的检测与确定位置。 而一般应用于长输管道检漏方式有:管内检漏法、负压波定位技术等。
本文中泄漏点的测定方式是负压波定位技术, 负压波定位技术是现在世界上使用较多的管路泄漏点检测与定位的方式。 由于实验中各个泄漏点的位置大致相同, 所以下面选取1-2 泵站间泄漏点1为例, 并通过实验数据计算对泄露点1 进行定位。对全线管路测量得其简图如图10 所示:
图中a、b、c、d点分别为1-2、2-3、3-4、4-末站的泄漏点
通过对泄漏点1 的数据进行处理, 解读压力传感器记录的数据:
(1) 对1#泵出口压力传感器解读, 原始数据图为图11:
用MATLAB软件处理后为图12, 并找出发生极大值点的时间:
读出时间t1=12.158s
(2) 对2# 泵进口压力传感器解读, 原始数据图为图13 所示。
用MATLAB处理后图为图14, 并读出极大值点发生时间:
读出时间t2=12.203s
(3) 时间关系图见图15所示。
a、b、c、d分别为泄漏点1、2、3、4, 由本实验计算得到的实际波速v=969.7m/s
(4) 通过t1、t2对泄漏点1 定位, 则距1#泵站出口压力传感器的距离 (L1+v (t1-t2) ) /2=L’
(5) 实验计算得出泄漏点1 距1# 泵站出口处压力传感器的距离为L’=42.868m, 与实际测量的L1=42.1 基本吻合, 误差为1.82%。
2.2.3 开关翻越点波形图如图16, 图17 所示。
比较两图形, 打开翻越点入口阀相当于增加了一条旁通管路, 在发生水击时可以减缓压力的变化, 起到泄压的作用, 减轻水击现象对管路的影响。
2.3 实验改进后的水击分析
进行实验改进, 将2#、3#、4#泵站的入口管道与出口直接相连, 使水击波可以越过泵站, 减小管道和泵站对实验的影响, 使实验效果更加明显。
2.3.1 实验改进前后管道末端水击压力对比
改进实验后, 进行末端关阀的水击实验, 测得管道末端压力图如图18。
将图18 与16 对比, 可以明显得出, 通过改进实验明显减小了管道和泵站对水击波传递的影响。
2.3.2 流量、频率对水击压力的影响
1) 调节泵的频率保持在40.0, 通过改变开启阀门程度来改变流量Q的大小, 测得不同流量下的水击数据。
(2) 将泵的频率调大到50.0, 通过改变阀门开启程度来改变流量Q的大小, 测到不同流量下的水击实验数据表3。
由上表可知, 流量或者频率增大都使水击的最大压力增大。
2.3.3 开阀速度对水击的影响
将频率调大到50.0, 流量调到最大Q=16.92, 改变开阀速度进行水击实验所得波形图见图19 和图20:
由此可知, 阀门开启时间越长, 最大水击压力越小。
3 结论
通过对管道进行不同流量、不同工况和不同泵频率下实验数据的分析, 研究了管道流量、泵频率、各种工况对水击的影响以及水击的预防措施。 在实验中克服了很多困难, 并且为了减小管道和泵站对试验的影响, 对实验装置进行了一定程度的改良。通过实验数据以及分析, 得出了如下结论:
1) 管路堵塞、泄漏、都会使管道产生水击现象, 并且能够通过对水击压力波的变化分析来确定泄漏点, 堵塞点的位置。
2) 流量、离心泵的频率以及在关阀造成的水击中阀门关闭的时间都会影响水击压力。 其中, 流量增大或者频率增大都会使水击的最大压力增大, 而阀门开启速度越快, 最大水击压力越大。
3) 在目前的实验装置上, 可以实现泄压保护和调节保护两种消除水击的方法, 其中泄压保护是通过打开翻越管道的入口阀来实现的, 而调节保护是由于离心泵自动调频来消除水击保护管道。
对于本实验来说, 最大的困难在于因为不能彻底消除管道对水击传播的影响而无法得到标准的水击压力波形图。 而通过改进实验, 减小了泵站和管道对水击的影响, 进而得出了较为准确的水击压力波形图。 建议可另设一直管或只有弯头的管道来验证管路对水击的影响。
摘要：密闭输送是我国今后主要的输送油品的方式。对液体管网进行正确的水击计算分析, 使其能够作为控制管道水击现象的参考依据和措施, 并对防止和减轻液体管网水击破坏的分析具有非常重要的研究价值。本文借助等温输油管路实验台研究管道的水击情况, 通过实验研究, 对发生水击时的压力变动进行定量分析和对比, 验证了几种可以避免或减小水击损害的措施, 并通过改进实验减小了管道及泵站对水击波传递的影响。
关键词：水击现象,管道,密闭输送
管道水击 篇2
最近在报纸上看到一篇文章，说的是一个不懂管理又没有任何行销经验的打工仔带领团队跨过了一道道砍、创造一个又一个辉煌，终于使企业成为行业领军。为什么这个人会成功？除了他具备了成功者很多必备的因素外，究其最重要的原因是他具有自信的人格，敢拼敢闯的精神。
自信是人生路上的奠基石。它对人生的每个部分都有很大的影响，包括你的人际关系、事业选择、幸福快乐、宁静心境和你最终会取得多大的成功。有了信心才能走向胜利。历史上朱元璋与陈友谅争夺天下，有一次，朱元璋被打得落荒而逃，被困于湖南的康郎山，情况十分危急，既无援军，又无粮草，朱元璋彻底失去信心，几次想到自杀，放弃战斗。这时，军师刘伯温要他再坚持，寻找突围机会，并开玩笑说，康郎山有“糠”，那么，“猪”就有“活路”。刘伯温的提醒，使朱元璋重新捡回了信心，从心底认为自己的死期未到，“活路”就在眼前。于是振作起来，重新组织力量进行顽强血战，后果然从山洞里找到些粮食，大队人马转危为安，最后以朱元璋的胜利而告终。试想，如果不是信念的作用，朱元璋早就自杀了，还能反败为胜、还有后来的洪武大帝吗？
自信不是骄傲自大，刚愎自用；自信不是逆历史潮流而动的野心的膨胀；自信是以理智为前提的，对自身优势与劣势的正确分析判断。自信必须自觉，自信必须清醒，自信必须背靠真理。真正有自信心的人，不会拒绝别人的提醒和建议，不会因别人提出了尖锐的意见就恼火、就沮丧，他们有海纳百川的度量，也有改过自新的勇气，他们相信，犯错和批评能使他们更完善，取得更大成功。
毛泽东曾说过：“自信人生二百年，会当水击三千里”。成功者都拥有非凡的自信，成功始于自信。
管道水击 篇3
关键词：原油管道,水击,防护
在压力管道中, 由于负荷的变化, 引起流量的突然改变, 从而使压力水管中的流速和压力发生急剧变化的现象称为水击或水锤。水击严重时, 对管线与设备可能造成损害, 影响管线的安全平稳运行。所以, 密闭输送管道都必须对可能产生的水击现象进行分析, 并采取相应保护措施。
1 管道水击发生的机理
管道产生水击主要是由于管道系统事故引起的流量变化造成的。流量突变时, 流动的惯性造成压强大幅波动, 流体的压缩性和管道的弹性使波动在管道中以很快的速度往返传播。管道发生水击时, 会导致压力升高, 又由于水击以波的形式沿管道迅速传递, 从而会使管路发生强烈振动并伴有噪声。
引起管道流量突然变化的因素很多, 基本上可分为两类:一类是有计划的调整输量或切换流程;另一类是事故引起的流量变化, 如泵站突然停泵、机泵故障停泵、进出站阀门或干线截断阀门故障关闭、调节阀动作失灵误关闭等原因。
2 常用的水击保护方法
水击控制必须满足管道的工艺要求。对于不同的事故工况要采取不同的控制方案, 平稳的实现一种工况向另一种工况的转变。根据水击产生的不同, 输油泵站的控制措施主要由以下几个部分组成。管道增强保护、超前保护与泄放保护三种。
2.1 管道增强保护
当管道各处的设计强度能承受无任何保护措施条件下水击所产生的最高压力时, 则不必为管道采取保护措施。小口径管道的强度往往具有相当裕量, 能够承受水击的最高压力。但随着输油管道高压化、大口径化发展趋势, 单纯的靠加强管道强度来抵抗水击的危害已经是不经济而且不可行的。
2.2 超前保护
超前保护是在产生水击时, 由管道控制中心迅速向上、下游泵站发出指令, 上、下游泵站立即采取相应保护动作, 产生一个与传来得水击压力波相反的扰动, 两波相遇后, 抵消部分水击压力波, 以避免对管道造成危害。超前保护是建立在管道高度自动化基础之上的一项自动保护技术。
一般泵站的出站端设置调节阀, 用于调节流量和调节管道水击过程中管道系统的压力波动, 防止管道进站压力过低和出站压力过高, 维持管道的正常运行。
管道系统中的调节阀是一种阻力可变的截流元件, 通过改变阀门的开度, 改变管道系统的工作特性, 实现调节流量、改变压力的目的。当出站压力高于限定值时, 调节阀向关闭方向动作, 使出站压力下降;当进站压力低于限定值时, 调节阀同样向关闭方向动作, 使进站压力升高;管道的进出站压力均未超出限定值时, 调节阀保持全开状态。调节阀工作原理图如图1所示。
2.3 泄放保护
泄放保护是在管道的一定地点安装专用的泄放阀, 当出现水击高压波时, 通过阀门从管道中泄放出一定数量的液体, 从而削弱高压波, 防止水击造成危害。
泄放阀设置在可能产生高压波的地点, 即首站和中间泵站的出站端、中间泵站和末站的入口端。
3 仪征一长岭原油管道概况
仪征一长岭原油管道起点为江苏省仪征中转油库, 终点为湖南省长岭石化, 管道全长979 km, 干线设计压力为8.5MP, 设计输量为2700*104t/a。全线采用密闭输送工艺, 配输鲁宁油和进口油。沿线设有仪征首站、和县、无为输油站, 怀宁, 黄梅, 大冶, 赤壁分输站, 以及安庆、九江、武汉、长岭、洪湖计量站共12个工艺站场。
4 仪征一长岭原油管道水击保护措施
仪征一长岭原油管道系统采用密闭输送工艺, 根据密闭输送管道的特点, 发生水击事故且影响较大的工况主要有:末站或中间站阀门误关闭, 首站、中间泵站然停泵 (一台或多台) 等。为确保在事故工况下不造成管线与设备严重损害, 充分考虑各种水击影响, 该工程采取如下多重保护措施进行水击保护。
在全线水击保护控制方面, 设置调节阀调节、泄压保护、站控系统顺序停泵保护。首站、分输站设置电-液联动调节阀, 站控系统以进出站压力为控制参数进行PID调节, 由进出站调节阀调节各站进出站压力, 保证全线平稳运行。在沿线各泵站设置高、低压泄压阀, 当中间站进出站或末站进站阀门误关, 使上游站出站压力达到压力保护调节阀设定值时, 调节阀自动进行压力保护调节, 如遇压力保护调节不起作用时, 泄压阀即可开启进行泄压, 以保证管道的内压不高于管道允许的工作压力。在调节阀不动作或失效、泄压阀不能正常开启泄压或泄压阀泄放后仍不能满足工艺要求, 使得出站压力达到压力的设定值时, 压力已经达到管道允许最高压力的情况下, 站控系统将根据逻辑程序, 顺序停一台或数台输油泵, 达到保护站内设备和工艺管道的目的。
此外, 尽量避免人为因素造成的水击。建立安全操作规程, 如:合理延长管路阀门关闭时间, 缓慢操作, 禁止突然关闭阀门;泵启动、停车前完全关闭出口阀门;加强巡视, 确保管道及设备工况良好;完善管理制度及时维修排除管系运行故障。
5 结论与展望
压力管道系统的水击现象是难以避免的, 但是采用合理的管路参数和工艺布局, 选用设备的调节和泄压装置可以降低水击的影响。由于保护系统的应用以及合理的运行方式, 仪征-长岭原油管线自2005年投产以来, 一直安全平稳运行, 创造了良好的经济效益和社会效益。
参考文献
[1]严大凡.输油管道设计与管理.石油工业出版社 (北京) , 1989[1]严大凡.输油管道设计与管理.石油工业出版社 (北京) , 1989
管道水击 篇4
1.1 水击产生的因素
管道中流体并非刚体, 在流通中产生弹性波, 在强大的水击作用下产生流体的压缩而变形, 流体在管道中流速并非发生同时变化, 流体速度的不确定性和不稳定性形成一种弹性波逐步传递, 故此产生水击现象的就是流体的惯性和压缩两大因素。故此, 在石油管道设计中, 详细了解水击现象的产生, 并预测到水击压力的最大值, 将会对管道设计中有效控制水击现象的提供有力依据, 也是管道设计的关键所在, 产生水击现象的具体因素作如下分析:
1.1.1 管道系统设计中管径不符合要求, 流速设计也不合理。
1.2.2没有合理设计利用减压阀缓解系统压力。
1.1.3 直管长度超出设计范围。
1.1.4 没有配备适合的吸收激波设备。
1.2 水击的破坏性分析
如果管道内的水击强度较弱时, 就会出现噪音, 是因为管道内和其他设备的轻微碰撞;水击严重时因流体在管道内产生瞬变压力的同步和叠加, 以致造成管道破裂发生泄露现象;也会导致管件、阀门以及泵机组设备的破坏, 从而影响输送过程的安全和稳定, 甚至会伤及人体, 由此可见水击的破坏性直接影响到石油的正常输送。假如水击现象连续产生, 就会使得管道和管道内的设备一直处于不稳定的环境下工作, 虽然泄压系统会在一定程度上确保管道系统的稳定性, 但是由于管道系统内的压力一直是不断地发生变化中, 油田的化工流体具有腐蚀性也会给设备带来损伤, 致使管道和设备一直处于疲劳运行的状态下更容易遭受破坏。
1.3 预防水击的保护性设计措施
通过完善的管理制度和严格的执行操作规程, 对管道和设计加以合理优化设计, 并在运行过程中及时有效的进行保护和维修, 把水击影响掌握在可控范围之内。具体对策见下:
1.3.1 减缓波速。
根据水量流速的情况, 分析压力与波速传播的变化关系, 重视减缓波速对控制水量变化的作用。一定程度上的加大管道直径, 可以减缓水击流速的强度。
1.3.2 安装水击消除器。
当压力升高时, 管道中弹簧就会受到挤压, 从而开启水流的通路, 水排出时就会产生泄压, 因此来减弱水击产生的压力。
1.3.3 溢流阀的设置。
管道内的水流量产生的压力高过设置的压力时, 就需要开启溢流阀。
1.3.4 止回阀的应用。
水击带来效力的强弱与阀门及时关闭所需要时间的多少有一定的联系, 阀门关闭所需要的时间越少。水击产生的效力就越大, 导致危害性越大;关闭如需要的时间长, 产生的危害就会越少, 因而要正确的掌握管路阀门开启闭合时间, 科学掌控。
1.3.5 配置调压室。
对于管道比一般管道长的处理上, 可以配置调压室, 这样就可以减短管道的长度, 并且减弱水击的强度。
2 利用PIPENET软件进行管道系统水击分析
PIPENET软件的瞬态模块, 可模拟因为设备启停、阀门操作不当等因素造成的管网内流场瞬态变化情况, 计算出系统压力和流量的波动数据, 得出水击或汽锤, 可实现动态控制。并且, PIPENET瞬态模块可以为安全阀、呼吸阀、压力容器等在工作的关键设备准确地选型, 使设备的型号更大程度上符合工程需要。
2.1 油码头装卸管道系统概况
本文以石油化工管道系统为例进行水击先向详细分析。该系统的主管为长6km、直径254mm的钢管, 该系统的最高设计压力为1.5MPa。系统设计的重点在关断阀 (NSV阀) 和紧急切断阀 (ERC阀) 的关停。
2.2装卸管道系统水击研究
本系统以保证管道阀门闭合候时系统的最大压力在设计压力范围以内;并且分析杜绝水击产生的最佳设计方案、安全阀的配置在恰当部位, 为其选择标准的阀门型号。在本工况中暂不考虑紧急切断阀的情况, 只考虑正常天气下关断阀25s关闭的工作状况。本次模拟了六种不同情况下管道内的水击情况, 具体情况见表1和图1。
在工况1中, 阀门入口的最大压力为2.087MPa, 此峰值超过了系统设计的最高压力1.5MPa的范围。说明系统有水击现象发生, 需要安装保护装置。
模拟结果显示安全阀在NSV阀前时, 在工况2、3、4、5中, 工况5的阀门入口压力大于系统设计压力, 得出工况2、3、4均满足压力小于1.5MPa的要求, 但是考虑到工况4安全阀开度为54%, 阀门型号较小也降低了成本, 所以选择Cv50安全阀安装于NSV阀前为最优方案, 系统就可以达到减小水击的影响, 有效保持管道系统正常运行。在此基础上, PIPENET软件还可以模拟关断阀在不同的运动行程状况和水击对管道系统的影响。这样可以要求操作人员严格按照操作规程, 将水击造成的损失降至可控之中。
模拟结果显示工况6把安全阀安装在管道入口位置是不符合实际工程的, 只能将管道的入口压力控制到1.41MPa。当阀门入口一一达达到到压压力力峰峰值值时时, , 安安全全阀阀不不会会有有任任何何反反应应, , 这是因为该管道的长度为6km, 在压力波还没有传递到安全阀时阀门入口的压力就已经达到峰值。3结束语
PIPENET是一种具有明显优势的分析应用软件, 可以对管网系统进行科学准确地计算和优化。在石油化工压力管道系统设计中, 进行水击周密计算, 确定最大和最小水击强度, 为保障系统正常运行提供理论和实践依据。
摘要：本文针对管道水击现象的产生及水击的相关因素进行详细阐述, 并结合具体实例分析, 提出适合该管道系统预防水击的方案, 降低水击破坏的影响程度, 提高管道运输的可靠性。
关键词：压力管道,水击研究,预防措施
参考文献
[1]王玮, 马贵阳, 孙志民.输油管网水击危害及其防治[J].油气田地面工程, 2010, (3) :45-46.
[2]华晔.压力管道中水击的介绍[J].中国科技财富, 2008, (10) :113-117.
原油长输管道水击分析及保护方案 篇5
原油长输管道距离都在数百公里至数千公里之间, 管道沿线通常布置一个以上的中间泵站以及其他类型的站场 (如清管站、阀室等) 。现代的管道均采取密闭输油方式, 整条管道是统一的水力系统, 管道沿线某处或中间某个站场发生水击都会波及全线。水击引起管道沿线的压力、流量、流速的变化, 可能导致管道系统超压或流体汽化。由于水击波是以声音在管道中介质的传播速度的沿管道传播的, 速度非常快, 人工反应无法做到及时控制。因此需要通过仿真技术模拟管道运行情况, 全面分析可能发生的事故工况以及可能产生的后果, 制定控制措施, 保证管道的安全运行。
对于一个管道系统, 水击保护的原则是水击发生时, 管道全线不超压, 沿线高点不发生汽化现象。本文以SPS (Stoner Pipeline Simulator) 软件为仿真软件, 以大庆-锦西原油管道工程为背景, 对长输管道的水击进行分析与仿真, 并制定控制措施。
2 水击工况分析
对长输管道进行水击工况分析是进行水击模拟和计算的基础。全面、系统的工况分析可以保证水击仿真模拟和计算的准确性和完整性。对一个独立的水力系统进行水击工况分析时, 需根据全线流程和站场设置情况分析可能发生的事故工况以及引发事故的原因, 然后按照站场和线路两方面进行全面系统的分析。
水击工况分析:
(1) 输油站场和中间泵站进站阀门事故关断;
(2) 输油站场和中间泵站出站阀门事故关断;
(3) 线路截断阀室阀门事故关断;
(4) 各站场输油泵机组事故停电;
(5) 各站场输油泵机组事故停泵。
水击结果分析:
(1) 管道超压或破裂;
(2) 管道沿线高点发生汽化现象;
(3) 线路或站场内设备 (泵、阀门、仪表等) 损坏。
由于上述直接后果可能导致更加严重的情况, 如环境大面积污染、管道系统停产等, 这将带来不可估量的巨大损失。
3 控制措施
根据工况分析的结果和管道系统的布置情况, 通过SPS仿真模拟, 分析水击控制点和自动控制要求:
(1) 在各中间泵站设置水击泄放罐, 在首站出站、中间泵站进出站和末站的进站管道上设置压力泄放阀。根据将水击波对管道系统影响尽快消除的原则, 将中间泵站进站泄压阀设置在进站阀门外侧, 保护线路, 出站高压泄压阀设置在出站阀门里侧, 保护泵出口管线和设备。当水击发生时, 通过压力泄放阀将管道中的部分油品泄放到泄放罐中, 以达到保护管道和站内设备安全的目的。
(2) 设置水击泄放罐液位超高限信号报警, 并通过液位控制泵自动启停, 实现联锁保护, 避免溢油事故发生。
(3) 通过SPS仿真模拟, 发现水击发生时传播速度极快, 事故发生的几分钟内水击即传播至整个条线路, 人工操控无法做到及时控制以保证管道安全。因此采用专用通信信道传递水击信号和控制指令, 各控制信号均与控制中心相连, 并接受控制中心的操作指令, 以便在水击发生时能迅速做出相应的保护动作, 避免对管道系统造成危害。
(4) 在线路阀室和首站出站阀门、中间泵站进出站阀门、末站进站阀门、中间泵站越站阀门是各站场和线路相对薄弱点 (如河流穿跨越) 事故时安全控制的关键点, 因此这些阀门设置远程控制, 当发生事故时, 可以对站场进行远程保护。
4 水击保护方案
4.1 水击超前保护
长输管道系统通常采用停泵和保护调节的方法进行超前保护, 以保护全线相对薄弱地段的管道。即在某站突然停泵或者各站进出站阀门突然误关断时, 由通信系统向调度控制中心传输一个信号, 调度控制中心自动下达水击保护指令, 变频器或调节阀进行保护性调节或顺序停掉相关站的输油泵等方法, 来向上下游发出增压波或减压波, 以防止管线相对薄弱地段超压或高点汽化。
当由于某种事故原因造成全线的流量发生计划外变化时, 可以通过调度控制中心下达指令改变各控制点的设定值, 以达到超前保护。
由于不同的管道系统, 高程分布、流量、压力、管道长度等均不相同, 水击超前保护的控制措施也不相同, 为保证保护措施的控制效果, 可以通过SPS软件进行控制措施的仿真模拟, 从可行的保护措施中优选最佳控制方案。
例如, 用SPS模拟泵出口阀门关闭时的水击工况。通过模拟可以看到, 在阀门行程时间内, 压力首先有轻微的上升, 此时压力自动进行;当阀门离开全开位较大幅度时, 压力迅速上升, 压力调节无法满足要求, 必须停泵以保护站内设备不被破坏。通过SPS模拟, 可以得出结论:当站场内出现压力超限现象时, 首先进行调压保护。当调压保护无法使压力在正常工作范围内时, 采取停泵保护措施。
4.2 进、出站泄压保护
在首站的出站, 各中间泵站的进、出站, 末站进站处均设有泄压阀, 并且各中间泵站设泄压罐。泄压阀的设定压力必须保证在事故工况下, 不超压, 泄压阀泄放时不出现剧烈的扰动, 且泄放时间不能过长。
SPS软件直观的给出了泄放阀泄放时的压力随时间的波动情况以及任意时间泄放阀的泄放累计流量, 通过SPS仿真软件模拟可以确定泄放阀的合理设定值以及站场内泄放阀前设备和管线的设计压力 (即泄放阀前的设备和管道的设计压力应不低于泄放压力) , 并可以计算其累积泄放流量, 从而确定泄放罐的容积。
泄压阀出口端由于连接一段管线, 因此在进行仿真时, 泄压阀出口应留有一定背压 (根据管线长度、弯头数量和管径等确定) 。泄放阀出口的背压越大, 事故时泄放阀的泄放流量越小, 泄放时间越长, 导致泄放阀不能在尽量短的时间内消除水击波的负面影响。因此, 泄放管道尽量避免出现弯头, 尽量缩短泄放管道的长度。
4.3 自动压力越站
用SPS软件仿真模拟中间泵站越站工况时, 发现管道出现压力小幅波动, 此时调整上一站的开泵数, 可以实现降量输送。如果中间泵站设有全越站流程, 当该站的输油泵由于事故发生停泵、停电、出口阀门关闭、站内着火工况时, 可实现压力自动越站、降量输送, 起到减弱压力波、保护线路管道的作用, 并减少全线停车的可能性。
4.4 紧急停车保护
各站的进出口管线和可以越站的越站旁通管线均设置远程控制紧急关断阀;输油泵及动力系统均设置紧急停车系统。在首站发生管道破裂、油罐破裂或火灾, 干线远程阀室关断或其它严重情况时, 启动紧急停车系统, 以保证管道的安全。此时对全线各站场如何控制, 比如何时停泵、何时关闭各站场阀门, 需要通过SPS仿真模拟来确定, 以保证水击控制时不发生二次损害。
5 结论
通过SPS对不同水击工况的模拟成果分析, 得出以下成果和结论:
(1) 原油长输管道通常设置有首站、中间泵站、末站和线路截断远程控制阀室。根据对不同事故工况的分析和仿真模拟, 选取各站场最大累积泄放量来确定各站场泄放罐的容积。
(2) 当出现站场进、出站阀门和远控的线路截断阀事故关闭、首站及中间泵站事故停泵的工况时, 对管道水击制定相应的超前保护程序, 以及在全线泵站的进、出站管线安装水击保护泄压系统, 全线管道不会出现超压破裂的事故。即水击发生时, 系统超前保护和站场泄放保护能够保证输油管道在事故工况下的安全。
(3) 水击发生时全线管道保护措施的执行顺序:全线超前保护优先, 站场进出站泄放保护次之。
(4) 对于首站出站阀门事故关断、干线远程控制阀室紧急截断阀事故关断、末站进站阀门事故关断、首站事故停电、首站着火工况, 将导致全线停输;对于中间泵站进、出站阀门事故关断、中间泵站事故停电、中间泵站着火工况, 优先采用降量输送的超前保护措施, 减少管道全线停输的可能性。
摘要：原油长输管道系统的水击是一种经常出现的瞬变流动。水击对管道系统的危害主要是超压和汽化。因此, 水击控制在管道系统运行中非常重要。针对原油管道运行中可能发生的水击工况, 利用SPS仿真软件对原油长输管道水击控制模拟, 通过对模拟结果分析, 制定合理的工艺流程和控制方案, 确保管道在各种事故工况下安全运行。
关键词：长输管道,水击工况,水击保护
参考文献
[1]严大凡.输油管道设计与管理[M].北京:石油工业出版社, 1986
[2]李琳穆向阳江秀汉.长输管道自动化技术[M].北京:石油工业出版社, 2005
管道水击 篇6
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, 以铁秦线为例进行逻辑说明:
3.3 稳定性调节 (既自动调节) 系统
3.3.1 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。
3.3.2 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。
5 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。
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
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
管道水击 篇7
1 成品油下载工艺流程
成品油长输管道无论中间站还是末站, 其下载流程基本一致, 主要包括下载控制总阀、减压阀、水击泄放阀、泄压罐、质量流量计、流量调节阀及双截止阀 (DBB) 等。
正常运行时接受来油经降低压力、流速, 并计量后进行配套储油罐, 当出现误操作或设备故障导致下载流程不能正常运行时, 下载线就会产生憋压、水击, 当压力达到水击阀动作的设定值时, 水击泄放阀就会打开, 油品就进行就进入泄压罐。
2 下载线常见憋压、水击原因分析
从安全管理理论来讲, 导致生产事故产生的原因主要是人的不安全形为和物的不安全状态, 下载线的憋压也可以从这两个方面来分析。
2.1 违章操作导致下载线憋压、水击
2011年7月13日10:18时, 某站场进行质量流量计在线标定, 由当班输油操作工班长王某负责流程切换。王某现场打开GV06阀后, 通过对讲机报告站控室欲关闭GV05阀。当王某关闭GV05阀后才意识到GV02阀未打开, 就在此时下载线压力突然上升, 造成憋压停下载。
2011年8月20日09:25时, 某站场开始下载0#柴油, 不久下载线压力突然上升, 导致下载减压阀后压力超高, 自动联锁停下载。经检查导致憋压的原因为进油罐罐根阀未打开。
2012年9月10日16:00时, 某站正在下载的0#柴油即将到量, 技术员李某准备对DBB阀门进行在线充洗, 于是打开阀底板排污堵头, 通过快速开关阀来进行对阀进行在线冲洗, 在冲洗过程中, 因水击导致下载线水击泄放阀动作, 泄放油品0.5吨。
案例1、2都是违反工艺操作规程, 在操作前未进行流程确认所导致的, 案例3主要违反设备维护保养规程、设备操作规程所造成。
2.2 设备故障导致下载线憋压
2011年8月11日, 某站因雷击导致下载减压阀阀位信号、控制状态信号无法显示, 且无法进行开关控制。8月12日抢维修工作人员到现场进行维修, 在更换电源模块送电后仍未看到阀位反馈, 此时下载线压力上升, 水击阀动作并联锁停下载。随后, 检维修人员更换了PCP模块, 再次送电正常。经分析, 导致此次憋压发生的原因是自控系统程序错误, 检修后送电误动作。
3 水击产生的原理及危害
由于某种原因引起管内液体流速突然变化, 例如迅速迅速开关阀门, 突然停泵, 都会引起管内压力突然变化, 这种现象叫做水击现象。
图1表示油品沿管道A B方向流动, 如果突然关闭阀门B, 临近阀B处厚度为△s的一层油品, 在此时间内首先停止运动, 在这瞬间油品的全部动能转化成油品的压力能和管壁的变形能, 被压缩的油品的压力增加△p, 即水击压力。当第一层油品在无限短时间内停止下来, 与之相邻的第二层液体又停下来, 同样受压缩, 并产生压力累加, 这样就形成了一个高压区和低压区的界面, 高压油品在液体惯性作用下迅速向A流动, 当压力波到达阀A处时, 整个管路中的油品都已停止, 处于被压缩状态, 管内的压力升高。
水击压力是一个可观的数值, 有时会引起管子的爆裂, 因此必须给予足够的注意[3]。为了保护管道及阀门的安全, 生产中安全装了水击泄放阀, 当发生水击现象时, 泄放阀自动打开, 保护系统安全。
4 下载线憋压防范措施
管线憋压是一件不容忽视的问题, 虽然目前生产中都采取了压力保护措施, 尽量避免因憋压或水击对管道及设备造成的破坏, 但憋压、水击的发生, 还是会影响企业生产调度及产品质量。为了防止长输管道下载线产生憋压、水击, 在日常生产管理中, 最好的办法就是加强对人和物的管理。
(1) 制定切实有效的工作制度并严格落实。为了防止违章操作, 制定工艺操作规程, 工艺流程切换采取操作票制度, 操作前先办理操作票经技术管理员或班长审批, 然后一人操作一个监护。对于输油站与配套油库独立管理的站、库, 下载前双方应办理工作联系单, 共同确认下载流程。
(2) 制定详细的检维修作业危害识别。在检检修作业前, 办理检检修作业许可, 对作业过程中可能产生的危害逐一识别, 并制定有效的防范措施。风险较大的要编制安全技术方案, 停产作业。
(3) 加强对生产管理人员的教育考核。输油操作人员、检维修人员加强工艺运行知识的学习, 不断提高风险、危害识别能力, 提高操作技能, 上级管理部门加强监督考核。
摘要：成品油长输管道下载是管道运输的目的, 下载线的正常运行不仅关系到地区油品正常补给及油品质量, 还关系到整个管网的安全生产。以中石化华南成品油管道下载操作为例, 介绍了成品长输油管道下载工艺流程, 归纳总结了下载线憋压的类型, 分析了水击原理、产生的原因, 并提出了应采取的措施, 为防止下载线憋压、水击提供了有借鉴意义的经验。
关键词：成品油,长输管道,憋压水击
参考文献
[1]王保群, 林燕红, 代运锋.我国成品油管道现状与展望[J].石油规划设计, 2010, 21 (5) :7
[2]曾多礼, 邓松圣, 刘玲莉.成品油管道输送技术[M].北京:石油工业出版社, 2002:15