堵塞水力瞬變模擬在輸油管道中的應(yīng)用分析

李天一

中國石油管道沈陽輸油氣分公司，遼寧沈陽 110031

堵塞水力瞬變模擬在輸油管道中的應(yīng)用分析

李天一

中國石油管道沈陽輸油氣分公司，遼寧沈陽 110031

隨著近年來國內(nèi)生產(chǎn)建設(shè)不斷發(fā)展，西氣東輸、老工業(yè)基地改造、城市管網(wǎng)建設(shè)、民居工程、污水處理、農(nóng)田水利等諸多重大惠民項(xiàng)目的建成投產(chǎn)，給管道行業(yè)帶來的前所未有的發(fā)展機(jī)遇。文章針對輸油管道的堵塞和滲漏情況，進(jìn)行了水力瞬變模擬的試驗(yàn)和分析，旨在為同行們在日常工作中提供一點(diǎn)意見和建議。

堵塞水力；輸油管道；模擬實(shí)驗(yàn)

隨著國家石化工業(yè)的迅速發(fā)展，石化長輸管道行業(yè)得到了前所未有的發(fā)展機(jī)會。然而，我們不能忽視那些長期服役的輸油管道的腐蝕和損壞，盡管技術(shù)人員也采取了不同的防腐以及防范的措施，但由于長期的腐蝕、制造缺陷、人為的破壞等原因所引發(fā)的管道穿孔泄漏和堵塞的現(xiàn)象時有發(fā)生。因此，作為從事輸油管道安全管理的工作者，研究輸油管道的泄漏和堵塞有著非常重要的意義。

1 輸油管道的表現(xiàn)形式

1.1 常規(guī)性的堵塞或穿孔滲漏

常規(guī)性的堵塞或穿孔滲漏，通常都是表現(xiàn)為長期腐蝕性的堵塞或穿孔滲漏。這種腐蝕性的堵塞或穿孔形式，是因?yàn)楣懿暮缚诘暮附尤毕莺筒馁|(zhì)不均勻性以及管道內(nèi)的防腐工藝的質(zhì)量不過關(guān)直接導(dǎo)致的穿孔或堵塞。因此這種堵塞或穿孔的發(fā)生的地點(diǎn)有著一定的不確定性。最為常見的是那些長時間服役的污水管道、輸油管道上。其生產(chǎn)單位通常都會有一定的準(zhǔn)備。這種堵塞或穿孔事件發(fā)生的頻率相對較高，最好的解決方法就是及時更新替換管道。防范于未然，才能有效地解決輸油管道的堵塞或穿孔問題。

1.2 突發(fā)性的堵塞和穿孔滲漏

突發(fā)性的堵塞或穿孔滲漏，通常有兩種表現(xiàn)形式，一種是由于管道的變形所引發(fā)的堵塞或穿孔，出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因主要是因?yàn)槠髽I(yè)在生產(chǎn)運(yùn)行的過程中，反復(fù)進(jìn)行冷熱的交替，從而致使管道發(fā)生了位移上的微妙變化，從而引起了局部的變形，最后累積起皺，拉裂引發(fā)了堵塞或穿孔，這種堵塞或穿孔通常都是發(fā)生在管道的彎頭和拐點(diǎn)處。第二種是人為的堵塞或打孔（盜油分子所致），這種破壞隨意性比較強(qiáng)，發(fā)生地點(diǎn)通常和管道埋藏深度有著直接的關(guān)系，埋深淺，而且還比較偏僻或者是有田間路或鄉(xiāng)間小道的地方，容易被盜油分子所利用。

2 輸油管道水力瞬變模型

2.1 管道堵塞模型

當(dāng)管道堵塞（滲漏），過油的斷面就會突然變大（小），之后突然變小（大），所以，就可看做是在管道的中間串聯(lián)了一個內(nèi)徑較大（小）、長度較短的管道。因?yàn)楣艿赖倪^油截面積突然發(fā)生了改變，就會引起油流的局部擾動，造成了相應(yīng)能量的損失，此處的能量損失通常都是由擴(kuò)張損失和收縮損失組成。

2.2 管道水力瞬變模型

當(dāng)輸油管道發(fā)生了堵塞（滲漏）時，就會由此產(chǎn)生的向上（下）游傳播的增（減）壓波及向下（上）游傳播減（增）壓波傳到上、下游泵站所用時間比較短，所以可設(shè)在整個過程油品的溫度沒有變化，同時管內(nèi)的油品流動看作是一維不定的常流動，油品和管道變形都是在線型彈性的變形范圍之內(nèi)。

3 案例模擬及分析

3.1 案例

某條81km長的水平埋在地下管道，全線設(shè)有3座泵站，泵站之間的距離是27km，管道的規(guī)格為7mm×410mm，400KD2502單泵運(yùn)行，進(jìn)站液位是40m，管道末端的出口液位是4Om，該管道輸送的是柴油，油品溫度為20℃，穩(wěn)態(tài)流量為1 225m3/h，設(shè)計(jì)堵塞地點(diǎn)在第2座泵站下游處13.5km，假設(shè)堵塞面積分別為0.09m2（70%），0.10m2（75%），0.11m2（85%），0.12m2（90%）。

3.2 模擬結(jié)果及分析

設(shè)輸油管道在正常運(yùn)行期間，在第二座泵站下游13.5km處突然發(fā)生管道堵塞，引起管道的非穩(wěn)態(tài)流動。用Visualc++ 6.0編程計(jì)算，用Origin6.0將計(jì)算結(jié)果繪制成圖，得出了在不同堵塞面積下壓力及流量的變化，模擬結(jié)果及分析如下：

1）堵塞面積對上游壓力影響:在不同的堵塞面積下，當(dāng)發(fā)生堵塞，堵塞點(diǎn)上游壓頭瞬間出現(xiàn)一個高峰，然后瞬間降到一定程度，隨后逐漸升高，最后，壓頭趨向于一個新的穩(wěn)態(tài)。堵塞面積越大，瞬間出現(xiàn)的壓頭高峰峰越大，趨向穩(wěn)定所需時間越多，穩(wěn)定后的壓頭升高也越大。如堵塞面積小于0.1m2時，堵塞點(diǎn)上游壓頭所受影響不大；

2）堵塞面積對堵塞點(diǎn)流量影響:在不同的堵塞面積下，當(dāng)發(fā)生堵塞，流量瞬間急劇減小，隨著堵塞點(diǎn)上、下游間壓力差增大，流量隨之上升，最后，流量逐漸建立一個新的穩(wěn)態(tài)。從上、下游傳播來的反射波對流量也造成一定的干擾，且堵塞面積越大，流量瞬間減小越大，趨向穩(wěn)態(tài)所需時間越長，穩(wěn)態(tài)后的流量也越小。當(dāng)堵塞面積小于0.1m2，流量所受影響不明顯；

3）堵塞面積對上游泵出口壓力量影響：在不同的堵塞面積下，堵塞初始，上游泵的出口壓頭不受影響，當(dāng)增壓波傳到上游泵的出口，泵的出口壓頭瞬間出現(xiàn)一個高峰，然后瞬間降低到一定程度，隨之逐漸升高，最后，泵的出口壓頭趨向一個新的高度。堵塞面積越大，瞬間出現(xiàn)的壓頭高峰越大，趨向穩(wěn)定所需時間越多，穩(wěn)定后的壓頭升高也越大。如堵塞面積小于0.1m2時，泵的出口壓頭所受影響不大；

4）堵塞面積對堵塞點(diǎn)下游壓力影響：在不同的堵塞面積下，當(dāng)發(fā)生堵塞，堵塞點(diǎn)下游壓頭瞬間出現(xiàn)一個低峰，然后瞬間回升到一定程度，隨后逐漸下降，最后，壓頭趨向于一個新的穩(wěn)態(tài)。堵塞面積越大，瞬間出現(xiàn)的壓頭低峰越大，趨向穩(wěn)定所需時間越多，穩(wěn)定后的壓頭降低也越大。如堵塞面積小于0.1m2時，堵塞點(diǎn)下游壓頭所受影響小大。

4 結(jié)論

我國的石化輸油管道的建設(shè)已經(jīng)駛?cè)敫咚侔l(fā)展的階段，然而有些輸油管道總是在運(yùn)行期間，經(jīng)常由于工程施工以及其他不確定因素將管道推彎，甚至出現(xiàn)因機(jī)械的壓扎使得一些管道變癟，從而導(dǎo)致了部分管道的變形，在使用清管器進(jìn)行清理時就會發(fā)生卡住，造成了管道的堵塞。對與一些輸送含水率或含蠟較高的輸送管道，尤其在我國的北方地區(qū)，冬季經(jīng)常會發(fā)生管道的堵塞和滲漏。一旦發(fā)生了堵塞，上游的壓力就會迅速增高，下游的壓力隨時降低。如果減壓波被傳到下游泵的進(jìn)口地方，就會造成泵的進(jìn)口處的壓力太低導(dǎo)致了大量的汽蝕產(chǎn)生，這不僅嚴(yán)重地影響了泵的實(shí)際吸入的性能，同時也對泵和管道造成了相對比較嚴(yán)重的損害。所以研究不同管道的堵塞面積對壓力、流量的影響，確保輸送工作的順利開展是一項(xiàng)長期的發(fā)展戰(zhàn)略。

[1]劉曉娜，張廷全.復(fù)雜長輸管道水力瞬變計(jì)算[J].天然氣與石油，2011，9(3)：11-12.

[2]聶平一，鄧松圣，文俊.管道泄漏水力瞬變模擬研究[J].油氣儲運(yùn)，2010，25(7)：19-2O.

U17

A

1674-6708（2011）53-0102-02