長輸管道教學模擬實驗裝置的開發設計

張樹文，劉 剛，張 炘

1 實驗裝置原理

從泵到泵密閉輸油流程是全線各泵站直接串聯在一起，上站來油直接與下站輸油泵的吸入管相連，整個管路形成一個密閉的、連續的水力系統。倘若前一站給出壓頭大于站間管路所需要的壓頭，則剩余壓頭就加在下一站輸油泵的進口上，即提供了進口壓頭，而輸油泵的出口壓頭則為進口壓頭和輸油泵揚程之和。由于上一站影響下一站，全線形成統一的水力系統。每個輸油站的工況（排量與壓力）就決定于全線總的能量供應與消耗，即各站工況要由全線總的輸油站特性和總的管路特性來判斷。全線的壓力供需平衡關系式如下：

（1）式中，Q-全線工作流量，m3/s；N-全線泵站數；f-單位流量的水力坡降，（m3/s）m-2；Hs1-管道首站進站壓頭，m液柱；Ht-管道終點剩余壓頭，m液柱；L-管道總長度，m；Z2、Z1-管道起/終點高程，m；hm-每個泵站的站內損失，m液柱。

從泵到泵密閉輸油系統的特點為：①全線任一泵站或站間管路工況變化都會使全線的輸量及各站進出口壓力發生變化；②由全線輸量變化而引起各站壓力變化的幅度，隨各站間管路特性曲線而不同，特性曲線陡的變化幅度就大；③從泵到泵密閉輸油流程的優點在于能減少輕質油品揮發損耗和利用余壓節省動力；④簡化了流程便于各泵站就地自控和實現全線集中控制等。

2 實驗架流程設計

系統組成：泵站輸送模塊、管道系統模塊、計算機數據采集系統、數據處理軟件、清管器收發裝置、實驗展板、電源控制柜、不銹鋼水罐等組成。根據工藝計算設計結果，輸油管路實驗裝置全線采用密閉輸送方式，管內徑40毫米，全長420米左右。全線總共設有4個泵站，即首站1座，中間泵站2座，末站1座。每座泵站配有兩臺離心式清水泵，兩臺泵之間采用串聯運行方式，各站1#泵采用變頻控制方式，便于流量調節。管道采用螺旋鋪設方式，4層管架結構，每個站間管道放置在同一層，能夠保證站間管線閥門的安裝、維修和開關。全線工藝流程圖見圖1。

2.1 首站流程

首站包括正輸流程、站內泵串并聯流程、流量計量。

2.2 2#泵站流程

2#泵站流程包括正輸、站內泵串并聯、壓力越站、泄漏閥等。

2.3 3#泵站流程

3#泵站流程包括正輸、站內泵串并聯、計量、壓力越站、發清管球、收清管球。在3#泵站到4#泵站管路之間，設置了透明式的清管器收發實驗裝置。清管器收發實驗裝置包括發球筒、收球筒、快開盲板、觀察管、安全閥等。

2.4 4#站流程

4#站流程包括正輸、站內泵串并聯、翻越點觀察管、流量計量等。在進末站之前設置一個高點作為實驗的翻越點。實驗中以各站1#泵同時運行為正常工況。

3 主要實驗培訓項目

3.1 測繪管路的Q-H特性曲線，求系統的工作點

管路特性曲線是指管路摩阻損失和流量之間的關系。

圖1 等溫輸油管路實驗裝置工藝流程圖

測定管路特性的過程就是改變管線輸量，記錄各站進、出站壓力，測出各泵站之間的管路摩阻損失，由此可得管線總的摩阻損失；正常輸油時，輸油管上任一截面的流量相等，其數值為全線總泵站特性曲線和總管路特性曲線相交點的流量，稱為工作點流量。

3.2 事故工況模擬實驗

輸油管線在運行過程中難免會有各種意外工況的發生，能夠及時、準確地處理各種突發事件是一名合格調度人員的基本素質。本實驗通過觀察輸油管線發生異常工況或突然事故時（如某泵站突然停電等）全線運行參數的變化，來學習各種突發事故的判斷與處理方法。常見的事故工況有：①站間管路堵塞；②事故停泵站；③站間管路泄漏。

3.3 管路水擊實驗

輸油管道的密閉輸油流程使全線成為一個統一的水力系統，管道沿線某點的流動參數發生變化會在管內產生瞬變壓力脈動。該壓力脈動從擾動點向管道上下游傳播，即引起管道的瞬變流動。這種管道瞬變壓力的變化也稱水擊。沿管道傳播的瞬變壓力有時會導致壓力劇烈波動，甚至會破壞管道的正常運行。本實驗裝置配備了高速數據采集系統，可以記錄管道內壓力的瞬變現象，測量管道內的最大水擊壓力，從而認識水擊現象。

3.4 輸油管道泄漏檢測與定位實驗

密閉輸送的輸油管道發生泄漏時全線的運行參數都會發生相應的變化，漏點前和漏點后各站的進出站壓力都下降，距離漏點越近的站，壓力下降的幅度也越大。通過觀察輸油管道發生泄漏時的運行參數變化規律來判斷是否存在泄漏以及泄漏點的位置，運用負壓波法來判斷泄漏點的位置。

3.5 收發清管球演示實驗

認識各種管道內清管器，熟悉清管器的收發操作流程，觀察清管器在管道內的運行情況。

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