密閉輸油管道水擊保護分析

張秀云

摘 要：密閉輸油過程中由于突然停泵或進出站閥門關閉等原因會產生管道系統流量的變化，導致瞬變壓力脈動，即水擊，對輸油管道的運行產生危害。本文通過特點工況的瞬態模擬，分析水擊產生的過程及危害，提出水擊保護措施，保證管道的安全運行。

關鍵詞：輸油站；水擊；密閉輸送

密閉輸送管道全線是一個整體水力系統，任何一個截面壓力與流量的變化，都使全線壓力與流量在瞬間發生相當程度的波動。這種壓力波動即是水擊。水擊嚴重時，對管線與設備可能造成損害。

1 水擊產生的原因及影響

在長距離密閉輸送的過程中，某一點流動受阻，動能轉變為壓能，高壓波向上游傳遞，使管道內壓力迅速增加，當管內壓力超過管道最大允許壓力會引起管道的強度破壞[3]。低壓波向下傳遞，可能使管內液體產生氣體逸出，進入泵發生喘振，葉輪氣蝕，若管內壓力下降至真空，會引起管道強度破壞。

1.1 水擊保護措施

水擊保護有管道增強保護、超前保護和泄壓保護3種方法[1]。

①管道增強保護。即提高管道設計壓力，從根本上保證管道不被破壞。

②超前保護。水擊超前保護系統通過檢測輸油管道上截斷閥的閥位變化或關鍵點的壓力變化，預測發生水擊可能，并由通信系統迅速向上下游站場發出信號，提前采取相應動作防止水擊發生[2]。上述動作均由以計算機為核心的全線數據采集和監控（SCADA）系統完成。

③泄壓保護。在輸油管道合適的位置設置泄壓保護系統，當發生水擊，超前保護失效時泄壓。泄壓系統一般由三部分組成：泄壓閥、泄壓罐和連接管線。

三種保護方式中增強保護會使管材費用提高，超前保護需高度自動化及控制邏輯，泄壓系統需維護保養，工程分析中要對三種方式進行經濟分析，以確定最優的保護措施。

1.2 實例分析

日照港-京博輸油管道工程采用密閉保溫輸送方式，分別給京博石化、永鑫石化、匯豐石化供油，管徑DN700，設計壓力10MPa，設計輸量1500萬噸/年。在日照港輸油站、海右輸油站、臨朐輸油站設泵站，管道沿線最低壓力不低于0.5MPa。

以冬季輸送重質油品輸送至京博石化作為水擊分析基準，采用SPS（Stoner Pipeline Simulator）進行模擬、分析。以臨朐輸油站失電為例模擬。

1.2.1 不采取任何保護措施

不采取任何保護措施，海右輸油站至臨朐輸油站站間管路超壓，海右輸油站站內壓力超過站場設計壓力10MPa。瞬態模擬結果見圖1。

1.2.2 超前保護

采取超前保護后，管線及各站場內無超壓。瞬態模擬結果見圖2。

1.2.3 泄壓閥泄壓保護

在海右輸油站出站閥閥前設置水擊泄放閥，泄放壓力為9.5MPa。管線及各站場內無超壓。模擬結果見圖3。

2 結束語

水擊壓力波對長輸管道威脅很大，必須要采取措施消除不利影響，通過對輸油管道不同水擊保護方法的分析，本工程采取設置變頻泵、首站、泵站設調壓閥及高低泄放閥、高點后設減壓閥、超前保護等措施來保護整條管道及設備的平穩運行。

參考文獻：

[1]石油和化工工程設計工作手冊（第四冊）輸油管道工程設計[M].北京：中國石油大學出版社，2010.

[2]檀偉，張燕霞，馮樹元，管彧，辛彪.基于GB 50253 的輸油管道水擊泄壓系統[J].現代化工，20115（09）.

[3]王金漢.淺談長輸管道密閉輸送的水擊保護與壓力調節[J].中國石油和化工標準與質量，2012（08）.