原油管道水擊分析與防護(hù)

楊斌

摘 要：本文分析了造成原油管道水擊的原因，某原油管道輸送工程進(jìn)行了分析并描述了水擊造成的破壞，重點(diǎn)進(jìn)行了原油管道水擊防護(hù)應(yīng)采取的措施，希望能夠有效保障原油管道的持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行做出積極貢獻(xiàn)。

關(guān)鍵詞：原油管道;水擊;分析與防護(hù)

1 工程概述

某原油管道工程全線長188km，共有四個(gè)加油站，目前均在擴(kuò)建，為方便管理，命名為PS1（第一個(gè)站點(diǎn)）、PS2（中間站點(diǎn)1）、PS3（中間站點(diǎn)2）和PS4（最后一個(gè)站點(diǎn)）。輸油管道泵站各單元的并聯(lián)泵，泵出離心泵。

2 水擊分析

2.1 水擊的定義

當(dāng)原油管道中每個(gè)點(diǎn)在液體流速和壓力的橫截面上保持恒定的油流不隨時(shí)間變化時(shí)，稱為穩(wěn)定流，否則稱為非穩(wěn)定流。在實(shí)際的原油管道運(yùn)行過程中，流量和低壓點(diǎn)不會(huì)隨時(shí)間變化，如果該變化通常很小，則可以認(rèn)為是基本穩(wěn)定的狀態(tài)。如果油的靜止?fàn)顟B(tài)被破壞，就會(huì)產(chǎn)生壓力，流量和壓力會(huì)發(fā)生很大變化，這稱為水擊。

2.2 水擊的主要原因

2.2.1 計(jì)劃調(diào)整管道吞吐量

線路傳輸能力為380m3/h，并逐漸增加至500m3/h，如果突然失去提升泵移位的量，突然增加電力線，將開始增加主泵的輸出PS1波，并交付PS2，機(jī)油進(jìn)入PS2主泵，并且PS2主泵出口的增壓軸被增壓并引導(dǎo)至下游。類似地，當(dāng)需要減少管道輸出時(shí)，從PS1主泵的出口會(huì)產(chǎn)生減壓波，并向下游傳輸。

如果更改固定閥的閥開度，則管路中會(huì)有壓力波動(dòng)。截止閥減小PS4的開度，成為閥和下游通道產(chǎn)生的壓力波，閥產(chǎn)生的壓力波以及上游傳動(dòng)裝置。啟動(dòng)和停止中間加油站時(shí)會(huì)產(chǎn)生水擊。泵與泵單元并聯(lián)連接，雙待機(jī)配置為，當(dāng)兩個(gè)泵合而為一時(shí)，備用泵打開和關(guān)閉時(shí)會(huì)發(fā)生泵故障，在切換泵單元時(shí)產(chǎn)生壓力波動(dòng)。

2.2.2 管道的操作程序

第一個(gè)和最后一個(gè)站的油箱被翻轉(zhuǎn)，并且在運(yùn)輸過程中產(chǎn)生水熱。終點(diǎn)站PS1和PS4的第一行帶有更多的油，因此油箱在快速輸油的PS1油處，可倒入另一油中，可能會(huì)發(fā)生水擊現(xiàn)象。同樣，當(dāng)一個(gè)PS2關(guān)閉時(shí)，當(dāng)油箱快滿時(shí)，原油將被切入另一個(gè)儲(chǔ)油箱，這可能導(dǎo)致水擊。PS1和PS2當(dāng)容器在運(yùn)輸過程中在傳送門開關(guān)中打開另一個(gè)油箱的閥的傳送門，一個(gè)儲(chǔ)存箱在關(guān)閉閥傳送門的前面。切換分配器時(shí)，可能會(huì)發(fā)生水擊現(xiàn)象。

2.2.3 管道運(yùn)行事故狀況

抽油機(jī)存在機(jī)械故障，抽油機(jī)保護(hù)系統(tǒng)的作用是抽油機(jī)停車，濫用某些程序，可能導(dǎo)致閥門故障，抽油站中間突然停電，以及管道泄漏和管道破裂以及因此會(huì)產(chǎn)生不穩(wěn)定的流量。

3 水擊的危險(xiǎn)

3.1 水擊會(huì)產(chǎn)生超壓

由于浪涌壓力，超壓破壞了管道的強(qiáng)度。當(dāng)管道遇到水擊時(shí)，水波以1000m/s的速度沿管道傳播。水擊波的增加的壓力疊加在管道的剩余殘余壓力上以形成液體壓力。如果疊加的流體壓力超過管道的最大允許工作壓力，則可能導(dǎo)致強(qiáng)度損壞。加壓水擊沿管道傳播，提供了一個(gè)穩(wěn)定的運(yùn)行壓力，整個(gè)水流接近通道的臨界壓力能力，過壓會(huì)造成管道，從而造成強(qiáng)度破壞。

3.2 水擊會(huì)影響液柱的分離

水沖擊減壓軸將管道中的壓力降低到真空壓力，從而使管道不穩(wěn)定，從而導(dǎo)致變形，或者分離后液柱產(chǎn)生的高壓導(dǎo)致強(qiáng)度受損。在PS2和PS4之間的整條線上的最高點(diǎn)，在水擊的情況下，這是跨越該線的交叉點(diǎn)，在該點(diǎn)可能會(huì)發(fā)生液柱分離。

3.3水擊在中間泵站的泵中引起氣蝕

當(dāng)減壓軸轉(zhuǎn)移到下游泵站時(shí)，下游泵站吸入端的壓力下降，從而影響下游泵站的運(yùn)行。

4 水擊防護(hù)措施

4.1 壓力調(diào)節(jié)器控制

每個(gè)泵站都有三個(gè)壓力調(diào)節(jié)器，每個(gè)壓力調(diào)節(jié)器分別位于入口、主泵出口和原始位置。泵出口壓力調(diào)節(jié)器通過調(diào)節(jié)液力偶合器來調(diào)節(jié)壓力，從而控制泵的速度。輸出壓力調(diào)節(jié)器通過調(diào)節(jié)控制閥的開度來調(diào)節(jié)壓力。泵輸出壓力調(diào)節(jié)器的設(shè)定壓力低于輸出壓力調(diào)節(jié)器的設(shè)定壓力。在正常運(yùn)行條件下，由于泵的輸出壓力低于輸出壓力調(diào)節(jié)器的設(shè)定壓力且輸入壓力高于輸入壓力調(diào)節(jié)器的設(shè)定壓力，因此輸出調(diào)節(jié)器完全打開。如果管道受到嚴(yán)重干擾并且壓力超過調(diào)節(jié)器的設(shè)定值，則系統(tǒng)會(huì)通過減小調(diào)節(jié)器的開度來降低出口壓力。當(dāng)調(diào)節(jié)器的設(shè)定停止值的壓力超過停止壓力時(shí)，壓力調(diào)節(jié)器會(huì)將停止效果正信號(hào)傳輸?shù)降椭颠x擇器，并且如果設(shè)定值的壓力超過出站出口壓力調(diào)節(jié)器。當(dāng)輸出壓力調(diào)節(jié)器發(fā)送響應(yīng)信號(hào)時(shí)，它將被發(fā)送到低值選擇器進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。低選擇器選擇一個(gè)低值來確定控制閥的開度。

4.2 速度控制

當(dāng)泵壓力過高時(shí)，泵出口壓力調(diào)節(jié)器會(huì)向低值選擇器發(fā)送響應(yīng)信號(hào)，從而通過調(diào)節(jié)液力偶合器來降低主泵的速度。如果壓力繼續(xù)上升，則輸出壓力調(diào)節(jié)器會(huì)向低速選擇器發(fā)送一個(gè)響應(yīng)信號(hào)，低速選擇器最終會(huì)通過降低閥門開度來調(diào)節(jié)壓力。泵輸出壓力調(diào)節(jié)器的設(shè)定壓力低于輸出壓力調(diào)節(jié)器的設(shè)定壓力。如果壓力太高，要首先調(diào)整主泵的速度。如果效果不明顯，可通過減小閥門開度來調(diào)節(jié)壓力。這樣避免了將控制閥用于壓力控制并減少了能源浪費(fèi)。

5 結(jié)論

隨著目前我國科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，原油管道水擊的問題將會(huì)有更多的解決方法和思路，針對存在的問題，我們要積極采取有效對策，實(shí)現(xiàn)我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的可持續(xù)發(fā)展，為我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)的良好運(yùn)行做出積極貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]朱瑩，王樹立.原油輸送的現(xiàn)狀與展望[J].管道技術(shù)與設(shè)備，2018（03）.