范文网 论文资料 成品油长输管道水击压力分析与控制(集锦)

成品油长输管道水击压力分析与控制(集锦)

成品油长输管道水击压力分析与控制成品油长输管道多采用密闭输送工艺, 沿线一般设有若干座分输泵站, 全线为一个统一的水力系统。以西南成品油管道为例, 管道全长2042km, 途径广东、广西、贵州、云南四省区, 沿线共设置22座输油站, 其中泵。

成品油长输管道水击压力分析与控制

成品油长输管道多采用密闭输送工艺, 沿线一般设有若干座分输泵站, 全线为一个统一的水力系统。以西南成品油管道为例, 管道全长2042km, 途径广东、广西、贵州、云南四省区, 沿线共设置22座输油站, 其中泵站15座, 正常输油时运行主输泵机组超过35台。成品油长输管道一旦出现泵站机组失电停运、干线阀门意外关闭等情况时, 将对事故点及上下游站场造成极大的影响。本文主要讨论事故工况引起的水击及控制方案。

1 成品油长输管道水击特点

(1) 输送介质交替变化、运行工况不稳定。 (2) 压力波传播速度快、应急响应时间短。 (3) 波及范围广、应急操作难度大。 (4) 压力波的叠加。

2 水击过程分析

成品油长输管道系统发生扰动后, 扰动点上游侧压力的上升分为两部分:突然停泵或关阀产生的直接水击压力 ΔP1, 管道充装引起的压力上升 ΔP2[1]。

2.1直接水击压力

管内压力波的传播速度取决于液体的可压缩性和管道的弹性, 对于薄壁管道 ( D δ >25) , 压力波传播速度的可通过公式 (1) 计算:

式中C—压力波的传播速度, m/s;

K—液体的弹性系数, Pa;

ρ—液体的密度, kg/m3;

E—管材的弹性模量, Pa;

D—管道内径, mm;

δ —管壁厚度, mm;

C1—管道的约束系数, C1= 1 - μ2 ( μ 为管材的泊松系数, 埋地管道取0.3) 。

以西南成品油管道盘县—曲靖段为例, 管道外径406.4mm, 壁厚7.1mm, 输送介质:柴油, 密度:850kg/m3, 弹性系数K=1.5×109Pa, 管材弹性模量E=206.9×109Pa, 计算得出压力波传播速度为1137m/s。实际生产中, 可通过统计正常工况调整时压力波传递到上下游站场的时间, 反算出不同管道压力波的实际传播速度。

根据儒可夫斯基的水击理论, 由流速瞬间变化产生的水击压力可通过公式 (2) 计算:

式中 ΔP1—直接水击压力值, Pa;

ρ — 液体的密度, kg/m3;

c — 压力波传播速度, m/s;

Δv—流速变化量, Δv=v0-v, m/s;

v0—扰动前的流速, m/s;

v — 扰动后的流速, m/s。

以西南成品油管道盘县—曲靖段为例, 输送介质:柴油, 稳定运行流量535m3/h, 流速约1.23m/s, 当曲靖进站阀全关时, 根据公式 (2) 计算得出直接水击压力为1.19MPa, 如图1 所示, 曲靖进站阀关闭后, 进站压力在15s内由5.36MPa迅速上升至6.64MPa, 实际压力变化值为1.28MPa。

2.2 管道充装压力

由于稳态流动时摩阻损失引起的压力坡降的存在, 在管道水力瞬变过程中, 增压波前锋经过后, 管道容积和管内压力持续增加的过程称为管道充装[2]。根据液体体积压缩系数的定义得出如下公式, 近似计算管道充装引起的压力变化:

式中ΔP2—管道充装引起的压力变化, Pa;

K — 液体的弹性系数, Pa;

ΔV—管道充装的液体体积, m3;

V—管道容积, m3。

以西南成品油管道盘县 — 曲靖段为例, 该段管容为13680m3, 输送介质:柴油, 稳定运行流量:535m3/h, 曲靖进站阀关闭后, 上游盘县站继续向该管段充装柴油约9m3, 利用公式 (3) 计算得出充装引起的压力变化为1.28MPa。

如图1 所示, 曲靖进站阀关闭的15s~145s内, 进站压力由6.64MPa快速上升至7.97MPa, 由于充装作用引起的曲靖进站压力实际变化值为1.33MPa。曲靖进站阀关闭75s后, 上游盘县泵开始停泵操作, 盘县停泵操作70s后减压波传递至曲靖站, 曲靖进站压力开始下降。

3 水击过程控制

通过上述水击过程分析不难发现, 中间站泵机组全部停运或截断阀全关后, 该站进站压力上升分为两个阶段, 第一阶段由直接水击压力引起的进站压力直线上升, 持续时间在20s以内;第二阶段由管道充装作用引起的进站压力快速上升, 持续时间取决于上游泵站停止充装的时间。对于特定 (管道规格一定) 的管道, 当输油工况 (输送介质、运行流量) 不变时, 直接水击压力无法实现有效控制, 应主要考虑通过减轻管道充装作用, 实现扰动点上游管段不超压, 下游管段不出现液柱分离。

水击过程控制主要有水击超前保护、顺序停泵保护、自动泄压保护、人工干预等方式[3]。

4 结语

西南成品油长输管道采用人工操作为主、自动泄压与顺序停泵保护为辅的方式进行水击过程控制, 该种方式能够充分发挥调度人员的灵活性, 能够较好的适应成品油长输管道工况频繁变化带来的不确定性, 基本能够满足水击压力控制要求。

为了准确的预测水击压力并采取切实有效的保护措施, 管道运营企业要注重水力仿真系统的应用, 以SCADA系统为基础, 依托在线仿真系统, 真正实现管道输送过程控制自动化, 即稳态和瞬态过程的最优控制。

摘要:成品油长输管道全线为一个统一的水力系统, 一旦出现泵机组意外停运、干线阀门误关闭等情况, 产生的水击压力对事故点及上下游站场造成极大的影响。以西南成品油管道为例, 定量分析直接水击压力及管道充装压力, 明确人工干预的最大响应时间。结合实际生产中水击压力控制存在的问题, 建议管道运营企业以现有的SCADA系统为基础, 依托水力在线仿真系统, 真正实现管道输送过程控制自动化。

关键词:成品油管道,水击压力,分析,控制

参考文献

[1] 张国权刘凯:成品油管道的水击及其防护措施, 油气储运, 2006, 25 (12) :61~63.

[2] 钟家勇董列武:成品油管道高点泵站机组停运的应急处理措施., 石油库与加油站, 2009, 18 (4) :39~41.

[3] 王永红李晓平宫敬:长输管道在线仿真系统的应用与展望, 油气储运, 2011, 30 (2) :90~93.

上一篇
下一篇
返回顶部