基于PIPENET的管道系统水击分析
基于PIPENET的管道系统水击分析
（5） 设置调压室。 在较长的管道上设置调压 室， 缩短管道长度， 可以缓和水击。 2 利用 PIPENET 软件进行管道系统水击分析
PIPENET 软 件 的 瞬 态 模 块 ， 可 模 拟 由 于 设 备 启停、 阀门操作等因素造成的管网内流场瞬态变 化， 计算系统压力和流量的波动， 预知水击或汽 锤， 验证系统对动态工况的响应性。 并且， PIPENET 瞬 态 模 块 可 以 为 安 全 阀 、 呼 吸 阀 、 压 力 容器等在动态工况下工作的关键设备进行动态设备 选型， 使设备的型号更准确、 更安全、 更经济。 2.1 油码头装卸管道系统概况
模拟结果显示安全阀 在 NSV 阀 前 时 ， 在 工 况 2、 3、 4、 5 中， 工况 5 的阀门入口压力大于系统 设计压力， 工况 2、 3、 4 均满足压力小于 1.5 MPa 的 要 求 ， 但 是 考 虑 到 工 况 4 安 全 阀 开 度 54%， 阀 门型号较小可以降低工程造价， 所以选择 Cv50 安 全阀安装于 NSV 阀前最优， 系统可以达到减小 水 击， 保持管道系统正常运行的目的。 在此基础上， PIPENET 软件还可以模拟关断阀不同的运动行程， 水击对管道系统的影响。 这样可以要求操作人员严 格执行操作规程， 将水击发生的频率和水击造成的 损失降至最低。
（1） 系统选用了不合理的管径， 部分管道流速 不合理。
管道的水击分析与计算
管道的水击分析与计算学生姓名：某某专业：过程装备与控制工程班级：过控0704指导教师：某某2010年10月10日目录摘要 (3)关键词 (3)Ⅰ水击的产生 (3)Ⅱ水击保护方法 (3)一.增强保护 (3)二.超前保护 (3)三.泄放保护 (3)Ⅲ管道的水击分析 (4)一.水击对输油管道造成的主要危害 (4)二.管道分析的目的 (4)三.管道分析所需要的基本数 (4)四.管道分析取得的成 (4)Ⅳ水击控制及保护设施 (5)一.泄压阀 (5)二.调节阀 (6)Ⅴ水击计算 (7)一.水击波的压力增加 (7)二.水击波的传输速度和水击压强 (7)Ⅵ防止水击的措施 (9)一.增加防止水击设备 (9)二.建立安全操作体系 (10)Ⅶ结语 (10)参考文献 (11)管道的水击分析与计算摘要：输油管道的密闭流程使管道全线成为一个水力系统，管道沿线的某一点流动参数变化会在管内产生瞬变压力脉动。
该压力脉动从扰动点沿管道上下游传播，引起管道的瞬变流动进而引起的压力波动称为水击。
它引起管内压强上升，轻则噪音与振动，重则超过管内原有正常压强的几十倍甚至上百倍，以致超过了管壁材料的允许应力，造成管道和管件的变形甚至破裂。
因此，了解水击现象的发生、发展过程和计算，对削弱水击所产生的危害是十分必要的。
现代大型计算机的广泛应用，对输油管道的水击分析利用专门编制的程序进行，使得在防护方面取得了理想的经济和社会效益。
关键词：水击；水击防护；瞬变流动；防护系统；水击计算Ⅰ水击的产生管道中液体的运动状态突然改变的情况下发生（如阀门的突然关闭或突然开启，水泵的突然启动或停止，水轮机或液压油缸突然变化负载等）。
由于流速突然发生迅速变化，结果由于流体惯性，必然引起管内压强的剧烈波动，即压强的突然上升与突然下降，并在整个管长范围内传播。
压强突变使管壁产生振动，并伴有似锤之声，故将这种现象称为管内水击现象。
现代输油管道的密闭输油流程使管道全线成为一个水力系统，管道沿线某一点的流动参数变化会在管内产生瞬变压力脉动。
输油管道的水击分析
=1013.25(m/s)
此速度为充满汽油的406.4 7.1的管道中，压力波的理论速度。
输油管道的水击分析
若关闭阀门所经历的总时间为Ts，则可将它分成n个时段△t1， △t2 ，…… △tn ， Ts =∑△t1 ，
H0
直接水击 间接水击
△t1时段 p1a(V0V1)
△t2时段
p0 g
输油管道的水击分析
水击波的传播及波速计算
水击是以压力波的形式在有限的管道边界内进行传播和反射的。水击波的传 播分为四个阶段，从伐门突然开启或关闭，使水流流速改变产生水击波，这是水 击的第一个阶段，也是直接波。水击波所到之处，管道内的流速和压强也随之发 生变化。
当水击波传播到水库或水池或者回到伐门处，水击波将产生反射，这种反射 的水击波称为间接波。
管壁收缩
p g p g
p0 g
V=V00
V0 V0=0
B
t 2L t 3L A
aL a
p
a
g
p
流速由0 →V0 ，
g
H0
压强增加，恢复原状， 管壁恢复原状
p0 g
V0
V0 V0 V0 V0=0
B
t 3L t 4L A
aL a
输油管道的水击分析
水击压强的计算（直接水击）
输油管道的水击分析
输油管道的水击分析
输油管道中的水击
水击是指液体流速改变引起的压力瞬变过程。其实 际上是一种能量转换。任何原因引起的流速变化，都将 产生水击，或是增压、或是减压。流速的突然下降所 产生的水击对输油管道特别危险。
“泵到泵”输油管道水击发生示意图
输油管道的水击分析
水击物理概念
当流场中液体质点的运动要素不仅随空间位置而变、而且随时间而 变化时，这种流动称为非恒定流动。
管道运输水击问题研究及预防
管道运输水击问题研究及预防摘要管道运输是一种应用广泛的运输方式，水击破坏的发生严重影响了管道安全、经济的运输。
本文对管道水击现象的产生原因及水击的相关因素进行详细分析。
通过分析实际应用中的水击压力波的传播速度和阀门关闭的临界时间，从设计、施工和运行管理3个方面提出有效的预防措施，降低水击破坏的影响程度，提高管道运输的可靠性。
关键词管道；水击；水击压力；临界时间；预防The Problems of Water Hammer in Pipeline Transport and ItsPreventionFAN Haifeng，BAI Lu，LOU Kai，LIANG Shaoting，WEI RongluZhejiang Ocean University，Zhoushan 316000，Zhejiang Province，ChinaAbstract Pipeline transport is a widely used mode of transportation，the damage of water hammer occurred serious impact on the pipeline security，economic transportation. In this paper，the causes of water hammer in pipeline transport and the related factors of Water hammer on detailed analysis. Through analyzing propagation speed of water hammer pressure wave and shut off the valve of critical time of the actual application，from design，construction，operation and management three aspects put forward effective measures to reduce the influence degree of water hammer，enhancing the reliability of pipeline transportation.Keywords pipeline; water hammer; water hammer pressure; critical time; prevention管道运输是用管道作为运输工具的一种长距离输送液体和气体物资的输方式，管道运输不仅运输量大、连续、迅速、经济、平稳以及投资少、占地少、费用低、损耗小，并可实现自动控制。
管道的水击分析与计算
管道的水击分析与计算学生姓名：某某专业：过程装备与控制工程班级：过控0704指导教师：某某2010年10月10日目录摘要 (3)关键词 (3)Ⅰ水击的产生 (3)Ⅱ水击保护方法 (3)一.增强保护 (3)二.超前保护 (3)三.泄放保护 (3)Ⅲ管道的水击分析 (4)一.水击对输油管道造成的主要危害 (4)二.管道分析的目的 (4)三.管道分析所需要的基本数 (4)四.管道分析取得的成 (4)Ⅳ水击控制及保护设施 (5)一.泄压阀 (5)二.调节阀 (6)Ⅴ水击计算 (7)一.水击波的压力增加 (7)二.水击波的传输速度和水击压强 (7)Ⅵ防止水击的措施 (9)一.增加防止水击设备 (9)二.建立安全操作体系 (10)Ⅶ结语 (10)参考文献 (11)管道的水击分析与计算摘要：输油管道的密闭流程使管道全线成为一个水力系统，管道沿线的某一点流动参数变化会在管内产生瞬变压力脉动。
该压力脉动从扰动点沿管道上下游传播，引起管道的瞬变流动进而引起的压力波动称为水击。
它引起管内压强上升，轻则噪音与振动，重则超过管内原有正常压强的几十倍甚至上百倍，以致超过了管壁材料的允许应力，造成管道和管件的变形甚至破裂。
因此，了解水击现象的发生、发展过程和计算，对削弱水击所产生的危害是十分必要的。
现代大型计算机的广泛应用，对输油管道的水击分析利用专门编制的程序进行，使得在防护方面取得了理想的经济和社会效益。
关键词：水击；水击防护；瞬变流动；防护系统；水击计算Ⅰ水击的产生管道中液体的运动状态突然改变的情况下发生（如阀门的突然关闭或突然开启，水泵的突然启动或停止，水轮机或液压油缸突然变化负载等）。
由于流速突然发生迅速变化，结果由于流体惯性，必然引起管内压强的剧烈波动，即压强的突然上升与突然下降，并在整个管长范围内传播。
压强突变使管壁产生振动，并伴有似锤之声，故将这种现象称为管内水击现象。
现代输油管道的密闭输油流程使管道全线成为一个水力系统，管道沿线某一点的流动参数变化会在管内产生瞬变压力脉动。
航煤管道水击分析及保护措施
㊀２０２０年㊀第４期Ｐｉｐｅｌｉｎｅ㊀Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ㊀ａｎｄ㊀Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ２０２０㊀Ｎｏ ４㊀收稿日期：２０２０－０２－２０航煤管道水击分析及保护措施朱伟林，王㊀涛（中航油彭州管道运输有限公司，四川成都㊀６１０２００）㊀㊀摘要：为验证中航油成都某航煤管道实施的超前保护㊁泄压保护㊁压力保护等水击保护措施的有效性，利用ＳＰＳ软件对首站事故停泵㊁沿线阀室阀门和末站站场阀门异常关闭的事故工况进行模拟，分析了航煤管道的水击保护逻辑㊂研究结果表明，首站事故停泵㊁阀室阀门或末站站场阀门异常关闭都不会造成管道全线超压，这说明目前的水击保护措施有效保证了航煤管道的安全运行㊂关键词：航煤管道；水击；ＳＰＳ软件；保护措施；安全运行中图分类号：ＴＥ８㊀㊀㊀文献标识码：Ａ㊀㊀㊀文章编号：１００４－９６１４（２０２０）０４－０００９－０４ＷａｔｅｒＨａｍｍｅｒＡｎａｌｙｓｉｓａｎｄＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎＭｅａｓｕｒｅｓｆｏｒＡｖｉａｔｉｏｎＯｉｌＰｉｐｅｌｉｎｅＺＨＵＷｅｉ⁃ｌｉｎ，ＷＡＮＧＴａｏ（ＣＡＮＦＰｅｎｇｚｈｏｕＰｉｐｅｌｉｎｅＴｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎＣｏ．Ｌｔｄ．，Ｃｈｅｎｇｄｕ６１０２００，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏｖｅｒｉｆｙｔｈｅｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓｏｆｗａｔｅｒｈａｍｍｅｒｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｍｅａｓｕｒｅｓｓｕｃｈａｓａｄｖａｎｃｅｄｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ，ｐｒｅｓｓｕｒｅｒｅｌｉｅｆｐｒｏ⁃ｔｅｃｔｉｏｎ，ａｎｄｐｒｅｓｓｕｒｅｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄｏｎａｃｅｒｔａｉｎａｖｉａｔｉｏｎｏｉｌｐｉｐｅｌｉｎｅｉｎＣＡＮＦＣｈｅｎｇｄｕ．ＴｈｅＳＰＳｓｏｆｔｗａｒｅｗａｓｕｓｅｄｔｏｓｉｍｕｌａｔｅｔｈｅａｃｃｉｄｅｎｔｗｏｒｋｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｆｓｔｏｐｐｉｎｇｔｈｅｐｕｍｐａｔｔｈｅｆｉｒｓｔｓｔａｔｉｏｎ，ｔｈｅｖａｌｖｅｃｈａｍｂｅｒｖａｌｖｅａｌｏｎｇｔｈｅｌｉｎｅ，ａｎｄｔｈｅｖａｌｖｅａｔｔｈｅｔｅｒｍｉｎａｌｓｔａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｗａｔｅｒｈａｍｍｅｒｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｌｏｇｉｃｏｆｔｈｅａｖｉａｔｉｏｎｏｉｌｐｉｐｅｌｉｎｅｗａｓａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｈｅｓｔｕｄｙｓｈｏｗｔｈａｔｓｔｏｐｐｉｎｇｔｈｅｐｕｍｐａｔｔｈｅｆｉｒｓｔｓｔａｔｉｏｎａｃｃｉｄｅｎｔ，ｃｌｏｓｉｎｇｔｈｅｖａｌｖｅｉｎｔｈｅｖａｌｖｅｒｏｏｍｏｒｃｌｏｓｉｎｇｔｈｅｖａｌｖｅａｔｔｈｅｌａｓｔｓｔａｔｉｏｎｗｉｌｌｎｏｔｃａｕｓｅｏｖｅｒｐｒｅｓｓｕｒｅｏｎｔｈｅｅｎｔｉｒｅｐｉｐｅｌｉｎｅ，ｗｈｉｃｈｉｎｄｉｃａｔｅｓｔｈａｔｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｗａｔｅｒｈａｍｍｅｒｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｍｅａｓｕｒｅｓｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｅｎｓｕｒｅｔｈｅｓａｆｅｏｐｅｒａｔｉｏｎｏｆｔｈｅａｖｉａｔｉｏｎｏｉｌｐｉｐｅｌｉｎｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ａｖｉａｔｉｏｎｏｉｌｐｉｐｅｌｉｎｅ；ｗａｔｅｒｈａｍｍｅｒ；ＳＰＳｓｏｆｔｗａｒｅ；ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｍｅａｓｕｒｅｓ；ｓａｆｅｏｐｅｒａｔｉｏｎ０㊀引言ＳＰＳ（ＳｔｏｎｅｒＰｉｐｅｌｉｎｅＳｉｍｕｌａｔｏｒ）软件是瞬态流体仿真应用软件，主要用于管道设计及分析㊂西气东输管道二线㊁涩－宁－兰管道复线㊁兰－银管道等多条管道可研的工艺计算采用了ＳＰＳ［１－２］㊂水击是由密闭管道内流体流速的突变引起的，单位时间内流速变化梯度越大，则瞬间产生的水击作用就越明显，进而对管道的伤害也就越大［３］㊂造成流体速度突然变化的原因主要有以下３种：运行中的泵机突然停泵［４－５］；阀室阀门的开启和关闭受到干扰；误操作导致阀门的突然关闭［６］㊂流速突然变化产生的增压波作用在上游管道和阀门上，严重时可致管道损坏甚至爆裂㊂同时产生的减压波使得下游管道压力下降，下游管道可能会出现液柱分离，甚至局部汽化，造成输油泵抽空［７］㊂文献［８］表明流体速度突变引起的压力增值和水击波的传播速度分别见式（１）㊁式（２）：ΔΗ＝αｇ（ｖ０－ｖ）（１）α＝Ｋｇｒ１＋ＫＤＥｔ（２）式中：ΔＨ为压力增值，ｋＮ／ｍ２；α为水击波在管道中的传播速度，ｍ／ｓ；ｇ为重力加速度，ｇ＝９．８ｍ／ｓ２；ｖ０为正常输送工况下的液体流速，ｍ／ｓ；ｖ为工况突然改变后的液体流速，ｍ／ｓ；Ｅ为管材弹性模量，ｋＮ／ｍ２；Ｄ为管道内径，ｍ；ｔ为管壁厚度，ｍ；ｒ为液体密度，ｋｇ／ｍ３；Ｋ为液体体积弹性系数，ｋＮ／ｍ２㊂管道作为航空煤油重要的运输途径，其安全性能尤其重要，在设计航煤管道水力系统时，必须采取有效的水击保护措施㊂中航油成都某航煤管道采取了超前保护和泄压保护等水击保护措施，释放水击产生的压力波，同时利用压力监测保护系统，对进站压力进行实时监测，利用自动报警和联锁停泵保护功能，实现对管线和站内设备的保护㊂㊀㊀㊀㊀㊀１０㊀ＰｉｐｅｌｉｎｅＴｅｃｈｎｉｑｕｅａｎｄＥｑｕｉｐｍｅｎｔＪｕｌ ２０２０㊀１㊀管道概况某航煤管道工程线路长，起点高程７０１ｍ，终点高程４９４ｍ，沿途地形复杂，其中龙泉山段为山区地段，起伏较大，彭州段和双流段为平原地带㊂该航煤输油管线起点站为彭州炼化厂，终点站为双流机场油库，全长约１８９．７３ｋｍ，管径为ＤＮ２５０，设计压力１０ＭＰａ，输送介质为航空煤油，沿线设有６座电动阀室，６座手动阀室，采用常温输送，其中穿越中型河流３处㊁干线水渠２处㊁支渠１处，高速公路㊁省国道穿越２４处㊁铁路（轻轨）７处㊁准水源地保护区１处，图１为航煤管道沿线的阀室高程示意图㊂图１㊀航煤管道沿线阀室高程示意图２㊀水击保护措施航煤管线采用的水击保护系统包括压力控制系统㊁超前保护系统㊁压力泄放系统㊂２．１㊀压力控制系统利用压力传感器控制首站的出站压力调节阀和末站进站压力调节阀开度，使得压力维持在管道设定的压力值附近㊂２．２㊀超前保护系统航煤管线采用专用通信信道传递水击信号和控制指令㊂在首站突然停泵或者干线阀门㊁末站站场阀门发生异常关闭时，调度控制中心根据通信系统上传的信号，通过ＳＣＡＤＡ控制系统自动下达水击超前保护指令，顺序停掉首站的输油泵，关闭进站阀，达到保护管线的目的㊂２．３㊀压力泄放系统在航煤管道首站出站以及末站进站均设有泄压系统㊂当水击发生时，通过水击泄压阀将管道中的部分油品泄放到备用的油罐中，达到保护管道和站内设备安全的目的㊂３㊀水击模拟分析通过ＳＰＳ模拟仿真软件对首站双泵和单泵异常停泵㊁沿线阀室阀门异常关闭㊁末站站场阀门异常关闭等事故工况进行模拟分析㊂３．１㊀首站事故停泵分析当监测到首站２台输油泵事故停泵时，通过水击超前保护系统㊁压力泄放系统动作，至少等待４３０ｓ，末站进站阀关闭，压力稳定在３．４ＭＰａ左右，末站进站阀设定值为３．７ＭＰａ，事故后全线压力不超压，如图２所示㊂图２㊀事故停双泵末站进站阀阀前压力图首站事故停双泵稳定后全线水力坡降见图３㊂图３㊀事故停双泵稳定后全线水力坡降曲线当监测到首站输油泵事故停１台泵时，通过水击保护系统㊁泄放系统动作，至少等待６００ｓ，末站进站阀门关闭，压力稳定在３．５２ＭＰａ左右，末站进站阀设定值为３．７ＭＰａ，事故后全线压力不超压，如图４所示㊂图４㊀事故停单泵末站进站阀阀前压力图３．２㊀管道沿线阀室阀门事故关断分析该航煤管道沿线共６座电动阀室，除事故判断条件不同外，各阀室情况基本一致，故只分析１㊁３号阀室的阀门事故关断情况㊂㊀㊀㊀㊀㊀第４期朱伟林等：航煤管道水击分析及保护措施１１㊀㊀当检测到１号阀室阀门事故关断后，最多等待４５ｓ后按顺序停泵，否则１号阀室阀门超压，见图５㊂图５㊀１号阀室事故水击超前保护室内压力曲线通过水击保护系统㊁泄放系统动作，至少等待４３０ｓ后关闭末站进站阀，压力稳定在３．３ＭＰａ左右，如图６所示㊂图６㊀末站进站阀阀前压力图１如果始终不关闭末站进站阀门，不会产生超压危险，只会造成１１５ｋｍ至１１７ｋｍ处管线局部不满流，１号阀室事故关断气化率曲线如图７所示㊂图７㊀１号阀室事故关断气化率曲线当检测到３号阀室阀门事故关断后，最多等待７０ｓ钟后按顺序停泵，否则３号阀室阀门超压，见图８㊂通过水击保护系统㊁泄放系统动作，至少等待４３０ｓ后关闭末站进站阀，压力稳定在３．２ＭＰａ左右，如图９所示㊂图８㊀３号阀室事故水击超前保护室内压力曲线图９㊀末站进站阀阀前压力图２如果始终不关闭末站进站阀门，不会产生超压危险，只会造成１１５ｋｍ至１１７ｋｍ处管线局部不满流，３号阀室事故关断气化率曲线如图１０所示㊂图１０㊀３号阀室事故关断气化率曲线３号阀室事故关断稳定后水力坡降如图１１所示㊂３．３㊀末站站场阀门事故关断分析当检测到末站站场进站阀事故关断保持２ｓ后，可以立刻停泵并关闭末站ＥＳＤ阀门，如果等待超过７０ｓ才开始关末站ＥＳＤ阀门，则末站泄放系统动作㊂当检测到末站站场压力调节阀事故关断后，可以立刻停泵并关闭末站ＥＳＤ阀门㊂如果等待超过３０ｓ㊀㊀㊀㊀㊀１２㊀ＰｉｐｅｌｉｎｅＴｅｃｈｎｉｑｕｅａｎｄＥｑｕｉｐｍｅｎｔＪｕｌ２０２０㊀图１１㊀３号阀室事故稳定后水力坡降曲线才开始关末站ＥＳＤ阀门，则末站泄放系统动作㊂其稳定后水力坡降如图１２所示㊂图１２㊀压力调节阀事故稳定后水力坡降曲线４㊀结论利用ＳＰＳ软件进行水击仿真模拟分析，验证了航煤管线的水击保护系统的有效性，表明首站异常停泵㊁沿线阀室阀门异常关断㊁末站站场阀门异常关断都会触发航煤管线压力控制系统㊁超前保护系统㊁压力泄放系统的运行，能有效避免水击对管线的危害，保障管道的安全运行㊂参考文献：［１］㊀刘定智，刘定东，李茜．ＴＧＮＥＴ及ＳＰＳ软件在天然气管道稳态计算中的差异分析和比较［Ｊ］．石油规划设计，２０１１，２２（５）：１８－１９．［２］㊀郑云萍，肖杰，孙啸，等．输气管道仿真软件ＳＰＳ的应用与认识［Ｊ］．天然气工业，２０１３，３３（１１）：１０５－１０６．［３］㊀杜艳平．基于ＳＰＳ软件的庆哈输油管道水击分析［Ｊ］．化工管理，２０１９（６）：２１８．［４］㊀王泽伟．漠大线水击分析及保护措施［Ｊ］．油气田地面工程，２０１５，３４（８）：８９－９０．［５］㊀黄春芳．油气管道设计与施工［Ｍ］．北京：中国石化出版社，２００８：１５７．［６］㊀刘波，滕飞．浅谈长输管道密闭输送的水击保护与压力调节［Ｊ］．石化技术，２０１９，２６（６）：５２－５３．［７］㊀长输油气管道工艺设计编委会．长输油气管道工艺设计［Ｍ］．北京：石油工业出版社，２０１２：９２－９３．［８］㊀郑焯，梅玲玲．ＳＰＳ在苏丹六区轻油外输管道工程水击模拟中的应用［Ｊ］．油气田地面工程，２０１４，３３（１１）：６９－７０．作者简介：朱伟林（１９９２ ），硕士研究生，主要从事航煤管道安全运行工作㊂Ｅ⁃ｍａｉｌ：３１１２２７６５７１＠ｑｑ．ｃｏｍ（上接第５页）较好，其误差均在１５％之内，可为实际的多相流动以及水合物工程应用提供参考㊂参考文献：［１］㊀饶永超，王树立，武玉宪，等．天然气水合物强化生成技术与方法研究进展［Ｊ］．油气储运，２０１２，３１（１０）：７２５－７３２．［２］㊀ＳＰＥＤＤＩＮＧＰＬ，ＨＡＮＤＮＰ．Ａｒｅｖｉｓｅｄａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｓｕｒｆａｃｔａｎｔｓｏｎｔｗｏ⁃ｐｈａｓｅｐｈｅｎｏｍｅｎａｉｎｈｏｒｉｚｏｎｔａｌａｉｒ⁃ｗａｔｅｒｐｉｐｅｆｌｏｗ［Ｊ］．ＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓｉｎＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＭｉｎｅｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，１９９７，５（３／４）：２６７－２７９．［３］㊀ＨＡＮＲＡＴＴＹＴＪ，ＨＥＲＳＨＭＡＮＡ．Ｉｎｉｔｉａｔｉｏｎｏｆｒｏｌｌｗａｖｅｓ［Ｊ］．ＡｉｃｈｅＪｏｕｒｎａｌ，１９６１，７（３）：４８８－４９７．［４］㊀ＷＡＮＧＳＬ，ＲＡＯＹＣ，ＷＵＹＸ，ｅｔａｌ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｇａｓ⁃ｌｉｑｕｉｄｔｗｏ⁃ｐｈａｓｅｓｐｉｒａｌｆｌｏｗｉｎｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｐｉｐｅ［Ｊ］．ＣｈｉｎａＰｅｔｒｏｌｅｕｍＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇａｎｄＰｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１２，１４（３）：２４－３２．［５］㊀王树立，饶永超，魏鸣姣，等．水平管内气液两相螺旋流压降规律实验研究［Ｊ］．科学技术与工程，２０１３，１３（３）：６５９－６６３．［６］㊀王树立，饶永超，武玉宪，等．以纽带起旋的气液螺旋流实验研究［Ｊ］．水动力学研究与进展Ａ辑，２０１３，２８（１）：１０５－１１０．［７］㊀李建敏，王树立，饶永超，等．表面活性剂对气液两相螺旋管流流动特性的影响［Ｊ］．水动力学研究与进展Ａ辑，２０１５（１）：１８－２３．［８］㊀戴源，饶永超，王树立，等．可降解性表面活性剂体系下水平管内气液两相螺旋流实验研究［Ｊ］．实验力学，２０１６，３１（１）：１３４－１４０．［９］㊀ＡＧＲＡＷＡＬＫＮ，ＶＡＲＭＡＨＫ，ＬＡＬＳ．ＰｒｅｓｓｕｒｅｄｒｏｐｄｕｒｉｎｇｆｏｒｃｅｄｃｏｎｖｅｃｔｉｏｎｂｏｉｌｉｎｇｏｆＲ－１２ｕｎｄｅｒｓｗｉｒｌｆｌｏｗ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＨｅａｔＴｒａｎｓｆｅｒ，１９８２，１０４（４）：７５８－７６２．［１０］㊀ＱＵＩＢÉＮＪＭ，ＴＨＯＭＥＪＲ．Ｆｌｏｗｐａｔｔｅｒｎｂａｓｅｄｔｗｏ⁃ｐｈａｓｅｆｒｉｃｔｉｏｎａｌｐｒｅｓｓｕｒｅｄｒｏｐｍｏｄｅｌｆｏｒｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｔｕｂｅｓ，ＰａｒｔＩＩ：Ｎｅｗｐｈｅｎｏｍｅｎｏｌｏｇｉｃａｌｍｏｄｅｌ［Ｊ］．ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌｏｆＨｅａｔ＆ＦｌｕｉｄＦｌｏｗ，２００７，２８（５）：１０６０－１０７２．作者简介：陈锋（１９９７ ），研究方向为水合物理论㊂Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｃｆｆ２０２０＠１２６．ｃｏｍ通讯作者：王树立，教授，从事水合物理论及应用研究㊂Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｗｓｌ＠ｃｃｚｕ．ｅｄｕ．ｃｎ。
管线中水击现象的成因及设计预防措施概要
管线中水击现象的成因及设计预防措施随着科学技术的发展，特别是计算机技术的广泛运用，配管设计已逐渐发展成为独立的工程设计专业。
在石油化工企业的新建、扩建、改建工程中，管道的设计与安装，已经成为整个工艺设计工作的重要组成部分。
在配管设计中，通过管道应力的分析计算，可以检查管道在设计条件下是否具有足够的柔性，保证管道的安全运行。
但是，从配管模拟设计过程以及装置现场反馈信息中发现，石油化工装置运行中，尤其在装置的试车阶段，管线的振动问题仍有发生。
致使管线振动的原因很多，水击是其中比较常见的原因之一。
因此，防止管道水击现象的发生是配管设计中不可忽视的重要因素。
本文就水击现象的成因、设计预防措施进行初步的探讨，供配管设计人员参考。
1 水击现象的成因及危害1．1 水击现象的基本概念水击是管道瞬变流动中的一种压力波，它的产生是由于管道中某一截面的流速发生改变，这种改变可能是正常的流量调节，或因事故而使管道堵塞，从而使该处压力产生突然的跃升或下降，并以波的形式，以波速a向整个系统传播，这种现象称为水击。
根据水击发生的程度可以简单地分为一般性水击和破坏性水击。
1．2 水击现象的成因在实际生产中，能够引起管道系统流速变化而导致水击的因素很多，如：（1）阀门的正常开、关或调节，事故的开、关和损坏堵塞；（2）泵的启动和停运；（3）蒸汽管道在暖管过程中出现凝结水。
从理论上讲，石油化工装置在设备切换——阀门关闭时，当阀门的开度逐渐减小时，管道中流体介质的流速也逐渐减小，由于介质的惯性作用，在阀门的上游部分产生压力升高，而在其下游部分产生压力降低；反之，当阀门的开度逐渐增大时，管道中流体介质的流速逐渐增大，在阀门的上游部分产生压力降低，而在其下游部分产生压力升高，产生介质的不稳定流动——“水击”。
同样，由于操作压力和温度的波动等原因造成介质体积的膨胀和收缩，也会导致水击现象的发生。
当此压力、温度波动超过一定范围，或在事故状态、装置开停车状态需要快速关启阀门时，管内的液相介质部分汽化或气相介质部分液化，管内产生局部气、液两相流，从而有可能发生严重的不稳定状态，导致“破坏性水击”。
浅析管道水击及防范措施
浅析管道水击及防范措施摘要：管道在运行时,由于突然停电或停泵,使管道中的流速和动量发生急剧变化,而发生水击或水锤现象, 水击可导致管道系统的强烈震动，对管道系统造成影响或破坏，甚至危及设备和人身的安全。
因此，火力发电厂汽水管道如果管道发生水击，会直接影响了汽水系统的安全运行，对电厂的安全生产构成严重威胁。
热力管道系统是火力发电厂的生命线，如何保证汽水管道的安全稳定运行，对水击现象进行了分析和探讨,提出了预防管道系统水击的方法和措施,防止水击现象发生，对电厂的安全生产和经济运行有着重要意义。
一、常见汽水管道水击现象1、蒸汽管道水击现象及其特征在热力发电厂中水击现象最容易在蒸汽管道中发生，主要集中在主再热蒸汽管道、抽汽管道、汽封管道、高低加疏水管道等，而蒸汽管道产生水击通常是以下几种状态比较普遍：（1）蒸汽管道由冷态备用状态投入运行，因进汽阀门开启过快或过大致使管道暖管不足；或是管道疏水未开启、不畅或疏水管堵塞时，管道比较容易发生水击。
（2）汽轮机或锅炉负荷增加速度过快，或是锅炉汽包发生满水、汽水共腾等事故，使蒸汽带水进入管道。
（3）运行的蒸汽管道停运后相应疏水没有及时开启或开度不足，在相关联的进汽阀门未关闭严密情况下，漏入停运管道内的蒸汽逐渐冷却为水并积聚在管道中，在一定时间后，管道将发生水击。
蒸汽管道在以上状态下发生水击现象时，主要表现的特征是：（1）管道系统会发生振动，管道、支（吊）架及管道穿墙处均有振动，水击越强烈振动也越强烈。
（2）是管道内发出刺耳的声响，但不同情况下的水击时发出的声响各有特点，如投运时暖管或疏水不足的管道多阶段性地发出“咚咚”的声响；而蒸汽带水进入管道则多发出类似空袭警报声的连续啸叫声；停运后的蒸汽管道如前述发生水击时多阶段性的发出如金属敲击般的尖锐声响。
（3）管道系统在蒸汽带水进入管道时，如管道系统有法兰连接情况下，在管道的法兰结合处容易发生冒汽现象，水击严重时，法兰垫被冲坏致使大量漏汽。
输油管道的水击分析
输油管道的水击分析水击是指液体在管道中快速流动时产生的压力冲击现象。
对于输油管道来说，水击是一个非常重要的问题，因为水击会对管道造成巨大的冲击力，导致管道破裂甚至爆炸，造成严重的安全事故。
因此，对输油管道的水击进行分析和控制是非常必要的。
首先，我们来了解一下水击的原理。
当液体在管道中由于其中一种原因突然停止或改变流动方向时，会导致液体产生冲击波，产生高压区和低压区。
高压区的压力将超过管道的承受力，导致管道破裂。
而低压区的压力则会引起液体的回流和大规模振荡，进一步加剧了水击的破坏力。
水击的产生有多种原因，例如阀门关闭过快、泵机组启停突然、管道泄漏堵塞等。
在输油管道系统中，特别是在泵站、阀室等地方，水击的危险性更大。
因此，对于这些关键的控制节点，应当采取合适的措施来防止水击的发生。
为了分析输油管道的水击现象，通常使用一维流动理论。
该理论假设流体是均匀、定常、不可压缩的，可以采用质量守恒方程和动量守恒方程来描述流动的分布和变化。
在考虑水击问题时，还需要引入一个补偿容器来缓冲液体流动的压力冲击。
补偿容器的作用是通过改变管道系统的远端和近端的液体压力来达到缓冲和稳定液体流动的目的。
补偿容器通常设计为一个封闭的容器，容器中充满了空气或惰性气体。
当液体流速改变时，补偿容器可以通过改变内部气体的体积来平衡液体流动产生的压力冲击。
此外，在设计输油管道系统时，还应注意以下几点来控制水击的发生：1.合理选择管道的材质和尺寸，以保证其足够强度和刚度，能够承受流体的压力冲击。
2.采用合适的阀门和泵机组，以控制流速的变化，避免突然开关或启停造成的压力冲击。
3.在关键节点设置减压阀、隔离阀等，可以分散和缓解水击冲击，降低其对管道系统的影响。
4.定期检查和维护管道系统，及时处理泄漏和堵塞问题，避免因此引起的水击现象。
在实际操作中，水击的分析和控制通常需要使用专业软件进行模拟和计算。
这些软件可以根据管道系统的实际参数和操作条件，模拟液体的流动和压力分布，帮助预测和评估水击的风险，并提供相应的管控措施。
PIPENET软件用于海上平台消防水系统的水力分析
Le— ——管件的当量长度/m； Q— ——体积流量/（L /min）；
D— ——管径/mm；
C— ——海澄—威廉系数 （或叫 C 系数）。
14
2012 年 12 月
3 海上平台消防水系统的 PIPENET 水力分析 3.1 项目消防水系统简介
本文结合某一海上无人驻守平台， 利用 PIPENET 软件进行消防水系统的水力计算分析。 该 平台共四层甲板， 拥有井口和简单生产设施。 其消 防水系统为干式环状系统且没有设置消防泵， 平时 管网中无消防水， 在上层甲板处设置有直径 355 mm
消防主环路使用阀门隔断， 消防水只通过一路雨淋
阀进行喷淋。
故障状态 1： 在主环路隔断、 雨淋阀 2 和 4 阻
塞情况下， 模拟计算结果表明消防水流速并不超过
4 m/s。 在这种状态下雨淋阀 1 的支管路流速最大，
流速为 3.99 m/s， 分析结果见表 1、 图 3。
2.29 2.29
0
DEL0UGE VALVE004 14#INLETPIPE 2.290 状 态 雨淋阀 003 0
2 雨淋阀 004 342.2
0.8 MPa， 793.3 m3/h
0 451.0
0 342.2
— 0.703
— 0.735
3.99 m/s， 雨淋阀 002 支路
第 38 卷第 6 期
阎贵文等： PIPENET 软件用于海上平台消防水系统的水力分析
本平台初步设计时缺乏详细的管网三维图， 未 做消防水系统 PIPENET 水力分析， 所以设定的参 数缺少可行性及经济性验证。 针对这种情况， 本文 主要进行消防水系统主管网的全程静态水力分析， 验 证 设 计 数 据 的 可 行 性 。 PIPENET 水 力 分 析 主 要 包括以下内容：
基于PIPENET软件的长距离输水管道水锤防护设计———以SH项目为例
基于PIPENET软件的长距离输水管道水锤防护设计———以SH项目为例发布时间：2021-10-09T03:27:34.654Z 来源：《防护工程》2021年18期作者：路广平刘峰刘伟朱广坤李德权[导读] 长距离输水管道是市政供水网络的主干，其安全性及可靠性决定了城市供水系统的供水保证率。
中国石油天然气管道工程有限公司河北省廊坊市 065000摘要：以实际工程为背景，采用PIPENET软件进行水力模拟计算，提出了一整套水锤防护措施，包括合理设定缓闭阀关阀时间及开度，合理选择复合式进排气阀的参数及设置双向调压塔，达到避免水泵反转，稳定输水管线管内压力的目的，确保输水管线安全、平稳运行。
前言长距离输水管道是市政供水网络的主干，其安全性及可靠性决定了城市供水系统的供水保证率。
在关泵、启泵及开关阀门过程中，由于管内流速的剧烈变化，管内压力急剧变化形成水锤[1]，尤其在中大口径长距离输水管道中，其流量较大，水泵压力较高，水锤现象发生时管内压力可达到管道正常工作压力的几十甚至上百倍[2]，管内压力的急剧增大可能导致管道破裂，当管内形成负压时也可能导致管道的瘪塌。
综上，水锤破坏影响供水保证率的主要因素，因此水锤防护设计对于长距离输水管道的安全稳定运行至关重要。
1、项目概况图1.1 管线里程-高程分布图SH项目输水管道全长36.4km，水源为某大型水库，管道末端为新建处理规模10×104m3/d的水处理厂，管道起端高程477.0m，管道末端高程542.0m，设计流量为3996m3/h，管道口径为DN800，双管敷设，管道全程划分为96段，里程-高程分布图见图1.1，从图中可以看出管道沿程有一定起伏，存在弥合水锤的风险，可能对管道造成严重破坏。
2、软件介绍PIPENET由英国SUNRISE公司开发，是迄今为止应用最为广泛的管网流体分析软件之一，可模拟由于设备启停、阀门操作等因素造成的管网内流场瞬态变化。
Pipenet 1.6 英文版管网模拟分析软件Sunrise 全功能 支持Win 7
PIPENET软件功能
PIPENET TM Standard Module：拥有广泛的工业用途，可解决稳态工况下流体（液体，气体，蒸汽）的水力计算问题，其中包括流体分布和阻力的计算、管道（或风道）和设备（泵、阀门、孔板等等）的选型和优化、异常工况（管道堵、漏和破裂）的模拟等等。
2.8 动态设备选型：
PIPENET瞬态模块可以为安全阀、呼吸阀、压力容器等在动态工况下工作的关键设备进行动态设备选型，使设备的型号更准确、更安全、更经济。
2.9 予调试模拟：
PIPENET瞬态模块可模拟工程中常用的各种控制系统，以及控制系统在整个管网系统中的动态响应，可将大量的予调试工作在设计阶段完成，缩短工程建造的调试周期。
PIPENET瞬态模块有TURBO PUMP模型，不仅可以模拟泵的正常工况，还可以模拟泵启动和停泵倒转的全工况。
2.7 INERTIAL PUMP模型：
由于TURBO PUMP模型需要SUTER CURVE等不易获取的参数信息，PIPENET瞬态模块研发了独有的INERTIAL PUMP模型，可以利用厂家所能提供的参数信息，模拟启泵和停泵的工况。
PIPENET软件通过了二、三十年的不断拓展更新，具备了界面友好简捷、软件功能强大、所需参数便于获得、易学易用等显著的特点。
2.2 示意性模型：
PIPENET模型采用类似工艺流程图的示意性模型，并采用集中参数法。将弯头、三通、闸阀、蝶阀等没有操作动作的管道元件或装置作为管道的阻力参数输入，需要做修改时，只需修改参数，而无需修改模型，大幅提高设计效率。
2.5动态力的计算：
动态力是由水锤（汽锤）现象导致的沿管向游窜的瞬间不平衡力，通常称为水锤力（汽锤力），该力的瞬间动量非常大，足以破坏管道系统或结构。PIPENET可计算动态力并生成时间与力的计算结果，并将结果生成.FRC文档，传递给管道应力分析软件，做结构分析及阻尼器的设计。
给水管道网络中的水质分析与预测模型研究
给水管道网络中的水质分析与预测模型研究一、引言给水是城市生活中必不可少的基础设施，给水管道网络是供给市民生活用水的主要方式之一，保证给水管道网络水质是保障居民健康安全的重要措施。
而水质分析与预测模型可以帮助管网运营人员及时发现与解决水质问题，从而保障供水质量。
二、给水管道网络中的水质分析给水管道网络中的水质分析是通过对水质监测数据的统计、分析和判断，实现监测数据实时预警、预测与及时处理的一种手段。
一般给水管道水质分析主要通过以下几个方面：1. 水质监测：通过嵌入在给水管道网络内的水质监测传感器系统，对管网中的水质指标进行实时监测。
在监测工作指标上，应针对不同的水质问题进行不同的监测，如常见的监测指标有PH值、浊度、余氯等。
2. 数据统计与分析：监测数据的统计与分析是对数据进行处理和分层作用，在数据统计和分析中，可以使用相关的数据处理算法、模型来揭示数据的特征和趋势。
3. 因素分析：水质受到多方面的影响，如环境因素、生产活动、人口数量等。
因素分析可以通过对各种因素进行综合分析，找出影响水质的主要因素，从而对不同的原因进行针对性处理。
4. 敏感性分析：敏感性分析常用于模型参数的调整、对模型的验证以及对不同预测结果的对比等分析工作，敏感性分析主要是通过描述模型的输出对于输入的变化情况而发生的变化，对模型的鲁棒性进行分析。
在给水管道网络中，水质监测常用的方法有高性能液相色谱法、气相色谱法、光谱分析法、质谱法等多种方法，根据不同的水质指标选用不同的方法进行监测。
三、给水管道网络中的水质预测模型研究水质预测是根据历史的水质数据、当前的监测数据以及预测模型中的一些环境因素等，通过模型预测未来一定时期内的水质情况。
在给水管道网络中，水质预测可以帮助水质管理人员提前发现潜在的水质问题并采取相应措施。
在给水管道网络中，水质预测模型可以根据不同的水质指标选用不同的模型进行预测，如平稳时间序列模型、灰色预测模型、时间序列-模糊神经模型等。
海上平台复杂消防水管网的水击力初步模拟计算
海上平台复杂消防水管网的水击力初步模拟计算毛伟志【摘要】根据国内某平台群的消防水管网实际布置情况,建立了复杂消防水管网的PIPENET模型,计算出了复杂消防水管网各弯头处水击力的大小,并对典型弯头处水击力计算结果进行了研究及分析.结果表明海上平台群各平台消防水环网间确实存在相互影响,但发生火灾平台对其它平台主环网的水击力影响不大,工程设计中可以不考虑发生火灾平台对其它平台的影响;平台群复杂管网各弯头水击力在雨淋阀启动后2～4s内达到最大值,随后呈现振荡的趋势,18s以后水击力基本消失.【期刊名称】《工业用水与废水》【年(卷),期】2016(047)002【总页数】4页(P77-80)【关键词】复杂消防水管网;水击力;海上平台;PIPENET软件【作者】毛伟志【作者单位】海洋石油工程股份有限公司,天津300451【正文语种】中文【中图分类】TU998.1在有压管道中，由于某种原因（如阀门启闭，换向阀变换工位，水泵机组突然停车，管道中有气室等），使水流速度发生突然变化，同时引起管道中水流压力急剧上升或下降的现象，称为水击（或水锤）。
压力管道系统的水击现象是一种典型的有压管道非恒定流问题。
水锤引起的压强升高，可达管道正常工作压强的几十倍至数百倍。
另外，还会使管内出现负压。
压强大幅波动，可导致管道系统强烈振动、产生噪声，造成阀门破坏、管件接头破裂、断开，甚至管道炸裂等重大事故［1］。
虽然对于水击力计算的研究已经有100多年的历史，但是对于海上平台消防水管网的水击力计算研究并不是很多。
随着近年来海洋工程的迅猛发展，平台群越来越多地出现，中心平台与井口平台由栈桥连接，井口平台的消防水由中心平台的消防泵提供，因此对于水击力的计算要综合考虑中心平台及井口平台消防水管网的相互影响，这大大增加了水击力计算的难度，并且工况考虑将更加复杂。
本文利用PIPENET软件［2］，对中心平台与井口平台通过栈桥连接的复杂消防水管网的水击力进行了初步的模拟计算及研究，为海上平台群复杂消防水管网水击力计算的进一步研究奠定基础。
PVC等径三通管道的水击特性分析
PV C 塑料管与金属、混凝土 等传统 材料管道 相比, 具有 质 量轻、耐 腐蚀、绝缘性 能好、内壁 不结垢、流动 阻力小、不 生锈、 易加工、不需 涂装、施 工 安装 和维 修 方便 等优 点; 与 金属 管 相 比, 在生产和使 用过程 中具 有能耗 低、绿色 环保的 优点[ 1] 。 因 此在灌溉输水系统中 主要 采用 PV C 管 作为 管材, 采用 三通 管 连接作为主要的连接 方式。但 在输水 过程 中因 水击发 生的 爆 管事件时有发生, 因此研究三通管道的 水击特性 对于防止水 击 的危害具有重要意义。
统产生非恒定流。
( 2) 工况 2。阀门 1 和阀门 2 都处于全开状态, 管道系统 初 始状态为恒定流, 运行 过程 中关 闭阀 门 1, 管 道系 统产 生非 恒
定流。
( 3) 工况 3。阀门 1 和阀门 2 都处于全开状态, 管道系统 初
始状态为恒定流, 运行 过程 中关 闭阀 门 2, 管 道系 统产 生非 恒 定流。
根据三通 管 反射 系 数 公 式, 有 XA 1 = - ( 1/ 3) W 1 , W 1 = W A 2= ( 2/ 3) W 1 , XcA 1 = XcA 2= - ( 2/ 3) ( 2/ 3) W 1 = - ( 4/ 9) W 1 。
此种工况中, 在 B 点处形 成反射 和透射, 支 管起到 泄压 的 作用, 对水击压强有消 弱的 作用, 使得 下游 主管 和上游 水击 压 强都变小; 波动 水体 进 入支 管时 须 克服 支管 内 支管 的惯 性 阻 力, 支管长度越长, 受到水击的影响越小, 但支管 长度的变化 对 上游主管和下游主管的水击压强的大小影响不大。
X1 = r1 W 1 =
f1 a1
-
管道水击问题分析计算及预防
2 0 0 6年 第8期 式中 � � � 设计安全系数 � 0 . 7 2 4� � � � 焊接系数 � " � � � 材料的屈服极 限 � � �
刘
宏� 管道水击问题分析 计算及预防 8 5 起的直接水击可高达 1 可见水击压强是很大的 � 0 0 � 水柱 ,
总第 1 2 4期 2 0 0 6 年第 8 期
西部探矿工程 �E � �-CH I NAE � P L O RA � I O NE N G I N E E R I NG
� � � � � �N � . 1 2 4 A � . 2 0 0 6 �
����������������������������������������������������� 文 章编 号 � 1 0 0 4�5 7 1 6( 2 0 0 6) 0 8�0 0 8 4�0 2 中 图分类 号 � � � 9 9 1 . 3 6 文献 标识 码 � B
1� 事故 � 也可能出 现这 种波 动压 力与 其它 周期 现象 发生 共振 � � � 2 性的传播过程中 � 以阀门 的突然 关闭为 例 � 把 水击的 传 播过程分为 4 个阶段 � 第一阶段增 压波反 向传递 � 这时 全管液 体 处于被压缩状态 � 第二阶段减压波 正向传 递 � 整个管道 的液流 变 到正常压强 � 第三阶段减压波反向传递 � 全管处于瞬时低压 状态 � 当压强低于该温度下的液体的 汽化压 强时 � 会产 生汽化 现象 � 水 柱被拉断 � 待正压波到来时 � 两侧液流因对流而碰撞 � 压力骤然升 高 � 第四阶段增压波正向传递 � 全管恢复到起始正常状态 � 水击 现象将重复上述 4 个阶段 � 而这 4 个阶段是联系在一起的 � 在水击的传播过 程 中 � 管道 各断 面的 流速 和压 缩都 随时 间 周期性地升高或降低 � 所以 � 水击过 程是非 恒定流 � 如 果水击 传 播过程没有能量损失 � 水击波将一直周期性地传播下去 � 但实际 上� 液 体在运动过程中的粘性摩擦 及液体 和管壁 的形变作 用 � 能 量不断损失 � 因而水击压强迅速衰减 � � 水 击压强计算
基于机器学习的泵全流量特性预测及管道水击研究
基于机器学习的泵全流量特性预测及管道水击研究基于机器学习的泵全流量特性预测及管道水击研究引言：随着工业技术的快速发展，泵站在能源、环保、水利等领域起着重要的作用。
泵站能够将液体或气体流动到目标位置，满足工业生产和生活需求。
而在泵站运行过程中，水击现象经常发生，给管道和泵设备造成损害，甚至危及人员和设备的安全。
因此，预测泵全流量特性以及研究管道水击现象变得至关重要。
一、泵全流量特性预测1. 数据收集与预处理泵全流量特性预测需要大量的实验数据作为基础。
通过传感器和监测设备，可以收集到泵站工作过程中的各种关键参数数据，如流量、压力、温度等。
这些数据需要经过预处理，去除异常值和噪声，使其具备较好的数据质量。
2. 特征工程在特征工程阶段，根据已收集到的数据，对数据进行特征提取和选择。
可以利用统计学方法和领域知识，提取与全流量特性相关的特征。
这些特征可以包括泵的类型、转速、叶轮直径、进口与出口管道的直径、介质性质等。
3. 建立机器学习模型在建立机器学习模型之前，需要将数据集划分为训练集和验证集。
常用的机器学习算法包括支持向量机（SVM）、决策树、随机森林等。
通过使用这些算法，并基于训练集的数据进行模型训练，可以建立泵全流量特性预测模型。
4. 模型评估和优化建立模型后，需要对模型进行评估和优化。
可以使用不同的评估指标，如均方根误差（RMSE）、平均相对误差（MAPE）等来评估模型的性能。
如果模型的性能不够理想，可以通过调整模型参数或选择其他算法来进行优化。
二、管道水击研究1. 水击的原理和产生机制管道水击是指在管道中液体流动时产生的向前冲击波。
当液体的流速达到一定临界值时，突然关闭管道出口或阀门，会导致压力瞬间升高，形成冲击波，引起管道振动和爆破。
了解水击的原理和产生机制，有助于预防和减轻水击带来的危害。
2. 数据收集与处理为了研究管道水击，需要收集相关的工程实例数据。
这些数据包括管道的尺寸、液体的属性、工作条件等。
蒸汽管网水击的分析与改造
２ ０ １ ７年 第 ４期
张宝龙 ： 蒸 汽 管 网 水 击 的 分 析 与 改 造
・ ９ ９ ・
会产 生 水击 。
３ ＃罐 ， 避免 气体 气 穴 的产 生 和 溃 灭 现 象 发生 ， 从 而
消 除水 击现 象 。
３ ）在 主 回水 管与伴 热 管 之 间 ， 有 时会 发生 水 击 现象 ， 主 要 是 由于 主 回水 管 与 伴 热 管 间压 力 不 同 造 成 的 。主 回水管 中蒸 汽冷凝 液操 作压力 为 ０ ． ５ ＭＰ ａ ， 而伴 热 管线 中蒸 汽 冷凝 液操 作压 力 为 ０ ． ６ ＭＰ ａ 。理
文献标识码 ： Ａ
文章 编号 ： １ ０ ０ ４ — ７ ０ ５ ０ （ ２ ０ １ ７ ） ０ ４ — ０ ０ ９ ８ — ０ ２
引 言
水击 作 为一 种 管 道 内 瞬变 流 动 的压 力 波 ， 当管 道 内某 一截 面 流 体 的流 速 发 生 改 变 时 就 会 引 起 水 击 。蒸 汽冷 凝水 管 网作 为一种 高 速流 动 的压力 波载 体， 当遇 到 事故 等 异 常 现 象 时可 能 引 起 水 击 。 阳煤 集 团太 原化 工新 材 料 有 限 公 司 作 为 一 家 以煤 、 苯 为 原 料 的化工 企业 ， 蒸 汽作 为热 源 时 ， 蒸 汽凝 结水 管 网 也 会 出现水 击 现象 ， 甚 至部 分 管 道 的 水 锤 现 象 非 常 严 重 。特 别是 当蒸 汽管 网温 度 较 高 时 ， 管 道 内空 泡 的形 成和 溃灭 时 常发 生 ， 这样 伴 随 的水 击 现 象 通 常 不 可 避免 ， 轻 则管 道震 动或 破裂 ， 阀门等 被损 坏而 大
１ 管 网水 击原 因分 析
PIPENET在常规岛主给水系统水锤分析中的应用
PIPENET在常规岛主给水系统水锤分析中的应用摘要：核电站常规岛主给水系统水锤现象主要出现在阀门快速关闭、泵启停工况，水锤现象会导致较强的压力脉动，如处理不善会导致管道的剧烈振动甚至破裂。
为了较真实地模拟水锤现象，应用PIPENET软件对水锤力进行分析计算，得出了水锤力的影响因素，计算结果对主给水系统设计压力取值具有重要影响。
关键词：常规岛，主给水，水锤，PIPENET，设计压力引言按照《核电厂常规岛汽水管道设计技术规范》[1]，高压给水管道设计压力应取给水泵关闭扬程与给水泵进水压力之和，但一般情况下，常规岛主给水系统设计压力取值均高于规范值，主要考虑阀门快速关闭、泵启停工况引起水锤时的压力波动。
为计算水锤力的大小，采用PIPENET水力计算软件计算水锤力。
1 主给水系统产生水锤的原因主给水系统管线上快关阀门主要有给水隔离阀和给水调节阀，其中给水调节阀关闭时间最短，M310和AP1000堆型给水调节阀关闭时间最多为5s，因此，必须对主给水管道进行瞬态计算，以确定水锤力的大小，瞬态计算工况时应考虑给水调节阀快关和给水泵启停两个因素。
2 水锤力计算的理论基础为求解水锤导致的压力升高问题，需要建立基本方程，基本方程与相应的边界条件联立，用解析方法或数值计算方法求解水锤值。
水锤力的求取需要利用动量方程和连续性方程对管系中给水的压力和流速进行计算。
3 应用PIPENET软件建模以某1000MW级核电机组主给水系统为例建立模型，设定方法如下。
3.1 边界条件在进行瞬态分析前，PIPENET程序需要设定初始稳态工况，在发生给水调节阀突然关闭工况时，机组多数情况下是处于额定功率运行工况，因此初始稳态工况按额定功率运行工况进行设定。
额定功率运行时，该接口处工作压力为74.23 bar.a，每条管线流量为538.7kg/s。
除氧器压力按恒压条件设定，压力值取TMCR热平衡中除氧器处压力，设为9.21bar.a。
核岛与常规岛接口按恒压条件设定，压力值取额定功率运行工况压力，设为74.23 bar.a。
海洋管道输送过程中的水击计算分析
海洋管道输送过程中的水击计算分析王立佳，杨宇航，蔡广远，刘飞龙，王东【摘要】[摘要] 研究了管道系统的水击特性并用PIPENET软件对MODEC FPSO海水系统管道关阀时造成的水击现象进行了分析。
结果表明，不同的关阀方案对管道系统造成的冲击程度不同，关阀时间越短，管线的水锤效应越大。
为保证管道系统的生产安全，应结合现场工况给出合理的关阀时间。
【期刊名称】石油和化工设备【年(卷),期】2012(000)006【总页数】3【关键词】[关键词] 水击现象；管道；PIPENET；计算受海洋石油生产系统空间的限制，海上平台或FPSO海水输送管路多为短管系统，在输送过程中，管路阀门开度的瞬时改变，会产生瞬变流动，对管道及相应设备的安全运行产生影响，甚至造成水击事故使管道输送系统受到严重破坏。
MODEC FPSO海水系统主要作为换热器管程的冷却介质，为了控制换热效果，应使海水满管流动，因而需要维持海水管线在一定的操作压力下工作，需要经常调整海水管线出口的控制阀，阀的开度瞬时改变产生一定的水击压力。
海水系统为防腐蚀采用了玻璃钢，玻璃钢属脆性材料，有必要进行水击分析防止管线超压破裂。
1 经典水击数学模型[1]水击现象是一种特殊的非恒定流，现有的水击理论主要是将一维非恒定流的基本微分方程组进行具体化处理后，得到适用于水击问题的基本方程，即水击分析计算的数学模型，并在此基础上发展了各种水击分析计算方法。
1902年，意大利学者阿维列以严密的数学方法，建立了不稳定流动的基本方程，即运动微分方程和连续性微分方程，奠定了水击分析的理论基础。
近似的水击特征线方程如下：特征线方程为：式中：ω-管道流通面积，m2；H-流体压头，m；a-水击波传播速度，m/s；Q-液流流量，m3/s；t-时间，s；x-轴向坐标；f-列宾宗摩阻系数，(s/m2)1.875；g-重力加速度，m/s2；m-流态指数。
为便于计算机求解，将特征线方程化为有限差分形式。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
口
2.09 （ 管 道入口的
— 最大压力 1.41
见图 9
第 37 卷增刊
张 伟等： 基于 PIPENET 的管道系统水击分析
57
从图 4 分析可知， 在工况 1 中， 阀门入口的最 大压力 2.087 MPa， 该峰值超过了系统设计的最高 压力 1.5 MPa。 说明系统有水击发生， 需要安装保 护装置。
该 系 统 的 PIPENET 基 本 模 型 见 图 1， 关 断 阀 前 安 装 安 全 阀 的 PIPENET 模 型 见 图 2， 为 比 较 安 全阀安装位置不同对系统水击的影响， 建立了管道
入口前安装安全阀的 PIPENET 模型， 见图 3。
本系统研究的目标是， 首先确保阀门关闭时系 统的最大压力在设计压力 （允许的压力极限） 以 下； 并且研究消除水击的设计方案、 安全阀的安装 位置， 为其选择最优化的阀门型号。
CUI Hou-xi （Engineering Design Institute of China National Petroleum Offshore Engineering Co., Ltd., Beijing 100028, China）, YANG Zhi-hua, WANG Xiao-yong, et al.
模拟结果显示工况 6 把安全阀安装在管道 入口位置不对， 只能将管道的入口压力控制到 1.41 MPa。 当阀门入口已达到压力峰值时， 安全阀 还没有做出任何反应， 这是因为该管道的长度为 6 km， 在压力波传递到安全阀之前， 阀门入口压力 已经达到峰值。 3 结束语
压力管道系统的水击现象是难以避免的， 水击 的危害性很大， 为此在设计上考虑水击作用的影响 是 很 有 必 要 的 。 PIPENET 软 件 已 经 在 该 油 品 码 头 装卸管道系统项目中成功得到应用， 并已用该软件 对该项目的安全阀动态响应及优化选型做了大量模 拟， 该项目最终选用型号为 Cv50 的安全阀， 并将 安装位置定在操作阀的前面。 参考文献：
（1） 系统选用了不合理的管径， 部分管道流速 不合理。
（2） 系统内压力过高没有采用减压阀。 （3） 直管过长。 （4） 未安装适当的吸收激波的装置。 1.2 水击的危害 在管道输送流体时， 当水击发生轻微时， 会引 起管道及其相关设备的振动， 产生噪音。 严重时， 水击和流体动态力可以发生瞬变压力的同步和叠 加， 造成管道泄漏、 管件接头破损爆裂和断开、 阀 门破坏、 泵机组等设备被打坏以及中断运输， 甚至 可能造成人身伤亡事故。 管道内水击的破坏， 严重 影响了管道的安全性、 可靠性和经济性[3]。 如果由于水击现象的频繁发生， 使得管道和设 备一直处于不稳定状态， 虽然泄压系统可以有效保 护系统处于安全运行状态， 但是压力的频繁变化引 起管道和设备的疲劳程度增加， 同时由于油田生产 中的流体腐蚀性较强， 管道和设备在长时间运行后 就容易引起破损[4]。 1.3 防止水击的措施 通过合理设计管道的各部件， 利用完善的管理 制度和严格执行操作规程， 及时维修排除管道运行 故障， 一般可以将流体系统中的水击的影响控制在 满意的限度。 以下是防止管道水击的一些措施： （1） 降低波速。 对给定的流量变化， 压力变 化与波速的传播成正比， 所以降低波速对于控制瞬
of lightning rod. Then the improvement measures are brought forward and checked by calculation to consummate the lightning protection for that crude oil tank.
[4] 顾洪斌.油田生产系统的水击成因及防护措施[J].胜利油田职工大 学 学 报 ，2009 ，23(4) ：53-54.
— — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — 作 者 简 介 ： 张 伟 （1983-）， 男 ， 助 理 工 程 师 ， 2009 年 毕 业于中国石油大学 （北京） 油气储运专业， 现主要从事海 底管道的工艺设计工作。 收稿日期： 2011-08-10
56
石油工程建设
2011 年 11 月
变总有好处。 如适当加大管径， 限制流速可减小水 击强度。
（2） 安装水击消除器。 当管路中压力升高时 弹簧受到压缩， 于是打开了水的通路， 水被排出而 泄压， 因此降低了水击压力。
（3） 安装溢流阀。 当管道内流体压力超过调定 压力时， 溢流阀阀门打开。
（4） 设置止回阀。 水击危害的大小与阀门关 闭时间的长短有关， 阀门关闭越快， 水击的危害越 大； 关闭缓慢， 危害越小， 要合理增加管路阀门关 闭时间， 缓慢操作， 要绝对禁止突然关闭阀门。
本文以某润滑油码头装卸管道系统为例进行水 击分析。 该系统的主管为长 6 km、 直径 254 mm 的 钢管， 该系统的最 高 设 计 压 力 为 1.5MPa。 油 轮 装 满后关断阀将关闭。 位于栈桥末端有一个紧急切断 阀， 在恶劣天气时油轮在海面上下颠簸幅度较大， 紧急切断阀必须快速关停， 并断开与油轮的连接， 以免造成事故。
模拟结果显示安全阀 在 NSV 阀 前 时 ， 在 工 况 2、 3、 4、 5 中， 工况 5 的阀门入口压力大于系统 设计压力， 工况 2、 3、 4 均满足压力小于 1.5 MPa 的 要 求 ， 但 是 考 虑 到 工 况 4 安 全 阀 开 度 54%， 阀 门型号较小可以降低工程造价， 所以选择 Cv50 安 全阀安装于 NSV 阀前最优， 系统可以达到减小 水 击， 保持管道系统正常运行的目的。 在此基础上， PIPENET 软件还可以模拟关断阀不同的运动行程， 水击对管道系统的影响。 这样可以要求操作人员严 格执行操作规程， 将水击发生的频率和水击造成的 损失降至最低。
0 引言 压力管道中， 由于阀门突然关闭、 泵机组突然
停车等外界原因， 使得流体的流速发生突然变化， 从而引起压强急剧升高和降低的交替变化， 这种水 力现象称为水击， 或水锤[1]。 水击引起的压强升高， 可达管道正常工作压强的几十倍甚至几百倍， 这种 大幅度的压强波动， 往往引起管道强烈振动， 阀门 破坏， 管道接头断开， 甚至管道爆裂等重大事故。 因此， 在压力管道系统设计中， 必须进行水击计 算， 确定可能出现的最大和最小水击压强， 研究防 止和消弱水击作用的措施[2]。 PIPENET 是目前主流 的管网流体计算与分析软件， 广泛服务于石油、 天 然气、 造船、 化工以及电力工业等领域， 用以进行 管网系统计算和优化。 通过 PIPENET 软件高 效 快 捷地研究这一问题具有很大的实际价值。 1 水击现象概述 1.1 水击产生的原因
由于流体不是刚体， 而是弹性体， 因此在很强 的水击压强的作用下产生形变， 即流体的压缩。 而 管道中流体速度又不是同时变化， 而是形成一种水 击波 （或叫弹性波） 进行传递。 引起管道流体速度 突然变化是水击发生的条件， 流体具有惯性和压缩 性是发生水击的内在原因。
因此， 了解水击现象、 预测水击的压力峰值以 及有效地将其降低到最小， 对管道工程尤为关键。 以下为导致系统产生水击的几个因素：
（5） 设置调压室。 在较长的管道上设置调压 室， 缩短管道长度， 可以缓和水击。 2 利用 PIPENET 软件进行管道系统水击分析
PIPENET 软 件 的 瞬 态 模 块 ， 可 模 拟 由 于 设 备 启停、 阀门操作等因素造成的管网内流场瞬态变 化， 计算系统压力和流量的波动， 预知水击或汽 锤， 验证系统对动态工况的响应性。 并且， PIPENET 瞬 态 模 块 可 以 为 安 全 阀 、 呼 吸 阀 、 压 力 容器等在动态工况下工作的关键设备进行动态设备 选型， 使设备的型号更准确、 更安全、 更经济。 2.1 油码头装卸管道系统概况
关 断 阀 （NSV 阀 ） 和 紧 急 切 断 阀 （ERC 阀 ） 的关停都应被作为系统设计的重点问题来考虑。 研 究 NSV 阀的启停主要因为该阀每天都要进行多次 的开关操作， 即使动态工况下产生的最大压力系统 可以承受， 也会因为操作频繁而导致系统连接部分 逐渐松动， 最终致使系统泄漏； 而研究 ERC 阀的 操作主要由于该阀的关闭速度过快， 尽管该阀平时 不会使用， 但其关闭时会导致系统压力骤增， 其压 力峰值远大于 NSV 阀关闭时的压力峰值。 2.2 油码头装卸管道系统水击分析
摘 要： 水击的危害性很大， 为此在设计上考虑水击作用的影响是很有必要的。 文章对管道水击现象 产生的原因、 危害及防止措施进行了介绍， 文章利用主流的管网流体计算与分析软件 PIPENET， 针 对某油品码头装卸管道系统进行水击分析， 研究消除水击的设计方案、 安全阀的安装位置， 并为其选 择最优化的型号。 关键词： PIPENET 软件； 管道； 水击； 安全阀 中图分类号： TE973.1 文献标识码： B 文章编号： 1001－2206 （2011） 增刊－0055－03
Key words: crude oil tank; lightning protection; lightning rod; checking calculation （48） Optimization Design of Low Pressure Flash Drum Based on Reliability and Economy
Abstract: Both reliability and economy should be considered in the pressure vessel design. In this paper, a vessel optimization design model was established, in which the total mass was selected as the objective function and the strength, stiffness, stability and hydraulic test stress as the constraint conditions. According to the nominal diameter series specified in design standards, the variable iterative step length was optimized, and an automatic processing program was developed using C++ Builder. Reduction of 1 100 mm in length and 412.83 kg in total mass was reached compared with the original design.