基于仿真模拟的水击泄放量研究

基于仿真模拟的水击泄放量研究作者：陈小华徐德腾李旺黄建新秦鹏郑鸿浩

来源：《当代化工》2020年第11期

摘要：介绍了水击保护系统以及泄压系统的开启逻辑，分析了目前泄压系统中影响水击泄放量的主要因素。采用工艺管道水击仿真的方法探讨了不同水击工况对泄放量的影响。以西南某管道泵站为例，创新性地引入超前保护失效的极限工况，计算显示极限工况下当上游泵站持续输送油品时下游站场进站泄压系统持续进行泄放，下游站场进站压力始终在泄压阀开启压力值上下波动，在站场人员关闭泄压阀手动阀门前，泄压罐不足以容纳极限工况下的水击泄放量。

关键词：水击仿真;泄压系统;泄放量

中图分类号：TE978 文献标识码： A 文章编号： 1671-0460（2020）11-2552-04

Research on Surge Release Volume Based on Simulation

CHEN Xiao-hua1， XU De-teng1， LI Wang1， HUANG Jian-xin1， QIN Peng1， ZHENG Hong-hao2

（1. PetroChina Southwest Pipeline Company， Chengdu 610094， China;

2. School of Petroleum Engineering， Southwest Petroleum University， Chengdu 610500，China）

Abstract： The water hammer protection system and the opening logic of the pressure relief system were introduced， and the main factors affecting release volume in the pressure relief system were analyzed. The method of pipeline simulation was used to investigate the influence of different water hammer conditions on the release volume. Taking a pipeline pump station in Southwest of China as an example， under the limit condition of advance protection failure， the simulation calculation was carried out. The results showed that， under the limit condition of water hammer，when the upstream pump station continued to deliver oil and the surge relief valve of downstream station continued to work， the inlet pressure oscillated near the pressure of surge release valve working pressure. Before the staff closed the manual valve， the tank was not enough to accommodate the release volume under the limit condition of water hammer.

Key words： Water hammer simulation; Surge release system; Release volume

20世纪80年代以前，我国设计的长距离输油管道大多通过“旁接油罐”的方式来调节管道流量波动和缓冲压力波动。旁接油罐的容量一般按管道的1～1.5 h输送量确定，当管道发生压力波动时运行人员有足够的时间可进行调整。20世纪80年代以后，国内长输管道大多采用密闭输送管道，密闭输送相较于旁接油罐输送动能损失小、油品蒸發损耗少，但密闭输送全线为一个统一的水力系统，全线各个站场进出站压力互相联系，一旦管道某处出现较大的压力波动全线压力都将受到影响，因此密闭输送管道为了保证管道的平稳运行，设计了水击防护系统来

保证全线的压力安全。水击防护系统中的泄压系统代替了“旁接油罐”输送流程中旁接罐的缓冲作用。当管线因故障出现超压工况时，泄压系统可以通过泄放油品来降低压力，泄放的油品经过泄放管道流向泄压罐，泄压罐的容量决定着站场抵御超压工况能力的大小 [1-4]。

泄压系统在石化行业已经得到了广泛的应用，国内泄压系统的相关研究主要集中于泄压阀的特性以及相关的计算，但对于水击泄放量的计算较少，且针对的水击工况较为安全，都没有考虑泵站持续输送油品的极端工况[5-7]。这种工况计算的水击泄放量过小，当出现极端工况时可能会导致泄放过程中发生“冒罐”事故。为保证站场泄压系统的泄放安全，基于OLGA软件结合实际生产对水击泄放量进行研究，为生产实践中泄压罐的容量选择提供指导。

1 水击保护系统

国内采用密闭输送的长距离输油管道大多都设置了超前保护系统和泄压系统进行水击保护。管道超前保护系统主要采取压力控制模式，采用停泵和保护调节的方法对各泵站进、出站压力和末站进站压力进行控制。当末站或干线阀门误关闭、中间泵站突然停泵等工况下发生水击事故时，远程数据采集与监视系统（SCADA）向全线安全保护PLC发出水击信号，PLC自动向相关站场SCS下达水击保护执行指令，通过保护性调节或顺序停掉相关泵站输油泵等方法向下游发出减压波，防止管线相对薄弱地段超压。通过SCADA控制系统实现自动调节进出站压力、顺序停泵、水击事故判定等保护和调节功能，在监测到水击事故发生时进行超前保护并进行控制，可以有效地保护输油设备和工艺管道，保证管道全线安全运行。

泄压系统作为管道水击防护系统的最后一道防线，主要由泄压阀、泄压罐以及相连接的管道组成。泄压阀作为泄压系统中的核心设备不具有主动开启的功能，只有在管道压力超过泄压阀设定值后才会打开泄放油品。当管道内压力值超过泄压阀设定值，泄压阀开启泄放油品。

1.1 泄压阀

泄压阀根据工作原理可分为氮气式泄压阀和先导式泄压阀。先导式泄压阀由于导阀过滤器易被杂质堵塞，通常应用于成品油管道。氮气式泄压阀相较于先导式泄压阀对油品要求低，常应用于原油管道，具有流通能力大、响应迅速、实用性强等特点，但成本比先导式泄压阀高，同时氮气式泄压阀还可以通过缸盖上的调速阀控制阀门启闭速度，从而达到阀门“快开慢关”的效果，来降低关阀过程中的压力震荡，避免关阀过程中造成二次水击，但氮气瓶压力易受环境影响，造成泄压设定值的变化，易引发微超不泄或偷泄不止[8-10]。

1.2 泄压罐

输油站场中的泄压罐通常为常压拱顶罐。超压泄放过程中，大量油品涌入泄压罐内，同时油品的进入压缩罐内气相空间体积，造成罐内压力上升，为保证泄压罐压力安全和液位安全，每个泄压罐都配备有全天候呼吸阀和高低液位报警器。不同管线的泄压罐容量也不同，但目前