输油管道水击过程分析
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# f 引起沿线压力 _ 流量等参数变化 e B
管 道 中 的 水 击 压 力 波 按 以 下 规 律 沿 管 道 传 播E h i h l h l n g kl k k l p l pq " h j h j h m ! o
’ # ( ! h i h i r h l l k k q" h j h m gh j 管道产生水击后 E 受水击压力的作用 E 管内液体
万方数据
慕希茂 " 输油管道水击过程分析
Z @ aZ
手动阀门关闭过程中 ! 可视同为顺序关阀 ! 顺序关阀 产生的水击压力可按下式计算 " & ( ) * , . + ’ 以 上 各 式 中" $ 为 管 道 压 力! / 液 柱0 *为 管 道 #$ % 中油的流速 ! 为瞬变 /1 2 0 3为 达西水力摩阻系数 0 & 压力 波 速! /1 2 0 4为 液 体 体 积 弹 性 系 数 ! 5 6 0 7为 液 体 密 度! 8 9 1 /-0 : 为 管 材 弹 性 模 量! 5 6 0 ; 为 管 径! 为管壁厚度 ! /0 < /0 = > 为管道约束系数 ?
> S 衰减率为 G 据资料表明 R ! > ? G Q? " > D T -年大庆 F5 6 至 抚顺输 油管道垂 杨泵 站 由 I 泵到泵J 运 行 方 式! 突
然改 为自动 压力 越 站 时 ! 由垂杨泵站产生的水击波 站间距为 G 管径为 > W ? G G /U V后 传 到 农 安 泵 站 , 8 /! 大致衰减 G 与本次的实测衰减率基 T A L YE . ! L Q! X 本 相 同? 另 据 资 料 表 明 俄 罗 斯 的 奥 姆 期 克Z索 库 尔 输油 管道就 曾发 生 过 一 中 间 站 因 电 源 故 障 ! 突然停 泵! 站 上的 单 向 阀 门 打 不 开 ! 产 生 水 击! 从而导致上
急 停 泵 及 泄 压 等 措 施E 还是造成管线憋压达 ] @ 72 下面就此问题进行具体分析 @
b 理论基础
本 次 关 闭 的 截 断 阀 位 于 首 站 下 游 管 线 上@ 从首 站至 截 断 阀 距 离 ‘ 从 截 断 阀 至 下 游 站 末 F c ‘ ’ d 7E 站( 截 断 阀 瞬 间 关 闭 后E 所产生水击压力 # % ] c $ d 7@ 由于阀门为手动操作 E 关阀过程中会 波向上游传递 @ 产 生顺 水击波 向 上 游 传 播 E 使得首站出站压力不断 上升 @
一层原油产生向下游的流动 ! 使出站压力突然下降 !
波的传 播速 度自 首 站 泵 的 出 口 向 干 线 阀 方 向 传 播 ? 使出站压力迅速回升 ? 继续为管道充装 ! 在干线阀关闭 [ 点 .时 ! 管道内原油 T 2 , \ ] A% T 压力和体积都处于恢复状态 ? 特别注意 ! 在此时刻末 尾! 紧邻干线阀的一层原油由于流动惯性作用 ! 造成 紧靠阀门 前一 层 原 油 停 止 流 动 产 生 水 击 增 压 力 ! 仍 以 >> 的速度向首站方向传递 ? A T /1 2 在干线阀关闭后 [ 增压波面 > G 2 , ^点 .时 ! -% > 传到泵 出口阀 处 ! 全管线内原油又处于高压静止状 态! 此时泵 出 口 压 力 高 于 管 内 压 力 ! 又 失 掉 平 衡! 在 压差作用下 ! 原油又开始向下游流动 ! 使紧邻泵出口
但水击产生后 ! 由于长距离输 力值与管道长度无关 ! 管壁和原 油 管道 的水击 波 传 播 过 程 中 有 摩 擦 阻 力 ! 油油品 变化 所产 生 的 能 量 损 失 等 因 素 ! 故水击压力
在图 >中 ! 水击波 波沿着管道传播的同时逐渐减弱 ? 压力由初始时的 L ? E G -F5 ? B B 6传 到 首 站 后 为 L
图 @ 势涌水击与管道充装
从图 >中发现 ! 输油的稳 定状态 自 > B CA D CA D 时起受到破坏 ! 首站出站压力由 A 逐渐上升 ? D E F5 6 至B 这不仅由于工 作点变更 H 流量 变 小 H 泵 ? E G ! F5 6 给出的泵压升高所致 ! 而且还附有 I 水击压力 J 在图 ? 关闭截断阀门过程中 ! 由于原 油 流 速的 连 续 变 >中 ! 化所引起的初始水击压力值通常可由式 , 计算 ? 当 . 干线截断阀最终关闭 ! 原油流速降为零 ! 整个关阀过 程产生的直接水击压力值为 ) K% 7 = * , B . L 其中 = 为 水 击 波 传 播 速 度! 由 式 可 算 /1 2 0 , B . 出) K% L ? E G F5 6 ? 分 析 图 >首 站 压 力 变 化 过 程 ! 结合所用输油主
文章编号 B # " " # C & F % # ’ ! " " # ( " & C " " ! ! C " F
输油管道水击过程分析
G H I J K L M L N O P Q RSI P R TUI VVR TW T N X R L L M HY M J W M Z R J M H R
慕希茂
中国石油化工管道储运公司 胜利输油公司 E 山东 潍坊 ’ ! % # " ! # (
. 由公式 1 */ $ 8 6 ( :* " ’’( ;* + / % $ .< ! / = > $ + 2 可反算出 + ?
后( 沿线压力不断上升的过程 ( 称为压力充装过程 2 $ 长距离管道水力瞬变过程中直接水击压力沿管 道传播 ( 由于存在剩余流动 ( 直接水击压力波前所到 流速变化量会不断减小 ( 直接水击压力波前峰 之处 ( 值存在明显的衰减 ( 即所谓压力波衰减 ( 直接水击压 力波峰 值衰 减量 取 决 于 沿 线 水 力 波 降 0 压力波传播 距离和直接水击压力大小 $ 水力波降大 ( 压力传播过 程管内 剩 余 流 动 强 ( 压 力 波 衰 减 快H 站 间 距 长( 压力 一般直接水击压力衰减 量可达 6 在 本例 / IJ . / I$ 中( 关阀产生的初始水击压力约为 / 传播 $ 8 6 ( G= > 该压力仅剩不到 / 衰减了 6 C # $ C $ C C ( / I & ’ 后( G= > 多( 压力波衰减为上下游站提供了时间 $
A S 游的管道超压发生破裂的特大事故 R ?
@ 水击过程分析
分 析 图 >不 难 看 出 ! 首站出站压力变化是由于 迅 速关闭干线截 断 阀 时 ! 管道内的原油流速立即下 降! 动能变 为 压 能 ! 于 是! 首先从紧靠截断阀的管壁 处 产生一个初始 水 击 压 力 值 ! 这个压力值以水击波 的 形式向上游传 播 ! 它和管道沿线各点原来的压力 叠加起来 , 见图 A . ?
泵, 和所输送原油密度 O %L ? E G 1 M N 型 E级泵 . 8 9 / 等参 数 ! 可求得 正 常 情 况 下 首 站 提 供 给 管 线 的 最 大
的一层原油压力降低 ! 这种情况又依次 以 >> A T /1 2 的速度向 干线 阀 方 向 传 播 ! 在首站出站压力曲线上 出现第二个低谷 ^点 ? 由以上分析可见 ! 从 \点到 ^点 ! 压力波经过了 一个来回 ? 通过测量图 >中波峰和波谷的运行时间和管道 长度 ! 能 推算出水 击波的 传播 速度 = 为 提高 其准确 ? 传输距离为 B _W L_ > L_ G L_ A W% > G B 2 ! ‘%
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西安石油学院学报 ’ 自然科学版 ( ) * + , . / * 0 1 2 3 . -4 5 6 , * / 5 + 78 9 6 2 6 + 6 5 ’ :. 6 + , . / ; < 2 5 < 5= > 2 6 2 * (
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西安石油学院学报 1 自然科学版 2
因 而 可 算 得 平 均 水 击 波 传 播 速 度 )* ! " # $ % & ’( !! + " ’, $ ! . " #年 东 北 局 在 农 安 泵 站 和 垂 杨 泵 站 间 的 实 通过上面理 论计 算 测压力波传播速度为 !/ + . ’, ( 和实测 ( 得到 #个不同的水击波传播速度 ( 这表明水 击波传播速度 ) 与管材 0 管径 0 所输原油油品等参数 有关系 ( 不同的管道或输送不同油品时 ( 水击波传播 速度是不一样的 $ 根 据 实 测 的 压 力 波 速( 对 于 轻 质 原 油( 由方程 可反算得到原油在 + 1 + 2 / 3 条件下的体积弹性系数 取 5* 6 埋地管道取 ) 4 $ + . ’’( 7* 8 6 6 $ " & 9 , ’#( !
摘要 B 在输油管道中 E 因各种原因会造成水击现象 E 为了预防水击 对管道 以及管 线上 的设备 造成危 害E 以某输油管道由于关闭干线截断阀而造成各站进出站压力发生变化的压力动态趋势图为依据 E 对水击过程中的压力变化进行了定量分析 E 为研究长输油管道中的水击现象提供了依据 E 并提出了 相应措施 E 以防止或减小水击损害 @ 关键词 B 输油管道 [ 水击作用 [ 压力降 中图分类号 B $ ] F @ # \ = 文献标识码 B ^
压力为 B 多余部分即 可认为 是水 击 波 的叠 ? B > ! F5 6 加部分! 故可计 算 出 截 断 阀 前 直 接 水 击 压 力 到 达 首 万方数据 站后减少为 B 直接水击压 ? E G PB ? B > %L ? B BF5 ? 6
度! 取两个来回 ! 即图中的 \ 所需时间 [ Z^ Z;! %E
受压收缩 E 管道受压膨胀 E 产生水击压力波沿管道传 播E 水击压力波速计算公式为 rq
图 b 各站进出站压力动态趋势图
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收稿日期 B ! " " # C " & C ! D 作者简介 B 慕希茂 ’ 男E 河南温县人 E 高级工程师 E 主要从事输油管道损伤研究 @ # $ & $ C ( E
从 图 >中 还 可 以 看 到 ! 首站在 > B CA D CA D前 ! 出站压力一直稳定在 A 管道中的油流速 * ? D E F5 6 ! L
在干线截断阀关闭后 [ %L ? D B /1 2 ! D 2 , \点. >% 时! 顺 序 水 击 压 力 波 全 部 传 到 首 站 泵 出 口 阀 处! 这 时! 全管道内的原油都已依次停止流动 ! 处于被压缩 状态 ? 而 此 时 管 道 内 压 力 高 于 泵 压! 发生不平衡, \ 点. 在出站高压力作用下管道内紧靠泵出口阀处的 ? 与此同时 ! 管中 的 原 油 高 低 压 区 分 界 面 又 将 以 压 力 受压力波的作用 ! 使首站出站 \点压力低于泵压 ! 泵
在 长 输 管 道 中E 由 于 某 种 原 因E 如开关阀门过 快_ 下游站突然停泵 _ 流程切换 _ 油品变化等 E 引起流 速突然变化时 E 都会引起管道内压力的突然变化 E 这 一 现 象称为水击 现 象 @ 由此引起的增大或降低的压 力称为水击压力 @ 水击压力有时会引起超压 _ 液气分 离和泵汽蚀等危害 E 因此必须引起足够的重视 @ 反映 水 击 强度的参数 是 压 强 的 大 小 和 压 强 的 变 化 速 率 @ 在各 种 各样产生 水 击 的 原 因 中 E 对于多泵站的长距 水击强 度 和 造 成 危 险 最 大 的 是 中 间 站 突 然 离 管道 E 停 泵和干线阀突 然 关 闭 @ 图 #为 某 条 输 油 管 道 于 某 日# ‘ a! $ a! $由 于 当 地 老 百 姓 关 闭 了 正 在 正 常 输 油 的管线干线截 断 阀 E 造成上游站压力变化的趋势 图 @这一事故虽被值班调度及时发现并且 采取了紧
波传播经受的剩余流动时间长 ( 压力波衰减幅度大 $
4*
. *! $ % + .< ! / = > ! ! + 5) @? ; A 7 这 种 不 稳 状 不 可 能 长 久 持 续 下 去( 或以达到新
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万方数据
慕希茂 " 输油管道水击过程分析
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