水击现象原因分析及防范措施探讨

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1 概述

水击又名水锤，它常发生在水或蒸汽等有压管道系统中，由于某一管路元件工作状态的改变，使液体流速发生急剧变化，同时引起管内液体压强大幅度波动的现象。它是有压管道非恒定流问题中的一种。管道中任一段面的流速、压强、液体的密度及管道直径，不仅与空间位置而且与时间有关。它可能导致管道系统强烈震动、噪声和空蚀，甚至使管道严重变形或爆裂。

2 水击产生的成因及危害2.1 水击现象的成因

在压力管道中，由于液体流速的急剧改变，从而造成瞬时压力显著、反复、迅速变化的现象，称为水击，也称水锤。产生的原因：当压力管道的阀门突然关闭或开启时，当水泵突然停止或启动时，因瞬时流速发生急剧变化，引起液体动量迅速改变，而使压力显著变化。管道上止回阀失灵，也会发生水击现象。在蒸汽管道中，若暖管不充分，疏水不彻底，导致送出的蒸汽部分凝结成水，体积突然缩小，造成局部真空，周围介质将高速向此处冲击，也会发出巨大的音响和振动。

2.2 水击的危害

水击现象的发生会引起整个管系发生振动，使管道严重损坏；管道法兰连接处泄漏；管道推力和力矩过大，使与其连接的设备承受过大的应力或使其产生变形，影响设备的正常运行。

3 装置凝结水回水运行情况3.1 运行现状

净化装置区的蒸汽消耗主要为生产蒸汽和伴热蒸汽，其中生产蒸汽用于提供溶液再生的热量和再生塔补充蒸汽；伴热蒸汽用于设备管线、仪表的伴热。蒸汽经用热设备产生的凝结水先汇集于凝结水总管，后流入凝结水回水系统（如图1所示）。装置夏季运行时生产蒸汽凝结水回锅炉房，冬季运行时生产蒸汽凝结水和伴热蒸汽凝结水一起回锅炉房。

图1 装置蒸汽、凝结水流程示意图

3.2 水击产生的原因分析

凝结水管道中存部分蒸汽是水击发生的主要原

因，在凝结水回水管线中，其介质主要是蒸汽和水的混合物，由于汽水的存在, 就形成了汽和水的两相流动, 两相流的主要特征，是在蒸汽和水之间存在界面, 界面在不同的情况下具有不同的形状，由于重力作用, 凝结水总是在管道底部流动或者向管道低点移动。装置生产蒸汽在重沸器给溶液加热后，经过流量调节阀控制流量后压力降为0.15~0.30 MPa之间，凝结水水罐的液位在100%，凝结水罐内部分蒸汽与凝结水未有效分离，造成凝结水回水是气相与液相的混合物，在装置运行不平稳时，气液两相在管线流动时产生水击。

（1）管线布局不合理

管线布局不合理和凝结水系统中的蒸汽不能及时排除，是经常产生水击的内在因素。400万t/a装置凝结水从凝结水罐到2号锅炉房的凝结水管线有4处向上抬升的“几”字弯，为此增加了静压；由于在锅炉房停炉后，蒸汽压力下降，相应的凝结水回水压力下降，凝结水罐以及回水管线内的凝结水被沉积，破坏了正常生产时凝结水回水的气液流动平衡；凝结水回水压力 降低，静压力增大，凝结水在回水过程中消耗的动能增加，造成凝结水回水动能无法有效、连续的将凝结水罐和凝结水管线低点处沉积的凝结水推动至凝结水管线界区阀处（此处是凝结水管线的最高点），从而引起凝结水在凝结水罐与凝结水界区阀之间来回震荡，使水击现象的在这一段管线内反复发生；其中水击主要集中在凝结水第一次抬升处即凝结水罐至凝结水界区阀处。

（2）凝结水系统存在缺陷

装置凝结水罐及管线的容积远远大于锅炉房的回水器的容积，在装置凝结水回水不畅的状态下，凝结水主要集中于装置凝结水罐和凝结水罐至凝结水界区阀处，在出现水击现象时，凝结水罐不能过大的进行排水，容易引起回水器液位过低而导致锅炉上水不足再次停炉。

（3）凝结水的生产和利用不平衡

 凝结水系统的流速和压力不稳定, 流体处于非恒定流状态, 是助长弹状流形成的重要原因。凝结水先回至凝结水回水器，再由低压凝结水泵将回水器的凝结水向锅炉上水，由于锅炉房凝结水系统是一个闭式系统，锅炉重新点炉提负荷升压时，锅炉上水存在不连续性，导致凝结水回水在去回水器的过程中存在不连续性，凝结水系统的流速和压力不稳定。凝结水回水器体积小，一旦锅炉需要增加负荷时，存水量严重不足，点炉后锅炉升压慢，蒸发量不足，换热后的凝结水对系统管带的凝结水推动力下降，从而导致装置凝结水不能及时返回2#锅炉房凝结水回水器，造成锅炉低液位保护停炉，在停电后系统恢复困难，较长时间

水击现象原因分析及防范措施探讨

万昌财 孙海军 薛仁雨

长庆油田分公司、第一采气厂 陕西 榆林 718500

摘要：水击是运动流体突然停止流动时产生的。管道内引起水击的原因有阀门关闭、流速不同的流体突然相遇、管内流体流速骤然改变等。防止水击的方法有很多, 包括管道参数和管线的合理布置、阀门开关的控制、操作上的合理优化等。

关键词：管道 水击 控制 预防

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才能达到平稳运行。

4 避免和减轻水击影响的措施

水击在工业生产中，水击是客观存在的，可以根据生产的变化规律以及机理，采取的措施，减免和消除水击。

4.1 设计上可以采取的措施

根据目前生产工艺，为流体设定波向流动方向，降低静压，减轻水击，在凝结水回水管网中，回水总管不易抬升，保证回水畅通，消除管路中有积水现象。总体来说，在工程设计时，要通过合理选择，对管径、管道布局来避免水击的发生。

4.2 延缓阀门的调节时间

延缓阀门的调节时间其实质是管道内介质的惯性作用，回水管线在开关阀门操作时，应当缓慢操作，促使管道内流速缓慢流动，而在阀门开关的过程中，流速几乎不变，阀门开关导致的压力损失很小，这样可以较小或者消除，管道内介质的不稳定流。

4.3 操作上采取的措施

阀门的操作要注意做到缓开慢关，在阀门开度较小时缓慢操作,如果在操作过程中，出现水击情况,应当立即调整阀门开度,改变或消除其水击波的振荡周期,以缓和消除水击。在实际生产过程中,许多的水击都是操作不当导致的，如果操作得当，是完全可以消除或避免的。

保证运行锅炉的正常水位,在生产工艺中，要保证锅炉在实际运行中，水位适合，目的是防止因为低水位导致干锅，导致发生事故，也消除锅炉水位过高，蒸汽带水严重，进入蒸汽管道，疏水不及时，导致蒸汽管道低聚大量的水，造成水击。

水击往往多发生在系统开始运行阶段，这主要是因为停运后管道内的汽水混合物，冷凝后，低聚在管道内,或是热力系统二次投运时，没有做好疏水工作，还有是疏水系统不畅，投运时，冷凝后的水低聚在管道内，导致的水击， 因而运行之前注意排空管道中的

存水, 检查确认疏水系统，并应等锅炉的汽压稳定后再行送汽, 送汽时必须做好蒸汽管道疏水工作。

（3）完善管理制度和严格执行操作规程, 及时维修排除管系运行故障, 强管理维护、保证系统的正常工作

5 建议

5.1 更换大容积的凝结水回水器

在装置出现水击，能够对凝结水管线各点进行排液，排除管线中的冷凝水，而且不影响锅炉房的正常运行，及时有效消除水击现象。

5.2 对凝结水管线进行改造，重新铺设平直管线

现有的凝结水回水管线存在4处向上抬升的“几”字弯，造成凝结水回水需用动力增加，从而导致凝结水回水无法有效、连续的回至2#锅炉房回水器，布置平直管线将尽量避免管线向上抬升，如果弯拐太多，水蒸汽容易凝结成液态的水，在管线内流通不畅而引起水击。

5.3 装置凝结水罐处增加凝结水管道泵

在停电时，锅炉停炉后，装置蒸汽压力与凝结水压力基本一样，凝结水由于减少了推力（动能），在管线内停滞时间较长，锅炉点炉后装置凝结水压力增加缓慢，凝结水管道泵可以给凝结水增加推力（动能），及时有效将凝结水输送回锅炉房。

5.4 在管线高点处增加放空阀

在管线上高点处增加放空阀，可以防止形成不稳定流动，减小因压降而产生的二次蒸汽，凝结水含汽率相对降低，降低了闭式回水器压力，保证了凝结水顺畅回入闭式回水器。减少水击产生的可能性。

6 结论

（1）为保证整个凝结水系统的安全平稳运行，基本保持现行工艺流程，利用现有凝结水回收装置的凝结水泵、调节阀等部件，建议更换大容积的凝结水回水器。

（2）在管线高点处增加放空阀，降低凝结水含汽率，减少水击产生的可能性。

关部门进行协商，争取得到相关部门的支持。此外，加气站的构建应该争取相关构建价格的最大优惠，国家发布的配套构建政策在公平的市场竞争机制下，也应充分规范市场各方利益，有效促进加气站的健康发展。

为了稳定运行，加气站有必要与天然气供应商保持持续稳定的合作关系，以稳定天然气的价格和供应。此外，确保气源多样化也可以有效应对上游限气等特殊状况，有利于加气站的供气稳定，有利于促进加气站的推广。

4.4 加强日常安全巡检，提高员工素质

加气站的工作人员是一线工人，也是安全管控治理的执行人，加气站必须对员工实施专项安全培训，提高安全意识、增强风险辨识能力、提高规范操作和故障排除的能力。加气站还需要每年定期开展风险预警演习，以促使员工根据模拟真实场景增加应急处理

能力和自救互救能力，提高应急管理水平。巡检人员应按时巡检，做好安全记录，发现安全隐患应及时上报，加气站负责人应定期召开安全会议，组织人员排除安全隐患，确保设备正常平稳运行。

5 结论

综上所述，加气站构建的风险及其预防对策应根据天然气的使用特点，加强加气站的管控治理，在发展的基础上，以持续的探索和创新的理念，降低加气站的相关建设风险，以获得良好的经济效益，确保加气站的平稳运行，为社会奉献清洁、安全可靠的绿色能源。

参考文献

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[2]戚赛鹏.谈CNG 加气站建设风险与规避对策[J].化工管理，2014，（8）：51.

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