大慶油田工程有限公司

漠大線水擊分析及保護措施

王澤偉大慶油田工程有限公司

輸油管道運行過程中由于誤操作或不可預見的突發(fā)事件會引發(fā)水擊現(xiàn)象，易造成管道局部超壓、液柱分離、輸油泵汽蝕等危害。針對管道水擊問題，對中俄原油管道漠河—大慶段工程（漠大線）采用了超前保護系統(tǒng)、泄壓保護系統(tǒng)及壓力自動保護系統(tǒng)等水擊安全保護措施。對泵站非計劃停泵、干線閥門突然關閉等事故工況進行了水擊模擬，分析了該管道的水擊保護過程。模擬分析結果表明，漠大線水擊保護系統(tǒng)可以有效防止嚴重水擊工況對干線管道和站內設備造成的危害，保障了管道的安全運行。

漠大線；輸油管道；水擊；模擬分析；保護措施

引言

輸油管道在運行中因誤操作或不可預見的突發(fā)事件（如停電）會引發(fā)水擊現(xiàn)象，需要采取相應的水擊保護措施，以保護輸油管道的安全運行。

漠大線采取超前保護和泄壓保護等水擊保護措施，使水擊波被攔截在站間管線安全區(qū)域的同時利用壓力泄放閥削弱高壓波，防止水擊危害，保護管線和站內設備。同時還設置了壓力控制系統(tǒng)，利用調節(jié)閥和調速泵進行壓力調節(jié)保護，使進出站壓力保持在規(guī)定的界限內。另外還設置了壓力自動保護系統(tǒng)，當進站或出站壓力超過設定值時，實現(xiàn)自動報警和聯(lián)鎖停泵保護。

1水擊產生的原因及危害

管道內液體流速的突然變化是水擊產生的主要原因，單位時間內流速變化越大，產生的瞬時水擊壓力越大，對于管道的運行越危險。造成流速變化的主要原因有閥門突然關閉，泵突然停運等[1]。

在輸油過程中，如果遇到輸油泵站突然停電引起泵機組停運或進出站閥門誤操作關閉的工況時，事故泵站會對上游管道傳遞增壓波，使上游管道壓力上升，嚴重時可致管道損壞甚至爆裂。同時，對下游管道傳遞減壓波，使下游管道壓力下降，管道產生液柱分離，甚至局部汽化，造成輸油泵抽空[2]。因此，在輸油管道水力系統(tǒng)的設計中，必須采取有效的水擊保護措施，以確保輸油管道的安全運行。

2水擊保護措施與水擊模擬分析

2.1 項目概述

漠大線全長950 k m，設計輸量1 500×104t/a，采用常溫密閉輸送工藝，管徑為DN813 mm，設計壓力8.0 MPa，局部管段設計壓力8.5～10.0 MPa。全線共設置站場5座，其中首站1座、中間泵站1座、中間清管站2座、末站1座。

管道全線水力系統(tǒng)采取壓力控制模式，主要對首站出站、中間泵站進出站、末站進站的壓力進行控制，同時對全線壓力進行監(jiān)控。漠大線全線水力坡降見圖1。

圖1 漠大線全線水力坡降

2.2 水擊保護措施

漠大線采用的水擊保護系統(tǒng)是包括壓力控制系統(tǒng)、水擊超前保護系統(tǒng)、壓力泄放系統(tǒng)為一體的安全保護系統(tǒng)。

2.2.1 壓力控制系統(tǒng)

在漠河首站、加格達奇中間泵站的出站設置調節(jié)閥，利用出站調節(jié)閥控制泵進口壓力不低于泵允許的最小吸入壓力，出站壓力不高于管道的最高操作壓力。同時兩站還各設1臺調速電機驅動的輸油泵，利用調速電機控制出站壓力。

2.2.2水擊超前保護系統(tǒng)

漠大線采用專用通信信道傳遞水擊信號和控制指令。在首站或中間泵站突然停泵或者干線閥門（或站內截斷閥）發(fā)生意外關閉時，調度控制中心根據通信系統(tǒng)上傳的信號，自動下達水擊超前保護指令，調節(jié)閥調速電機動作，進行保護性調節(jié)或順序停掉相關站的輸油泵，向上、下游發(fā)出增壓波或減壓波，以防止管線相對薄弱地段發(fā)生超壓或高點汽化現(xiàn)象。

2.2.3 壓力泄放系統(tǒng)

在漠河首站的出站，加格達奇中間泵站的進、出站以及大慶末站的進站均設有泄壓系統(tǒng)。當水擊發(fā)生的時候，通過水擊泄放閥將管道中的部分油品泄放到泄放罐中，以達到保護管道和站內設備安全的目的。

2.3 水擊模擬分析

通過SPS模擬仿真軟件對首站、中間泵站非正常停泵或干線閥門誤關閉的事故工況進行模擬分析。

2.3.1 首站事故停泵分析

首站非計劃停電，輸油泵停泵，1 min后關閉首站出站閥，同時關閉末站進站閥。2 min后停加格達奇泵站，關閉進站閥。加格達奇調節(jié)閥進站壓力設定為3.2 MPa，末站背壓調節(jié)閥設定為3.7 MPa，全線不超壓。加格達奇中間泵站、末站進站泄壓閥泄放。通過水擊保護系統(tǒng)、泄放系統(tǒng)動作，事故后全線壓力不超壓。首站事故停泵后全線水力坡降如圖2所示。

圖2 首站事故停泵后全線水力坡降

2.3.2 中間泵站事故停泵分析

中間泵站非計劃停電，輸油泵停泵，1 min后開啟旁通閥，首站調節(jié)閥設定為8.6 MPa，變頻設定為8.5 MPa，末站進站背壓調節(jié)設定0.3 MPa。2 min后關閉加格達奇中間泵站進站閥。加格達奇調節(jié)閥進站壓力設定為3.2 MPa，全線不超壓。加格達奇中間泵站進站泄壓閥泄放。通過水擊保護系統(tǒng)、泄放系統(tǒng)動作，事故后全線壓力不超壓。中間泵站事故停泵后全線水力坡降見圖3。

圖3 中間泵站事故停泵后全線水力坡降

2.3.3 干線閥門事故關閉分析

假設1#監(jiān)控閥室閥門事故關斷，閥1開始關閉，0.6 min后停首站，關閉出站閥。1 min后關閉末站進站閥。2 min后停加格達奇泵站，關閉進站閥。加格達奇調節(jié)閥進站壓力設定為3.2 MPa，末站背壓調節(jié)閥設定為3.7 MPa，全線不超壓。加格達奇中間泵站、末站進站泄壓閥泄放。干線閥門事故關閉后全線水力坡降見圖4。

圖4 干線閥門事故關閉后全線水力坡降

3結論

漠大線設置的壓力控制系統(tǒng)、水擊超前保護系統(tǒng)和壓力泄放系統(tǒng)構成了一個完善的復合保護系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過了水擊分析和仿真模擬驗證。

漠大線投產以來的運行情況表明，采用的水擊保護系統(tǒng)能夠有效地避免輸油過程中由于泵站突然停電或進出站閥門誤操作引起的水擊危害，保障了管道的安全運行。

[1]黃春芳．油氣管道設計與施工[M]．北京：中國石化出版社，2008：157．

[2]長輸油氣管道工藝設計編委會．長輸油氣管道工藝設計[M]．北京：石油工業(yè)出版社，2012：92-93．

（欄目主持 樊韶華）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.8.041

2015-05-06