管线中水击现象的成因及设计预防措施

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1、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、

2、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

3、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

4、重的不稳定状态，导致“破坏性水击”。1．3水击的理论计算16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

5、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

6、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

7、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”。1．3水击的理论计算161．3．1一般性水击计算当发生水击现象时，根据流体力学原理，压力管道中任一点的流速和压力不仅与该点的位置有关，而且与时间有关，这一不稳定状态将持续过渡到下一个稳定状态。当发生水击压力升高时，管道的管壁产生了弹性膨胀，介质受到压缩，介质的密度也会有所增加；当发生水击压力降低时，管道的管壁产生了弹性收缩，介质受到的压力减小，介质的密度也会有所减小。这是研究水击现象的理论基础。如图1.1所示，设在水平管内取出一段流