水击计算在优化设计中的应用.pdf

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1、第45卷第2期2017年2月化学工程CHEMICALENGINEERING(CHINA)V01．45No．2Feb．2017水击计算在优化设计中的应用任世明(中国石化工程建设有限公司化工工艺室，北京100010)摘要：介绍了水击理论的发展与现状，使用儒可夫斯基公式(JoukowskiEquation)、阿列维图表(AllieviChart)等计算方法对水击事故进行了分析。通过计算，得出事故的直接原因是错误操作导致的数百吨力的瞬时冲击；同时反推出该阀门安全关闭时间的下限，并对于全装置开关阀进行了水击核算，优化了设计方案

2、，提升了装置整体安全水平。文中定量分析了阀门动作时间、上游管线长度和管道内液体流速等因素对于水击冲击力的影响，为水击的预防提供了支持。关键词：水击；水锤；儒可夫斯基；阿列维中图分类号：TQ022．5文献标识码：A文章编号：1005-9954(2017)02-0039-06DoI：10．3969／j．issn．1005—9954．2017．02．008AppliedhydraulicsurgecalculationinchemicalengineeringdesignRENShi-ming(ProcessDepartm

3、entofChemicalEngineering，SEI，Beijing100010，China)Abstract：Thehistoryanddevelopmentofhydraulicsurgetheorywereinvestigated．JoukowskiEquationandAllieviChartwereintroducedtocalculatethesurgeforceofacertaincase．Theresultshowsthatthemaincauseoftheincident，aforceofhun

4、dredstonsgeneratedbycriticalmisoperation．Andthecalculationalsoshowstheminimalrequirementforvalveclosuretime．Toeliminatepotentialhazardsofhydraulicsurge，alltheon—offvalvesintheplantwerecheckedandcalculated．Basedonthese，aquantifiedanalysiswasbroughtouttohelpengin

5、eerstomakeaquickestimationofthehydraulicsurgeandtoimprovetheirdesign．Keywords：hydraulicsurge；waterhammer；Joukowski；Allievi国外早在19世纪就已经开始了水击方面的研究工作，1898年，美国工程师Frizell发表了题为“管道中流速变化所产生的压力”的论文。同年，俄国学者儒可夫斯基(Joukowski)通过实验和理论研究，给出了直接水击压强的计算公式。同时，他指出了水击的数值大小与安全阀、阀门关闭速率

6、等因素有关。稍后，意大利工程师阿列维(Allievi)通过理论分析，用数学的方式给出了不稳定流动的基本微分方程。阿列维说明了Allievi常数和阀门关闭特性2个量纲一参数，并引进了水击常数。此后，他研究得出末相水击的计算公式，并绘出了均匀关闭(开启)阀门时水压变化的曲线图，从而奠定了水击计算的理论基础。1979年，加拿大的Chaudhry学者发表论文((AppliedHydraulicTransients>>，书中不仅对水力过渡过程的基本原理进行阐述，同时对水锤的数学模型及工程实用计算方法也进行了详细的探讨。对于水锤

7、的研究，国内开始较晚，科研成果较少。在化工行业工程设计中，水击计算的研究应用仍然局限于长距离输送的工况，难以应对由于控制精细化带来的水击风险⋯。1水击事故及计算1．1事故概况2015年2月，某装置在开车前水运过程中，对收稿日期：2016-04-08作者简介：任世明(1984一)，男，硕士，工程师，研究方向为EO／EG工艺设计，电话：(010)84875194，E—mail：renshiming@sei．tom．cn。·40·化学工程2017年第45卷第2期吸收水系统进行充液。在充液过程中一根DN600的管线发生严重错

8、位，导致部分管线和阀门损坏。业主认为责任在于工程设计过程中对于冲击考虑不足，强烈要求增加支撑和加固；同时担心装置内其他类似管线也会出现问题。根据现场人员描述和DCS记录，在事故发生前，蝶阀HV—1715关闭，上游管线充满水，压力为1．99MPa(A)，下游管线液体被排放干净，压力为常压。事故发生时，该阀门有一个短暂的开一关动作：8S内开启44％