成品油长输管道水击压力分析与控制.pdf

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1、成品油长输管道水击压力分析与控制邵其其杨昌群(中国石化销售有限公司华南分公司，广东广州510000)摘要：成品油长输管道全线为一个统一的水力系统，一旦出现泵机组意外停运、干线阀门误关闭等情况，产生的水击压力对事故点及上下游站场造成极大的影响。以西南成品油管道为例，定量分析直接水击压力及管道充装压力，明确人工干预的最大响应时间。结合实际生产中水击压力控制存在的问题，建议管道运营企业以现有的scADA系统为基础，依托水力在线仿真系统，真正实现管道输送过程控制自动化。关键词：成品油管道；水击压力；分析；控制成品油长输管道多采用密闭输送工艺，沿线一般设有若干座分输泵站，

2、全线为一个统一的水力系统。以西南成品油管道为例，管道全长2042km，途径广东、广西、贵州、云南四省区，沿线共设置22座输油站，其中泵站15座，正常输油时运行主输泵机组超过35台。成品油长输管道一旦出现泵站机组失电停运、干线阀门意外关闭等情况时，将对事故点及上下游站场造成极大的影响。本文主要讨论事故工况引起的水击及控制方案。1成品油长输管道水击特点(1)输送介质交替变化、运行工况不稳定。(2)压力波传播速度快、应急响应时间短。(3)波及范围广、应急操作难度大。(4)压力波的叠加。2水击过程分析成品油长输管道系统发生扰动后，扰动点上游侧压力的上升分为两部分：突然停

3、泵或关阀产生的直接水击压力△P．，管道充装引起的压力上升△P：⋯。2．1直接水击压力管内压力波的传播速度取决于液体的可压缩性和管道的弹性，对于薄壁管道(D／6>25)，压力波传播速度的可通过公式(1)计算：C=式中C一压力波的传播速度，m，s；K一液体的弹性系数，Pa；p一液体的密度，k∥m3；E一管材的弹性模量，Pa{D一管道内径，mm；6一管壁厚度，mmlc。一管道的约束系数，c．=卜肛2(p为管材的泊松系数，埋地管道取O．3)。以西南成品油管道盘县一曲靖段为例，管道外径406．4mm，壁厚7．1mm，输送介质：柴油，密度：850k∥m3，弹性系数K=1．5

4、×109Pa，管材弹性模量E=206．9×l091)a，计算得出压力波传播速度为1137ITI／s。实际生产中，可通过统计正常工况调整时压力波传递到上下游站场的时间，反算出不同管道压力波的实际传播速度。根据儒可夫斯基的水击理论，由流速瞬间变化产生的水击压力可通过公式(2)计算：△PI=p·c·如(2)式中△P，一直接水击压力值，Pa；p一液体的密度，k∥m3；c一压力波传播速度，—n，s；血～流速变化量，幽=％一口，n1，s；”。一扰动前的流速，IIl／s；”一扰动后的流速，111／s。以西南成品油管道盘县一曲靖段为例，输送介质：柴油，稳定运行流量535m讹，流

5、速约1．23耐s，当曲靖进站阀全关时，根据公式(2)计算得出直接水击压力为1．19MPa，如图1所示，曲靖进站阀关闭后，进站压力在15s内由5．36MPa迅速上升至6．64MPa，实际压力变化值为1．28MPa。图1曲靖进站阀关闭压力变化曲线2．2管道充装压力由于稳态流动时摩阻损失引起的压力坡降的存在，在管道水力瞬变过程中，增压波前锋经过后，管道容积和管内压力持续增加的过程称为管道充装

6、2I。根据液体体积压缩系数的定义得出如下公式，近似计算管道充装引起的压力变化：AP：=K。△Wy(3)式中△P：一管道充装引起的压力变化，Pa，(下转第115页)2016年4月化

7、工彳鲜l113和重新组合。(2)横流混合：混合单元形成的特殊通道使流体撞击并呈随机分布，增加了二、二分流的效果。(3)反向涡流和反流：液体在每一单元的两端产生椭圆形方向相反的涡流，并产生适度的反流，提高了混合效果。当含游离水的原油通过混合器时，混合器即对介质进行数千次的重新排列和组合，从而达到原油和游离水的均匀混合的目的。此外，该装置不需外加动力，没有运动部件，无需维修保养。并且装置中的取样阀设置于管线内，解决了冬季取样阀冻结的问题。3．2井口均匀取样装置的应用效果辽河曙光油田杜813兴隆台块为超稠油区块，50℃时原油粘度高达140000～170000mPa·s

8、。该区块已进入开发中后期，油井产液游离水含量较高，油水分离现象突出，选择该区块油井做对比试验具有代表性。将该均匀取样装置安装于该区块含水和产量较为稳定的油井回油管线上，取8次样品进行含水化验，并与安装前所取的8次样品化验结果进行对比【图2】。从图2可以看出，以传统方式从取样阀取得的样品中含水变化很大，而安装该装置后所取的8次样品含水率则较为接近，也更接近真实含水率。这说明安装该装置后确实取得了良好的效果，管线内的油水融合性的确增强了，混液变得更均匀了。●●一图24结语若使井口取得样品含水率接近真实值，就要使取样处油水均质混溶。该取样装置在无外驱动力作用下实现了油

9、水液流的多次混合，结构简