漠大线水击分析及保护措施

大庆油田工程有限公司

漠大线水击分析及保护措施

王泽伟大庆油田工程有限公司

输油管道运行过程中由于误操作或不可预见的突发事件会引发水击现象，易造成管道局部超压、液柱分离、输油泵汽蚀等危害。针对管道水击问题，对中俄原油管道漠河—大庆段工程（漠大线）采用了超前保护系统、泄压保护系统及压力自动保护系统等水击安全保护措施。对泵站非计划停泵、干线阀门突然关闭等事故工况进行了水击模拟，分析了该管道的水击保护过程。模拟分析结果表明，漠大线水击保护系统可以有效防止严重水击工况对干线管道和站内设备造成的危害，保障了管道的安全运行。

漠大线；输油管道；水击；模拟分析；保护措施

引言

输油管道在运行中因误操作或不可预见的突发事件（如停电）会引发水击现象，需要采取相应的水击保护措施，以保护输油管道的安全运行。

漠大线采取超前保护和泄压保护等水击保护措施，使水击波被拦截在站间管线安全区域的同时利用压力泄放阀削弱高压波，防止水击危害，保护管线和站内设备。同时还设置了压力控制系统，利用调节阀和调速泵进行压力调节保护，使进出站压力保持在规定的界限内。另外还设置了压力自动保护系统，当进站或出站压力超过设定值时，实现自动报警和联锁停泵保护。

1水击产生的原因及危害

管道内液体流速的突然变化是水击产生的主要原因，单位时间内流速变化越大，产生的瞬时水击压力越大，对于管道的运行越危险。造成流速变化的主要原因有阀门突然关闭，泵突然停运等[1]。

在输油过程中，如果遇到输油泵站突然停电引起泵机组停运或进出站阀门误操作关闭的工况时，事故泵站会对上游管道传递增压波，使上游管道压力上升，严重时可致管道损坏甚至爆裂。同时，对下游管道传递减压波，使下游管道压力下降，管道产生液柱分离，甚至局部汽化，造成输油泵抽空[2]。因此，在输油管道水力系统的设计中，必须采取有效的水击保护措施，以确保输油管道的安全运行。

2水击保护措施与水击模拟分析

2.1 项目概述

漠大线全长950 k m，设计输量1 500×104t/a，采用常温密闭输送工艺，管径为DN813 mm，设计压力8.0 MPa，局部管段设计压力8.5～10.0 MPa。全线共设置站场5座，其中首站1座、中间泵站1座、中间清管站2座、末站1座。

管道全线水力系统采取压力控制模式，主要对首站出站、中间泵站进出站、末站进站的压力进行控制，同时对全线压力进行监控。漠大线全线水力坡降见图1。

图1 漠大线全线水力坡降

2.2 水击保护措施

漠大线采用的水击保护系统是包括压力控制系统、水击超前保护系统、压力泄放系统为一体的安全保护系统。

2.2.1 压力控制系统

在漠河首站、加格达奇中间泵站的出站设置调节阀，利用出站调节阀控制泵进口压力不低于泵允许的最小吸入压力，出站压力不高于管道的最高操作压力。同时两站还各设1台调速电机驱动的输油泵，利用调速电机控制出站压力。

2.2.2水击超前保护系统

漠大线采用专用通信信道传递水击信号和控制指令。在首站或中间泵站突然停泵或者干线阀门（或站内截断阀）发生意外关闭时，调度控制中心根据通信系统上传的信号，自动下达水击超前保护指令，调节阀调速电机动作，进行保护性调节或顺序停掉相关站的输油泵，向上、下游发出增压波或减压波，以防止管线相对薄弱地段发生超压或高点汽化现象。

2.2.3 压力泄放系统

在漠河首站的出站，加格达奇中间泵站的进、出站以及大庆末站的进站均设有泄压系统。当水击发生的时候，通过水击泄放阀将管道中的部分油品泄放到泄放罐中，以达到保护管道和站内设备安全的目的。

2.3 水击模拟分析

通过SPS模拟仿真软件对首站、中间泵站非正常停泵或干线阀门误关闭的事故工况进行模拟分析。

2.3.1 首站事故停泵分析

首站非计划停电，输油泵停泵，1 min后关闭首站出站阀，同时关闭末站进站阀。2 min后停加格达奇泵站，关闭进站阀。加格达奇调节阀进站压力设定为3.2 MPa，末站背压调节阀设定为3.7 MPa，全线不超压。加格达奇中间泵站、末站进站泄压阀泄放。通过水击保护系统、泄放系统动作，事故后全线压力不超压。首站事故停泵后全线水力坡降如图2所示。

图2 首站事故停泵后全线水力坡降

2.3.2 中间泵站事故停泵分析

中间泵站非计划停电，输油泵停泵，1 min后开启旁通阀，首站调节阀设定为8.6 MPa，变频设定为8.5 MPa，末站进站背压调节设定0.3 MPa。2 min后关闭加格达奇中间泵站进站阀。加格达奇调节阀进站压力设定为3.2 MPa，全线不超压。加格达奇中间泵站进站泄压阀泄放。通过水击保护系统、泄放系统动作，事故后全线压力不超压。中间泵站事故停泵后全线水力坡降见图3。

图3 中间泵站事故停泵后全线水力坡降

2.3.3 干线阀门事故关闭分析

假设1#监控阀室阀门事故关断，阀1开始关闭，0.6 min后停首站，关闭出站阀。1 min后关闭末站进站阀。2 min后停加格达奇泵站，关闭进站阀。加格达奇调节阀进站压力设定为3.2 MPa，末站背压调节阀设定为3.7 MPa，全线不超压。加格达奇中间泵站、末站进站泄压阀泄放。干线阀门事故关闭后全线水力坡降见图4。

图4 干线阀门事故关闭后全线水力坡降

3结论

漠大线设置的压力控制系统、水击超前保护系统和压力泄放系统构成了一个完善的复合保护系统，该系统通过了水击分析和仿真模拟验证。

漠大线投产以来的运行情况表明，采用的水击保护系统能够有效地避免输油过程中由于泵站突然停电或进出站阀门误操作引起的水击危害，保障了管道的安全运行。

[1]黄春芳．油气管道设计与施工[M]．北京：中国石化出版社，2008：157．

[2]长输油气管道工艺设计编委会．长输油气管道工艺设计[M]．北京：石油工业出版社，2012：92-93．

（栏目主持 樊韶华）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.8.041

2015-05-06