2水力模拟计算.doc

甬沪宁管网水击模拟 李铁钉 祝扬 崔斌 （管道储运公司华东管道设计研究院 江苏省徐州市） [摘要] 文中根据甬沪宁输油管线的实际情况和特点，使用仿真软件（SPS）对甬沪宁管线进行了停电水击模拟、下载端无泄压阀时误关阀模拟、下载端增加泄压阀时误关阀模拟，对软件模拟结果进行了分析和探讨，提出甬沪宁枢纽站场低压端的水击保护技术方案。 [关键词] 甬沪宁管网 水击 水力模拟 长距离原油管道在密闭输送过程中，出现非正常停泵、误关阀门等均会引起水击想象发生，水击波沿管道传播，极易导致管道局部超压而造成管道破裂、设备损坏等事故。鉴于甬沪宁管线落差大、管道水力工况复杂等特点，分析水击现象的产生并加以防范是十分必要的。 1、概述 甬沪宁进口原油管网南起宁波大榭岛、岙山和册子岛原油码头，分别通过两条输油管道向北汇聚在岚山输油站，再经两条输油管道越过杭州湾后到达白沙湾输油站，后经两条输油管道分别向上海地区的金山石化和高桥石化、南京地区的金陵石化和扬子石化输送原油。管道全长833公里，先后建有甬沪宁进口原油管道、岙山-镇海进口原油管道、镇海-白沙湾进口原油管道复线、“岙山—册子岛”海底管道（φ610）、“册子岛—岚山”海底管道（φ762）和“岚山—白沙湾”杭州湾海底管道（φ711和φ762各一条），虽然设计安全系数取值较高，壁厚较大，但海底管道地理环境苛刻，存在海水冲刷悬空、流体振动引起的材料疲劳、内外表面腐蚀、机械损伤等巨大风险，随着时间推移，水击产生的压力波动很可能冲破管壁脆弱点引起管线破裂。发生泄漏的具体地点往往具有不确定性，无法保证第一时间探知，维护抢险难度大。 2水力模拟计算 2.1水击模型 1、参数设定 模拟软件在进行工况模拟之前，需要对运算过程中的各类参数进行设定，其中油品参数设定包括：所模拟油品的粘温关系、油品弹性容积模量、相对密度等数值；管线参数设定包括：管线内径、壁厚、内壁粗糙度、埋深处自然地温、总传热系数、管材弹性模量、管材泊松比以及管线里程、高程的设置[1]。 2、管道调控设备 根据甬沪宁线路上的主要设备和阀件情况，在水击工况模拟分析中，主要模拟了以下设备和仪表： (1)输油主泵（配恒速电机）； (2)首站、中间泵站及末站的调节阀； (3)中间泵站进站低压开关； (4)各泵站高压开关； (5)中间泵站水击泄压阀； 3、最大输量的水击模拟工况 产生水击的可能工况有：首站突然意外停电、首站事故停运、首站出站阀门意外关闭、首站出站调节阀意外关闭、中间泵站突然意外停电、中间泵站事故停运、中间泵站进出站阀门意外关闭、中间泵站出站调节阀意外关闭、末站进站阀意外关闭、末站阀意外关闭、线路自控截断阀意外关闭、线路破裂、清管器突然卡死。 4、模拟条件 (1)稳态进站压力：0.35Mpa； (2)阀门误操作时关闭行程时间：1分钟； (3)末站低压端泄压设定值：1.0Mpa。 模拟计算工况说明： (1)各中间泵站、首站突然意外停电。 (2)各中间泵站下载端误关阀。 2.2 停电水击模拟计算结果分析 根据水击模型进行水力模拟得到的压力/流量曲线图如下。 1、设计输量下的水力坡降线： 图2.1 稳态水力模拟曲线 稳态工况下各站进站压力为0.35 Mpa，最大压力和最小压力重合，即压力没有波动。 2、中间泵站停电水击工况 白沙湾输油站停电 图2.2 白沙湾输油站停电压力曲线 白沙湾输油站停电时全线压力出现波动，各站进站端压力瞬间波动最大值分别为：岚山2.4 Mpa，白沙湾4.5 Mpa，石埠桥2.1 Mpa。 模拟计算结果表明，中间泵站停电水击工况中，全线各站进站压力都出现了不同程度的升幅。水击最大的出现在白沙湾停电时的白沙湾站，瞬时水击压力达到4.5MPa，甚至超过了该站进站端设计压力。为了保护进站端设备与管线，必须设置压力泄压阀。 3、大榭岛首站停电水击工况 大榭岛首站停电后，产生的增压波向上游管段传播，但由于输油泵的入口与大罐相联，因此对大榭岛输油泵的入口影响不大；产生的减压波向下游管段传播，减压波将影响下游管段沿线各点的压力及下游站的进站压力。大榭岛输油首站停电后，出站压力下降，在出站压力的反向作用下，单向阀关闭，泵站出现断流，当减压波到达岚山站后不久岚山进站压力下降到出站调节阀的动作压力。由于此时减压波尚未到达白沙湾，所以白沙湾仍保持初始时的输油参数。大榭岛出站压力下降到饱和蒸气压出现超低压。在首站停运的事故工况下，管道全线的压力变化情况见下图。 图2.3 石埠桥停电压力曲线 大榭岛站停电时全线压力出现波动，各站进站端压力瞬间波动最大值分别为：岚山3.0Mpa，白沙湾3.8 Mpa，石埠桥2.7 Mpa。 4、最大进站压力波动对比： 根据上述各种工况得出的全线最大压力、最小压力分布图，归纳得出甬沪宁枢纽站场进