有效控制油庫水擊現象的相關措施

吳冀蘇

(廣東石油倉儲分公司,廣東廣州 510000)

有效控制油庫水擊現象的相關措施

吳冀蘇

(廣東石油倉儲分公司,廣東廣州 510000)

隨著國際石油市場的風云變幻,與石油資源相關的石油儲運早已得到各國的重視研究,其自動化程度要求越來越高,系統運行要求越來越完善。而油庫發油系統作為石油儲運的一部分,在我國經歷了由集中式發油系統向集散式發油系統改進的歷程,在自動化水平、技術、功能和規模等方面都得到了很大提高。而水擊現象——作為油庫發油系統中始終不可避免的重要難題之一,也在逐步獲取更合理的控制措施。在油庫發油系統中,通常會發生水擊現象, 一旦發生水擊現象,將造成嚴重危害。本文即在簡單介紹水擊現象的基礎上,主要探討為了控制水擊發生所采取的優化關、安裝泄壓設備以及水擊波攔截等相關措施。

油庫發油 水擊現象 控制措施

1　水擊的危害

可見，水擊對油庫發油系統的影響不容忽視，需要采取一定措施，將水擊控制在可承受的限度之內。

2　水擊的控制

經過多年摸索和實踐，總結了一些控制水擊的相關措施。歸納如下:

2.1采取優化的關閥方案

目前，油庫發油系統的主控閥門有很多種，如球閥門、旋塞閥門、電磁閥門、電動閥門、電液閥門等。每種閥門各有其優缺點及最優適用條件，應謹慎選取。同時，主控閥門的關閥時間、調節規律、摩阻損失、機組特性、水擊波速等因素均會對水擊有影響。從理論上來講，延長閥門的關閉和開啟時間就可以有效地控制或減弱水擊。但是，顯然這段時間并非是可以無限延緩的。在20世紀60年代末斯特里特等人創立了“閥門三階段連續調節法”以延長閥門啟關時間;1970年美國普洛普森創立了“規定時間的閥調節”，要求在規定的時間內，完成管道從一種穩態工況向另一種穩態工況過渡，但該過渡時間不能少于水擊波在管道內的往返時間，壓力則不受限制;1985年美國戈德伯格提出了“閥門脈沖式調節法”，采用多次脈沖式調節，消除了三階段連續調節法中第一和第三階段的緩慢動作，使完成控制的時間更短，又稱為“快速最優閥調節”;2009年我國趙會軍等人提出采用電動球閥在關閉時先快關后慢關，盡量用拋物控制代替線性控制的方案，在控制水擊的實踐中取得了優質效果。

圖1　

目前，不管采用何種關閥方案，其基本思路均是運用計算機進行數值模擬來分析并控制水擊。首先，根據油品和管道的物理條件(密度、體積模量、管材彈性模量、管道厚度等)、選用主控閥門的流量特性及非恒定流運動定律，建立水擊時閥門的基本控制方程:

式中:V—管道中油品流速，m/s;

t—時間，s;

x—距離，m;

λ—沿程阻力系數， N·s2/m4;

P—壓力，Pa;

D—管道直徑，m;

c—水擊波傳播速度，m/s;

g—重力加速度，m/s2。

之后，因為控制方程難解，應用特征線法，將其轉化為微分方程:

由于管道中油品流速遠小于水擊波傳播速度，因此V可忽略不計。將上述方程簡化為:

我踢著街上在小石子，那是什么時候的事？哦，扒鍋街消失的第三年，我照舊在新家的街道上被我媽拿著鏟子追著，只是再也沒有人給我通風報信，通常我都會被揍得很慘。

將簡化后的常微分方程進行差分(其中 H為水擊壓頭高度; V=， Q為流量，A為管道過水面積)(如圖1)。

最終，再根據初始條件(選為恒定流)和邊界條件(任意時刻水頭等于管道進口處的初始水頭)求得微分方程的解，得到油庫管道的水擊特定。

根據主控閥門的流量特性和油庫管道的水擊特性，就可以運用計算機編程進行數值模擬，得出主控閥門在發油結束時的最優關閥方案，進而有效控制水擊。

2.2安裝一定的泄壓設備

20世紀90年代，曾采用的泄壓設備是氣壓緩沖罐。工作原理是將氣壓緩沖罐安裝在管道的適當位置，罐內充入適量壓縮氣體。在發生水擊時，高壓液體進入緩沖罐，使緩沖罐內空氣受壓并消耗水擊能量。這種泄壓方法簡單易行，控制水擊的效果也不錯。但是，這種方法必須保證管道中石油進入緩沖罐內阻力要大，以降低罐內壓力升高速度。與此同時，緩沖罐內液體流入管道時卻要迅速、流暢。因此，這種方法的使用受到了限制。

目前常用的泄壓設備有:自動泄壓罐和泄壓閥。自動泄壓罐安裝在管道的各泵站?；驹砭褪钱敱谜镜娜肟趬毫Ω哂谠O定值時，泵入口泄壓閥開啟，將部分油品泄入泄壓閥，使泵站入口壓力降至正常值;當泵站的入口壓力低于設定值時，泵站出口泄壓閥開啟，部分油品流至泵站入口，將泵站入口壓力提升到正常值。當進出站壓力恢復到正常設定值時，泄壓閥自動關閉，從而保證了管道的安全運行。

另外，還有一些小技巧?？稍诠艿乐屑右欢卫p繞性軟管，有利于水擊能量的釋放。如在加油槍后纏繞軟管，雖然加油槍的開關時間很短，但是水擊卻不嚴重，就是應用這個原理。

2.3水擊波攔截

根據水擊現象形成的原理，可以直接采取水擊波攔截來消除水擊。具體實施方案就是在發生水擊的上下游站采取部分停泵的方法制造新的水擊波，利用新的水擊波與原水擊波疊加后相互抵消的原理，使水擊波受到攔截，從而達到消除或減弱水擊的危害。但是，采用這種方法關鍵是要準確判斷水擊，適時向水擊發生的上下游泵站發出相關指令，技術性要求較高。往往，在何時并且制造的新水擊波強度如何都關系著這種方法的效果。因此，雖然此種方法理論上可以完全消除水擊，但在實際應用上還是存在著一定誤差。通常，在管道實際運行中，我們是將水擊波攔截技術編入SCADA系統中，依靠其功能自動進行事故辨認，對各泵站的主泵等設備直接下發操作指令，及時消除水擊危害。

2.4其他措施

可以在油庫發油系統中的每個硬件設備上采取相應措施，力求減緩或消除水擊。例如，為了降低油品流速，進而降低水擊壓力，可以適當增大管道直徑，做到人為控制油品流速。在我國石油庫設計規范中有明確規定，油品的裝車流量不宜小于30m3／h，但裝車流速不得大于4.5m／s，所以一般管道直徑宜在DN80～150mm。為了延緩閥門的啟、關時間，可以選擇合理的管道管徑、管長和管線布置。為了減緩水擊波傳播速度，可以采用彈性模量較小的管材。

另外，針對我國目前技術相對落后、但具有廣闊發展前景的成品油管道順序輸送來說，為了消除或減緩水擊，可以按油品的物理和化學性質相接近的程度來安排輸送順序，減小初始混油段內油品的密度梯度，從而減小油品界面通過離心式輸液泵時的壓力變化。若密度差較大的兩種油品不可避免同管道輸送，可在二者中間增加隔離液，以達到油品界面通過離心式輸液泵時壓力變化減小的目的。

不管是以上哪種方法，在實際運用過程中均存在著局限性。雖然我們致力于消除水擊，但是不能因為刻意消除水擊，而破壞油庫發油系統的整體協調運行。

3　結語

在實際的應用過程中，不管油庫發油系統無論是正常運行的，還是因事故發生引起流量變化，管系內油品的流速均會發生變化，均有引起水擊的可能。一旦發生水擊，輕則使管件松動，管道震動扭曲，重則損毀管道設備，發生事故。因此，對油庫發油系統的水擊要給予足夠的重視。預防為主，防治結合。經常校核系統中發生直接水擊處的安全程度，并采取適當的措施消除或減緩水擊的發生。

[1]倪昊煜．水擊理論研究．鄭州大學,2004.

[2]吳建華,魏茹生等.緩閉式蝶閥消除水錘效果仿真及實驗研究.系統仿真學報,2008.

[3]趙會軍,李俊玲,劉凱等.油庫發油系統水擊控制關閥方案.油氣儲運,2009.

[4]任士憲.石油庫自動付油系統水擊問題的探討.石油庫與加油站, 2009.

[5]雷西娟.常見輸液管道中的水擊控制.石油機械,2002.

吳冀蘇,江蘇泰興人,工程師,1982年11月出生,主要從事油庫業務管理工作。