最低成本的輸油管道水擊泄壓保護(hù)系統(tǒng)
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作者：鄭曉蒙
基于GB 50253的輸油管道水擊泄壓系統(tǒng)內(nèi)容簡介：
輸油管道的水擊保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計是輸油管道安全系統(tǒng)的重要部分，水擊保護(hù)有管道增強保護(hù)、超前保護(hù)和泄壓保護(hù)3種方法，其中泄壓保護(hù)是其他保護(hù)措施失效的情況下，最后一道保護(hù)屏障。對泄壓系統(tǒng)的深入研究，是保證管道安全的重要環(huán)節(jié)。
1 泄壓保護(hù)系統(tǒng)
泄壓保護(hù)是在管道的一定地點設(shè)置專用的泄壓閥，當(dāng)出現(xiàn)水擊高壓波時，通過閥門從管道中泄放出一定數(shù)量的液體，從而削弱高壓波，以防止水擊造成的危害。泄壓閥一般設(shè)置在首站和中間泵站的出站端、中間站和末站的進(jìn)站端。泄壓保護(hù)系統(tǒng)主要包括泄壓閥、泄壓罐及連接管道。
2規(guī)范分析
目前國內(nèi)輸油管道設(shè)計主要執(zhí)行《輸油管道工程設(shè)計規(guī)范》( GB 50253)，在2015年4月1日前，執(zhí)行的是GB 50253-2003（2006年版），該規(guī)范6.3.2第3條中的第2項指出“當(dāng)采用密閉輸送工藝時，應(yīng)設(shè)水擊泄放罐，其泄放罐容量由瞬態(tài)水力分析后確定”。因此按照規(guī)范，在此之前所有輸油管道均設(shè)置了水擊泄壓保護(hù)系統(tǒng)。
在2015年4月1日之后，執(zhí)行GB 50253-2014，該版本6.3.3中指出“站場泄壓罐設(shè)置及容量應(yīng)依據(jù)瞬態(tài)水力分析確定，泄壓罐宜采用固定頂儲罐”。按照規(guī)范，泄壓罐的設(shè)置應(yīng)根據(jù)瞬態(tài)水力分析確定，不再是強制設(shè)置。
3 天津港一華北石化原油管道瞬態(tài)水力分析
長輸管道在運行操作過程中出現(xiàn)的閥門突然啟、閉（甚至開大和關(guān)�。┮约坝捅脵C組的正常停運等引起的穩(wěn)態(tài)流動受到破壞而引起的不穩(wěn)定流動，即水擊現(xiàn)象，輸油管道之所以發(fā)生水擊，歸根結(jié)底是由于各種原因引發(fā)的管道壓力瞬變造成的，因此瞬態(tài)水力分析是輸油管道保護(hù)系統(tǒng)設(shè)置的重要依據(jù)。本工程分別對站場輸油泵事故關(guān)斷、站場進(jìn)出站閥門事故關(guān)斷、干線線路截斷閥事故關(guān)斷、通信中斷等工況進(jìn)行了逐一模擬分析，計算軟件采用德國Germanischer Lloyd( GL)工業(yè)服務(wù)公司的SPS9.8( Stoner Pipeline Simulator)軟件。該軟件能夠?qū)崿F(xiàn)長輸管道的離線實時模擬計算，是世界公認(rèn)的用于長距離輸油（氣）管道設(shè)計、計算以及全線自動化控制模擬的高精度軟件。在液體管網(wǎng)的穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)計算方面應(yīng)用較廣，已在國內(nèi)多項石油管道工程研究與設(shè)計中應(yīng)用。經(jīng)上述不同類型事故工況進(jìn)行分析，分析每種工況在不進(jìn)行任何保護(hù)的情況下能否發(fā)生水擊破壞，并針對破壞工況分別采用閥位保護(hù)及壓力保護(hù)的方法進(jìn)行模擬計算，結(jié)果表明，通過采取相應(yīng)措施，都能在發(fā)生事故時，不發(fā)生管道破壞，保證管道系統(tǒng)的安全，
4輸油管道水擊保護(hù)系統(tǒng)分析
水擊保護(hù)有管道增強保護(hù)、超前保護(hù)和泄壓保護(hù)3種方法。
(1)管道增強保護(hù)。即提高管道設(shè)計壓力，從而從根本上保證管道不被破壞，本工程運行壓力最高約6.0 MPa，事故工況下，瞬態(tài)壓力最高可達(dá)約13.5 MPa，顯然采用管道增強保護(hù)，管道設(shè)計壓力過高，管材費用將大大提高。
(2)泄壓保護(hù)。通過對國內(nèi)西南管道公司、西部管道公司及管道公司所管轄的輸油管道進(jìn)行調(diào)研，各輸油管道均設(shè)置了泄壓保護(hù)系統(tǒng)，且大部分管道泄壓系統(tǒng)從投產(chǎn)至今未泄壓。當(dāng)發(fā)生水擊時，水擊超前保護(hù)系統(tǒng)可通過自動化系統(tǒng)執(zhí)行一系列的程序，從而保證管道不超壓，只有當(dāng)水擊超前保護(hù)系統(tǒng)無效時方進(jìn)行泄壓。通過了解，1套水擊泄壓系統(tǒng)投資約200萬元，同時每年需對泄壓閥、泄壓罐進(jìn)行維護(hù)、保養(yǎng)。如果所有管道均設(shè)置泄壓保護(hù)系統(tǒng)，勢必造成一定的投資浪費，且增加了后期維護(hù)、保養(yǎng)的費用及工作量。
(3)超前保護(hù)。水擊超前保護(hù)系統(tǒng)通過檢測輸油管道上截斷閥的閥位變化或關(guān)鍵點的壓力變化，預(yù)測發(fā)生水擊可能，并由通信系統(tǒng)迅速向上游站場發(fā)出信號，提前采取相應(yīng)動作防止水擊發(fā)生。上述動作均由以計算機為核心的全線數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控系統(tǒng)，即SCADA系統(tǒng)完成。據(jù)了解，國外運行管道的水擊超前保護(hù)系統(tǒng)事故率較低，甚至可以達(dá)到儀表失效率級別（0. 01次／年）。
5結(jié)語
通過對輸油管道不同水擊保護(hù)方法的分析，以及對本工程各種事故工況的瞬態(tài)水力分析結(jié)果，并結(jié)合《輸油管道工程設(shè)計規(guī)范》( GB 50253-2014)的相關(guān)條文的要求，本工程采用閥門保護(hù)和壓力保護(hù)相結(jié)合的水擊超前保護(hù)系統(tǒng)，不設(shè)置泄壓系統(tǒng)。通過水擊超前保護(hù)系統(tǒng)即可保證管道的運行安全。
6 評述：
通過對比分析水擊保護(hù)的3種方法——管道增強保護(hù)、超前保護(hù)和泄壓保護(hù)，得出泄壓保護(hù)是管道保護(hù)最直接、有效的方法。在天津港一華北石化原油管道工程設(shè)計過程中，按照CB 50253-2014新版本要求，采用德國SPS9.8(Stoner Pipeline Simulator)軟件實現(xiàn)長輸管道的離線實時模擬計算，采用閥門保護(hù)和壓力保護(hù)相結(jié)合的水擊超前保護(hù)系統(tǒng)，不設(shè)置泄壓系統(tǒng)，即可保證管道的運行安全。
