水擊是指液體流速改變引起的壓力瞬變過程。其實際上是一種能量轉換。任何原因引起的流速變化,都將產生水擊,或是增壓、或是減壓。流速的突然下降所產生的水擊對輸油管道特別危險。這種壓強的交替升降,有時會達到很大的數值,處理不當將導致管道系統發生強烈的振動,管道嚴重變形甚至爆裂。
一、輸油管道中的水擊
水擊的分類:
直接水擊:閘門關閉(或開啟)的時間Ts<T(相長),即從水庫反射的減(增)壓波尚沒有到達閥門處時,閥門已經關閉(開啟)完畢,閥門處已達zui大(小)水擊壓強。
間接水擊:指閘門關閉(或開啟)的時間Ts>T(相長),即從水庫反射的減(增)壓波已到達閥門處,閥門尚未關(開)完畢,使閥門處水擊壓強不能再升高(降低)到zui大(小)。
工程設計中減小水擊壓強的措施:
合理選擇參數,并盡可能延長閥門調節時間,以避免產生直接水擊。
在管壁材料強度允許的條件下,應當選用直徑較大,管壁較薄的水管。
二、防止水擊的措施
1、輸油管道水擊的特點
(1)對長距離輸油管道的水擊要考慮水擊波傳遞過程中的阻尼現象。
(2)中間泵站突然停輸是長輸管路中產生水擊的主要原因,其對上游站和下游站的影響各不同,對上游站傳遞的是增壓波,對下游站是減壓波。
2、輸油管道水擊的控制
對于水擊過程的控制,其目的是避免管道超壓(包括超高壓或超低壓);二是減輕管道運行參數的脈動,維持管道的平穩運行。用于控制水擊過程的裝置和措施很多,根據其作用原理可分為兩類:
一類是從改變流速變化過程的角度考慮,如采用氣體緩沖罐、水擊罐等,設計合理的閥門開、關程序和停泵控制過程,減緩流體瞬變過程。例如在停電站上、下游的泵站上停一臺泵,以適應事故站的流量變化等。另一類是使用各種壓力保護設備,防止管道超過允許工作壓力。如各種泄壓裝置、回流保護系統和邏輯控制順序停泵技術等。
(1)調節閥控制
管道系統中的調節閥是一種阻力可變的節流元件。通過改變閥門的開度,可以改變管道系統的工作特性,從而實現調節流量,改變壓力的目的。
(2)壓力保護控制
采用密閉輸送流程的管道,除采用調節閥控制泵站進、出口壓力外,還使用壓力保護裝置,用于防止管道超壓。
泄壓閥:泄壓閥系統作用是當管道系統產生擾動時,在超壓點把部分甚至全部液體泄放到常壓罐中,以減輕瞬變壓力波動,防止瞬變壓力造成的危害。泄壓系統一般由三部分組成:泄壓閥、泄壓罐和連接管道。
回流保護:回流保護措施主要用于單泵或并聯泵站進站壓力超低限的保護。由于進、出站壓差大,對于泵站進站壓力變化范圍小、自控水平比較低的管道,回流可以迅速調整進站壓力,維持離心泵正常運行。
泵機組順序自動停運:是建立在泵站邏輯控制基礎上的一種保護措施。該措施主要用于泵站吸入壓力超低,或出站壓力超高的保護。停運泵機組是人為造成的擾動。這樣,降低了泵站提供的能量,減少了泵站的通過能力,使出站壓力下降,進站壓力上升。這種措施主要用于采用串聯泵機組的泵站。
回流超前保護:瞬變過程的超前保護是建立在高度自動化基礎上的一項保護技術。當管道發生嚴重擾動時,為了防止在壓力波傳遞過程中造成管道壓力超限破壞,由擾動源通過通信系統迅速向上、下游泵站發出信號,讓上、下游泵站產生一個與傳來的壓力波相反的擾動,兩波相遇后抵消,不至于對管道形成威脅性壓力。
對于泵站之間管道上某些特殊位置(穩定運行時,動水壓力接近管道允許強度限或動水壓力zui低的位置),超前保護可防止其超壓。
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