堵塞水力瞬變模擬在輸油管道中的應用分析

李天一

中國石油管道沈陽輸油氣分公司，遼寧沈陽 110031

堵塞水力瞬變模擬在輸油管道中的應用分析

李天一

中國石油管道沈陽輸油氣分公司，遼寧沈陽 110031

隨著近年來國內生產建設不斷發展，西氣東輸、老工業基地改造、城市管網建設、民居工程、污水處理、農田水利等諸多重大惠民項目的建成投產，給管道行業帶來的前所未有的發展機遇。文章針對輸油管道的堵塞和滲漏情況，進行了水力瞬變模擬的試驗和分析，旨在為同行們在日常工作中提供一點意見和建議。

堵塞水力；輸油管道；模擬實驗

隨著國家石化工業的迅速發展，石化長輸管道行業得到了前所未有的發展機會。然而，我們不能忽視那些長期服役的輸油管道的腐蝕和損壞，盡管技術人員也采取了不同的防腐以及防范的措施，但由于長期的腐蝕、制造缺陷、人為的破壞等原因所引發的管道穿孔泄漏和堵塞的現象時有發生。因此，作為從事輸油管道安全管理的工作者，研究輸油管道的泄漏和堵塞有著非常重要的意義。

1 輸油管道的表現形式

1.1 常規性的堵塞或穿孔滲漏

常規性的堵塞或穿孔滲漏，通常都是表現為長期腐蝕性的堵塞或穿孔滲漏。這種腐蝕性的堵塞或穿孔形式，是因為管材焊口的焊接缺陷和材質不均勻性以及管道內的防腐工藝的質量不過關直接導致的穿孔或堵塞。因此這種堵塞或穿孔的發生的地點有著一定的不確定性。最為常見的是那些長時間服役的污水管道、輸油管道上。其生產單位通常都會有一定的準備。這種堵塞或穿孔事件發生的頻率相對較高，最好的解決方法就是及時更新替換管道。防范于未然，才能有效地解決輸油管道的堵塞或穿孔問題。

1.2 突發性的堵塞和穿孔滲漏

突發性的堵塞或穿孔滲漏，通常有兩種表現形式，一種是由于管道的變形所引發的堵塞或穿孔，出現這種現象的原因主要是因為企業在生產運行的過程中，反復進行冷熱的交替，從而致使管道發生了位移上的微妙變化，從而引起了局部的變形，最后累積起皺，拉裂引發了堵塞或穿孔，這種堵塞或穿孔通常都是發生在管道的彎頭和拐點處。第二種是人為的堵塞或打孔（盜油分子所致），這種破壞隨意性比較強，發生地點通常和管道埋藏深度有著直接的關系，埋深淺，而且還比較偏僻或者是有田間路或鄉間小道的地方，容易被盜油分子所利用。

2 輸油管道水力瞬變模型

2.1 管道堵塞模型

當管道堵塞（滲漏），過油的斷面就會突然變大（小），之后突然變小（大），所以，就可看做是在管道的中間串聯了一個內徑較大（小）、長度較短的管道。因為管道的過油截面積突然發生了改變，就會引起油流的局部擾動，造成了相應能量的損失，此處的能量損失通常都是由擴張損失和收縮損失組成。

2.2 管道水力瞬變模型

當輸油管道發生了堵塞（滲漏）時，就會由此產生的向上（下）游傳播的增（減）壓波及向下（上）游傳播減（增）壓波傳到上、下游泵站所用時間比較短，所以可設在整個過程油品的溫度沒有變化，同時管內的油品流動看作是一維不定的常流動，油品和管道變形都是在線型彈性的變形范圍之內。

3 案例模擬及分析

3.1 案例

某條81km長的水平埋在地下管道，全線設有3座泵站，泵站之間的距離是27km，管道的規格為7mm×410mm，400KD2502單泵運行，進站液位是40m，管道末端的出口液位是4Om，該管道輸送的是柴油，油品溫度為20℃，穩態流量為1 225m3/h，設計堵塞地點在第2座泵站下游處13.5km，假設堵塞面積分別為0.09m2（70%），0.10m2（75%），0.11m2（85%），0.12m2（90%）。

3.2 模擬結果及分析

設輸油管道在正常運行期間，在第二座泵站下游13.5km處突然發生管道堵塞，引起管道的非穩態流動。用Visualc++ 6.0編程計算，用Origin6.0將計算結果繪制成圖，得出了在不同堵塞面積下壓力及流量的變化，模擬結果及分析如下：

1）堵塞面積對上游壓力影響:在不同的堵塞面積下，當發生堵塞，堵塞點上游壓頭瞬間出現一個高峰，然后瞬間降到一定程度，隨后逐漸升高，最后，壓頭趨向于一個新的穩態。堵塞面積越大，瞬間出現的壓頭高峰峰越大，趨向穩定所需時間越多，穩定后的壓頭升高也越大。如堵塞面積小于0.1m2時，堵塞點上游壓頭所受影響不大；

2）堵塞面積對堵塞點流量影響:在不同的堵塞面積下，當發生堵塞，流量瞬間急劇減小，隨著堵塞點上、下游間壓力差增大，流量隨之上升，最后，流量逐漸建立一個新的穩態。從上、下游傳播來的反射波對流量也造成一定的干擾，且堵塞面積越大，流量瞬間減小越大，趨向穩態所需時間越長，穩態后的流量也越小。當堵塞面積小于0.1m2，流量所受影響不明顯；

3）堵塞面積對上游泵出口壓力量影響：在不同的堵塞面積下，堵塞初始，上游泵的出口壓頭不受影響，當增壓波傳到上游泵的出口，泵的出口壓頭瞬間出現一個高峰，然后瞬間降低到一定程度，隨之逐漸升高，最后，泵的出口壓頭趨向一個新的高度。堵塞面積越大，瞬間出現的壓頭高峰越大，趨向穩定所需時間越多，穩定后的壓頭升高也越大。如堵塞面積小于0.1m2時，泵的出口壓頭所受影響不大；

4）堵塞面積對堵塞點下游壓力影響：在不同的堵塞面積下，當發生堵塞，堵塞點下游壓頭瞬間出現一個低峰，然后瞬間回升到一定程度，隨后逐漸下降，最后，壓頭趨向于一個新的穩態。堵塞面積越大，瞬間出現的壓頭低峰越大，趨向穩定所需時間越多，穩定后的壓頭降低也越大。如堵塞面積小于0.1m2時，堵塞點下游壓頭所受影響小大。

4 結論

我國的石化輸油管道的建設已經駛入高速發展的階段，然而有些輸油管道總是在運行期間，經常由于工程施工以及其他不確定因素將管道推彎，甚至出現因機械的壓扎使得一些管道變癟，從而導致了部分管道的變形，在使用清管器進行清理時就會發生卡住，造成了管道的堵塞。對與一些輸送含水率或含蠟較高的輸送管道，尤其在我國的北方地區，冬季經常會發生管道的堵塞和滲漏。一旦發生了堵塞，上游的壓力就會迅速增高，下游的壓力隨時降低。如果減壓波被傳到下游泵的進口地方，就會造成泵的進口處的壓力太低導致了大量的汽蝕產生，這不僅嚴重地影響了泵的實際吸入的性能，同時也對泵和管道造成了相對比較嚴重的損害。所以研究不同管道的堵塞面積對壓力、流量的影響，確保輸送工作的順利開展是一項長期的發展戰略。

[1]劉曉娜，張廷全.復雜長輸管道水力瞬變計算[J].天然氣與石油，2011，9(3)：11-12.

[2]聶平一，鄧松圣，文俊.管道泄漏水力瞬變模擬研究[J].油氣儲運，2010，25(7)：19-2O.

U17

A

1674-6708（2011）53-0102-02