海底輸油管道水力瞬變分析模型探究及水擊保護(hù)

田園

摘 要：管道內(nèi)流體運(yùn)動狀態(tài)驟變產(chǎn)生的水擊現(xiàn)象會造成壓力管道爆裂，致使海底管道原油泄漏，是海洋石油生產(chǎn)作業(yè)中經(jīng)常面臨的現(xiàn)實(shí)問題，通過Joukowsky水擊公式推導(dǎo)計算出非正常工況下產(chǎn)生的水擊壓力，評估海底輸油管道的安全運(yùn)行風(fēng)險，最終得出需要在海管入口增加壓力安全閥來釋放水擊產(chǎn)生的高壓，對海洋石油平臺海底管道安全生產(chǎn)具有重要作用。

關(guān)鍵詞：水擊；Joukowsky水擊公式；海底管道；壓力安全閥

海底輸油管道在投運(yùn)和停運(yùn)、事故工況停車以及調(diào)節(jié)閥動作失靈誤關(guān)閉等操作過程中， 管道內(nèi)原油的流動速度發(fā)生劇烈的變化，引起管道內(nèi)壓強(qiáng)大幅度的波動，從而產(chǎn)生像錘擊一樣作用在管壁、閥門或者其他管道元器件上交替升降的水擊壓強(qiáng)。發(fā)生水擊現(xiàn)象時產(chǎn)生的水擊壓強(qiáng)急劇升高或者下降，有時可達(dá)到管道正常工作壓力的幾十倍之高，處理不當(dāng)則可能會導(dǎo)致管道系統(tǒng)發(fā)生強(qiáng)烈的振動，管道嚴(yán)重變形甚至爆裂。據(jù)統(tǒng)計，在實(shí)際生產(chǎn)作業(yè)中，由水擊導(dǎo)致的管道系統(tǒng)損壞及管道破裂事故超過系統(tǒng)總破損率的百分之七十以上。因此，對密閉輸送的原油管道進(jìn)行水擊壓強(qiáng)計算從而提出合理的解決方案是很有必要的。

1 直接水擊壓強(qiáng)和水擊波速理論計算

1.1 直接水擊壓強(qiáng)

經(jīng)典的Joukowsky水擊公式推導(dǎo)如下：如圖一中取長度為的管段進(jìn)行研究，兩端有1-1和2-2兩個斷面，設(shè)管道中原來的流體流速為，壓強(qiáng)為，流體的密度為，管道橫斷面積為，關(guān)閉閥門使管路發(fā)生水擊，經(jīng)過時間，水擊波由1-1斷面?zhèn)髦?-2斷面，則管段內(nèi)的流速由減小到，壓強(qiáng)由增大到，壓縮后流體密度變?yōu)椋捎诠鼙诎l(fā)生膨脹，橫斷面積增大到，時間段內(nèi)水體動量的變化為

3 海管運(yùn)行水擊保護(hù)措施

通過在海管入口關(guān)斷閥下游設(shè)置壓力安全閥向常壓閉式排放罐泄壓，以減輕發(fā)生水擊時高壓對管道的損傷。

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