等溫輸油管道實驗臺介紹

畢智高 王金璽

摘要： 針對傳統實驗教學中存在的不足，引進了等溫長輸管道實驗室臺。對平臺從系統構成、實驗原理、工藝流程、實驗項目等方面做了較為詳盡的介紹。該平臺的投運，使學生在校即可接觸更加貼近工程現場的實驗裝置，有利于提高學生工程應用能力和教學水平。

Abstract： In view of the deficiencies in traditional experimental teaching， an isothermic long-distance transmission laboratory bench was introduced. The detailed description of the platform from the system configuration， experimental principles， process flow， experimental projects and other aspects. The commissioning of the platform enables students to contact the experimental device that is closer to the project site in the school， which is conducive to improving students' engineering application ability and teaching level.

關鍵詞：油氣儲運；長輸管道；實驗平臺

Key words： oil and gas storage and transportation；long-distance pipeline；experimental platform

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）26-0287-02

0 引言

《輸油管道設計與管理》是油氣儲運工程專業的一門主干專業課，通過本課程的學習，使學生了解長距離輸油管道的設計、施工、投產及生產運行的基本過程，掌握長距離輸油管道設計和運行管理的原理和方法，為從事長距離輸油管道系統設計和運行管理奠定技術理論基礎。該課程的實踐性很強，傳統的教學方法是在生產實習環節組織學生到聯系的企業參加實習[1]，但效果并不理想，主要不足如下：①事故工況一般屬于小概率事件，較難遇見。②企業自身出于安全等因素考慮，無法實操。③掌握管道運行的水力特性和熱力特性，需要經驗累積，而實習時間無法滿足要求。為此，學校專業教師在多方走訪調研的基礎上，引進了由中國石油大學張樹文教授團隊開發的長輸管道教學模擬實驗臺，并用于實驗教學，一直以來，該平臺運行穩定，保障有力，順利完成了近350人的實驗培訓任務，取得了滿意的效果。

1 實驗平臺的組成

長輸管道教學模擬實驗臺是一套大型的多功能綜合實驗教學平臺，輸送介質為常溫清水，由泵站、實驗管道、數據采集控制臺、等軟硬件部分構成。采用密閉輸送，2#與3#站之間，布設收發球裝置及其連接的模擬管道，模擬管道為有機玻璃管，以便能夠觀察清管球在管道內的實際運行狀況。4#站與末站儲罐之間布設呈倒“V”字型的用以觀察高點后流態的有機玻璃管段；模擬管道堵塞和泄漏工況的控制閥置于2#與3#站之間。實驗臺流程如圖1所示，圖2為實驗臺全景，圖3為收發球工藝流程，其對應實體見圖4～圖5。圖6～圖7分別為2#、4#泵站，各泵站及管線概況如表1。

2 實驗原理

密閉輸送的長輸管道系統，正常運行工況下，必然滿足管道所消耗的摩阻等于泵站所供給的壓頭，系統的能量供需關系式[2]：

式中：Q─輸量，m3/s；

n──運行泵站數；

f──單位流量的水力坡降；

Hs1──首站進站壓頭，m液柱；

Ht──終點剩余壓頭，m液柱；

L─里程，m；

ΔZ─起終點高差；

hc─站內摩阻，液柱。

據上式即可確定管道的運行輸量和各站的進出站壓頭，推導分析事故工況下流動參數的趨勢變化。

3 實驗項目

當4座泵站的1#泵均投運為正常工況，且需滿足各站進站壓頭不能低于-1.02m水柱，出站壓頭不超過23.45m水柱，實驗項如表2所示。

4 數據采集系統

數據采集系統由壓力、溫度、流量變送器、高速數據采集卡、主機和控制柜組成。各泵站均布設3臺壓力變送器，且首站出口和末站儲罐入口各布置1臺流量計。測量信號均為標準4～20mA信號，高速數據采集卡用于事故工況下和發生水擊時的數據記錄。

4.1 數據采集硬件單元

4.1.1 采集卡

數據采集模塊，如圖8所示。

4.1.2 渦輪流量計

由渦輪流量變送器、前置放大器、數字積算器、頻率指示表組成，如圖9所示。

4.1.3 壓力傳感器

泵站的進站壓力時常會低于當地大氣壓力，因而選用絕壓傳感器，如圖10所示；泵站的出站壓力一般高于當地大氣壓力，因而選用表壓傳感器，如圖11所示。實驗臺管道中最高壓力為50.99m水柱。P1、P4、P7、P10 4臺傳感器為絕壓傳感器，布于各泵站的進站處，剩下的傳感器為表壓傳感器，布于各站1#泵的排出端和出站處。

4.2 軟件界面系統

如表3所示，系統主界面中菜單包括顯示類型、系統設置、數據采集等7個子項，各子菜單項有不同的功能。在主界面上還有2個功能按鈕“讀數”和“收發球”，這兩個按鈕用于讀取實驗數據和進行收發球功能的演示。

5 結論

等溫長輸管道教學模擬實驗臺功能齊全，適應性強、利用率高，售后服務及時周到。具有直觀、生動、安全、易于更新和維護的優點，豐富了實驗教學內容，激發了學生的學習熱情，得到了實訓人員的好評。

參考文獻：

[1] 于達，宮敬，文繼軍.輸油管道仿真教學系統開發研究[J].實驗室研究與探索，2005（2）：29-32.

[2]張樹文，劉剛，張炘.長輸管道教學模擬實驗裝置的開發設計[J].長春師范學院學報，2013，06：11-12.