Flexflo887水击泄压阀在长输管道稳定运行上的应用

刘 玮，陈玉海，傅信涛

（美国德莱塞公司北京代表处，北京 100004）

Flexflo887水击泄压阀在长输管道稳定运行上的应用

刘 玮，陈玉海，傅信涛

（美国德莱塞公司北京代表处，北京 100004）

在密闭压力管道中，由于液体流速的急剧改变，极易产生水击现象，若没有采取保护措施，该现象就会给整个输送系统造成极大的破坏。文章在简要介绍水击现象发生的原因、破坏性以及避免水击发生的措施的基础上，较详细地介绍了Flexflo887水击泄压阀的结构、操作原理和产品特点，并结合其在铁大线输油管道上20多年的使用经验，提出了操作和维护的建议。

长输管道；水击泄压阀；工作原理；稳定性；维护建议

0 引言

Flexflo887水击泄压阀由美国德莱赛公司制造，独特的结构设计以及稳定的运行表现，有效地防止了因意外或阀门紧急关断而造成的管道过压和紊流，保护了长输管道的安全。1989年开始应用于中石油铁大线原油输送管道上的8台flexflo887水击泄压阀，20多年来运行良好稳定、维护量小、安全可靠，充分证明了其质量的优越性。

1 水击

1.1 水击现象产生的原因

在密闭压力管道中，由于液体流速的急剧改变，造成瞬时压力明显、反复、迅速变化的现象称为水击，也称水锤。发生水击现象的原因很多，造成管道内液体介质流速急剧改变的操作都有可能引起水击事故。如当管道的阀门突然关闭或开启时，当泵突然停止或启动时，或者管道上止回阀失灵时，都会引起管道内介质流速的瞬时急剧变化，引起液体介质动量的改变，使管道内压力发生显著变化，从而引发水击。

1.2 水击的破坏性

水击具有非常强的破坏性，在密闭输送管道中一旦发生水击，若管道没有配备保护措施，就将会对整个输送系统造成不可估量的损失，甚至造成重大安全事故。图1为管道发生水击时压力波动和时间的关系。

从图1中可以看出，水击现象发生时，管道内的压力迅速升高，通常为管道设计压力的几倍，使管道在瞬间承受很大压力；压力的反复变化，会引起管道和设备的振动，严重时会造成管道爆裂、管道附件及设备的损坏，甚至造成严重的安全事故。1996年美国Colonial公司D 914 mm的管道在穿越Reedy河段时发生水击爆管 （见图2），该事故造成3 625 m3的原油泄漏到河中。本次事故给Colonial公司造成了2 000多万美元的损失，幸运的是没有造成人员伤亡。据统计，每年在全球范围内的密闭液体输送管道都会发生几起类似的事故，每次事故都会造成巨大的经济损失和环境破坏。

如何避免水击现象的发生，如何在水击发生时用最短的时间消除水击，已经成为液体密闭输送中一个必须考虑的课题。

1.3 避免水击现象发生的措施

水击现象是一种客观存在的纯物理现象，根据其产生的机理和变化规律，如果在管路设计及日常操作中采取一定的措施，是可以避免或减轻的。

1.3.1 合理的管路布局

如果泵的出口管道突然向上并形成突起，则会产生负压而发生液柱分离。因此，为避免水击的发生，设计施工中宜将管道布置成均匀上升，并向下凹的平缓走向，便可避免产生负压，保证管道安全。

1.3.2 延缓阀门的调节时间

根据阀门特性以及截止阀从关到全开度的15%管内流体的流速几乎不变这一点来延缓其调节时间。由于阀门引起的压力损失很小，剩余的15%的开度成为造成管内不稳定流动的关键，这段关闭时间也就成为有效的关闭时间。那么，设法使剩余的15%的开度缓慢关闭，便可使压力变化值降低。因此，在高速管道上有自动切断阀时，应当选用缓闭式电动阀等以有效地缓和水击的发生。

1.3.3 设置调压器

在完成向一定容积的罐内装载流体后，如果迅速关闭入口阀门，配管会不可避免地产生水击，瞬时受到压缩而变为高压的流体如果能导入调压器，则配管内液体的流动速度就会缓慢降低，可以通过调压器来实现这一目的。

1.3.4 安装水击泄压阀

根据水击产生的机理可知，如果能延长流体的被压缩时间，那么动量转化就会降低，所以，如果能让被压缩的液体流出配管之外，使管内的流动能够持续一定时间的话，就可以使水击上升压力变小。由于水击波速度极快，压力的上升是瞬间的，要求泄压阀门也必须在瞬间打开，普通机械构造的安全阀是不能够瞬间完成的，因此，要采用可动部件质量极小并在极短时间内能够开机的水击泄压阀。

利用水击泄压阀避免水击发生在中国的长输管道上已经得到了广泛的应用。响应时间快慢是评价水击泄压阀产品质量的关键参数。

2 Flexflo887水击泄压阀结构及工作原理

2.1 结构

Flexflo887水击泄压阀结构简单，主要由阀体、衬套、胶囊、隔断式阀芯、法兰和螺栓等部件组成，如图3所示。

2.2 工作原理

以泄压阀安装在罐前为例说明Flexflo887水击泄压阀的工作原理。如图4所示，为避免水击的发生，一般在油罐区的入口处要装有水击泄压阀和配套的泄压罐。

当主管道发生水击时，介质压力迅速升高，当压力升至水击泄压阀的设定点时，水击泄压阀迅速打开将介质泄放到泄压罐内，使管道内的压力降到正常范围内。水击泄压阀配有氮气瓶组，氮气通过压力调节后加载到泄压阀的皮囊表面上，经计算确定氮气瓶组需要设定的压力，氮气的压力和皮囊提供的压力共同作用在隔断式阀芯上，使阀门在关闭时达到气泡级密封。氮气压力和皮囊压力之和为泄放压力的设定值，如图5所示。当水击发生时，介质压力升高至泄放压力设定值时，介质会克服氮气和皮囊的压力而打开阀门，使介质流经隔断式阀芯泄放到下游的泄压罐内。当泄压罐内的液位达到设定液位时，控制系统会自动启动回流泵将介质输送至主罐。

根据工艺条件来决定是否为水击泄压阀配备氮气控制盘 （见图6）。氮气控制盘可使同等口径的泄压阀的泄放量大大增加，并且也相应提高泄压阀的泄压速度，使整个系统更加稳定可靠。

Flexflo887有三种具有不同功能的氮气控制盘，其型号分别为CP1、 CB、 CBAT控制盘。 CP1控制盘的功能比较简单，具有设定值不受环境温度改变影响的功能；CB控制盘具有加速氮气泄放的功能，当泄压阀检测到介质压力达到泄放设定点时，控制盘CB会迅速将加载到皮囊上的氮气泄放掉，让皮囊迅速打开，使整个泄压过程在很短的时间内完成；CBAT控制盘除了具有加速氮气泄放功能外，还具有氮气压力低的报警功能，以及整个控制回路的测试功能。

3 Flexflo887水击泄压阀的特点

3.1 响应速度快

从检测到水击到阀门全开的时间小于10 ms。这远远小于长输管道的设计要求，比同类产品的响应速度都快，保证了把水击产生的超压在最短的时间内泄放掉，确保设备和人员的安全。

3.2 结构简单

从图3中可以看出，整个水击泄压阀只有胶囊为可动部件，有效地减少了设备的故障发生率，并且使水击泄压阀的维修和维护变得非常简单。

3.3 控制精确

控制精度为小于5%的压力设定点。例如，如果泄压设定点为10 MPa，那么泄压阀会在压力达到10 MPa时开始打开，当压力达到10.5 MPa或者小于该值时已经达到全开，该精度高于其他形式的水击泄压阀和所有类型的安全阀。

3.4 无过度泄放

在发生水击时迅速打开，当压力泄放至设定点时阀门会迅速关闭，不会因为关闭延迟导致泄放过量。

3.5 气泡级密封

在关闭时其关断等级达到CLASS VI级，为气泡级密封；避免了在阀门关断时内漏的现象发生。

3.6 结构坚固

有D102mm至D305mm，压力等级为CLASS150、CLASS300和CLASS600的水击泄压阀，水击泄压阀结构坚固，能够保证在高压输送管道上各种工况条件下的应用。

4 Flexflo887水击泄压阀在中石油铁大线的应用

4.1 Flexflo887水击泄压阀在铁大线的应用

铁大输油管道位于辽宁省，起点位于铁岭，终点是大连，包括铁岭站、沈阳站、鞍山站、大石桥站、熊岳站、瓦房店站、鲇鱼湾站，全长458.69 km，管规格为D 720 mm×8 mm，设计输油能力为2 000万t/a，1975年投运，1989年改造引进8台flexflo887水击泄压阀。

4.2 Flexflo887水击泄压阀的运行维护

根据Flexflo887水击泄压阀在铁大线输油管道上20多年的使用经验，总结出操作和维护过程中的注意事项，确保长输管道的运行安全。

4.2.1 更换高压氮气瓶时的操作程序

先关闭氮气瓶的开关和连接软管端的开关，通过排气阀将软管内氮气压力泄放至正常后将排气阀关闭。拆卸软管和氮气瓶接口，更换高压氮气瓶，拧紧软管与氮气瓶连接口，缓慢打开氮气瓶开关和软管端的开关，在接口处涂抹肥皂水，检查是否有氮气泄漏。如果有渗漏，拧紧接口处。

4.2.2 运输氮气瓶的注意事项

在运输氮气瓶前，将氮气瓶口阀门关闭，使用瓶口帽将瓶口保护好。运输氮气瓶时，需要捆扎牢固，以免碰撞发生意外。氮气瓶上应确保有手轮或扳手，以便在紧急情况下关闭氮气瓶。

4.2.3 水击泄压阀压力的设定和泄压阀的开启测试

关断水击泄压阀上游的截断阀，连接手摇泵至取压点接口；用手摇泵往主管道加压至设定压力值时，水击泄压阀开启泄压，同时再加压时，主管段内压力值不再增加 （通过压力表观察），说明设定压力值正确，至此，水击泄压阀设定值和开启测试完毕。如果主管段内压力没有达到预定压力设定值，水击泄压阀开启泄压缓慢，则顺时针调整氮气控制柜中与水击泄压阀相对应的调压器，增加氮气压力，重新使用手摇泵进行加压，直到压力达到设定值，水击泄压阀开启泄压。如果主管段内压力超过预定压力设定值，水击泄压阀还未开启，压力继续增加，这时关闭氮气控制柜出口与水击泄压阀相对应的引压管阀门，通过泄压阀上方的排气阀将氮气压力缓慢降低到设定压力值。水击泄压阀开启时，记住氮气压力表读数，逆时针调整相对应的调压器，使氮气压力与泄压阀开启时氮气压力表读数一致，打开引压管和氮气控制柜出口之间的阀门，重新加压直到压力达到设定值，水击泄压阀开启泄压。测试完毕后，连接手摇泵将管内压力泄放至常压后，才能拆卸手摇阀。恢复正常后，缓慢开启水击泄压阀上游的截断阀，水击泄压阀可以正常投入使用。

4.2.4 水击泄压阀的维护工作

定期对阀心进行清洗，避免因杂质堆积导致在阀门开启或关闭时损坏阀门，以及泄压阀工作时出现误判，导致长输管道不必要停输；当发现阀门动作迟缓时应及时投用备用阀，清理柱塞内的液体以保证阀门动作快速灵敏。无论是测试、维修泄压阀，还是正在使用的压力调节器发生故障时，都必须切断气源并排放阀中的气体，避免发生气体压力超高引发伤人事故。在维修控制盘时应关掉水击泄压阀的充气阀，并逆时针转动压力调节器的手柄，排泄掉控制盘和氮气管路中的压力，方可维修。

Use of Flexflo887 Surge Relieving Valve to Maintain Stable Pipeline Operation

LIU Wei（Dresser Instrument Beijing Representative Office,Beijing 100004,China），CHEN Yu-hai,FU Xin-tao

In a closed pressure pipeline,water hammer phenomenon may occur due to sudden change of liquid velocity.It could cause damage to the whole transportation system if without adequate protection measure being taken.This paper gives a brief introduction to the cause,hazard and preventive measure of water hammer phenomenon,and puts emphasis on the structure,operation principle and functional feature of Flexflo887 surge relieving valve.It also offers proposals of operation and maintenance of the valve based on the 20 year’s experience of the valve application in Tie—Da oil pipeline

long-distance pipeline;surge relieving valve;working principle;stability;proposal of maintenance

TE88

B

1001－2206（2011）06－0033－04

刘 玮 （1980-），男，甘肃庆阳人，2003年毕业于北京化工大学机械工程及自动化专业，在读MBA，现从事石油工程机械市场开发相关工作。

2011-09-02