堵塞水力瞬变模拟在输油管道中的应用分析

李天一

中国石油管道沈阳输油气分公司，辽宁沈阳 110031

堵塞水力瞬变模拟在输油管道中的应用分析

李天一

中国石油管道沈阳输油气分公司，辽宁沈阳 110031

随着近年来国内生产建设不断发展，西气东输、老工业基地改造、城市管网建设、民居工程、污水处理、农田水利等诸多重大惠民项目的建成投产，给管道行业带来的前所未有的发展机遇。文章针对输油管道的堵塞和渗漏情况，进行了水力瞬变模拟的试验和分析，旨在为同行们在日常工作中提供一点意见和建议。

堵塞水力；输油管道；模拟实验

随着国家石化工业的迅速发展，石化长输管道行业得到了前所未有的发展机会。然而，我们不能忽视那些长期服役的输油管道的腐蚀和损坏，尽管技术人员也采取了不同的防腐以及防范的措施，但由于长期的腐蚀、制造缺陷、人为的破坏等原因所引发的管道穿孔泄漏和堵塞的现象时有发生。因此，作为从事输油管道安全管理的工作者，研究输油管道的泄漏和堵塞有着非常重要的意义。

1 输油管道的表现形式

1.1 常规性的堵塞或穿孔渗漏

常规性的堵塞或穿孔渗漏，通常都是表现为长期腐蚀性的堵塞或穿孔渗漏。这种腐蚀性的堵塞或穿孔形式，是因为管材焊口的焊接缺陷和材质不均匀性以及管道内的防腐工艺的质量不过关直接导致的穿孔或堵塞。因此这种堵塞或穿孔的发生的地点有着一定的不确定性。最为常见的是那些长时间服役的污水管道、输油管道上。其生产单位通常都会有一定的准备。这种堵塞或穿孔事件发生的频率相对较高，最好的解决方法就是及时更新替换管道。防范于未然，才能有效地解决输油管道的堵塞或穿孔问题。

1.2 突发性的堵塞和穿孔渗漏

突发性的堵塞或穿孔渗漏，通常有两种表现形式，一种是由于管道的变形所引发的堵塞或穿孔，出现这种现象的原因主要是因为企业在生产运行的过程中，反复进行冷热的交替，从而致使管道发生了位移上的微妙变化，从而引起了局部的变形，最后累积起皱，拉裂引发了堵塞或穿孔，这种堵塞或穿孔通常都是发生在管道的弯头和拐点处。第二种是人为的堵塞或打孔（盗油分子所致），这种破坏随意性比较强，发生地点通常和管道埋藏深度有着直接的关系，埋深浅，而且还比较偏僻或者是有田间路或乡间小道的地方，容易被盗油分子所利用。

2 输油管道水力瞬变模型

2.1 管道堵塞模型

当管道堵塞（渗漏），过油的断面就会突然变大（小），之后突然变小（大），所以，就可看做是在管道的中间串联了一个内径较大（小）、长度较短的管道。因为管道的过油截面积突然发生了改变，就会引起油流的局部扰动，造成了相应能量的损失，此处的能量损失通常都是由扩张损失和收缩损失组成。

2.2 管道水力瞬变模型

当输油管道发生了堵塞（渗漏）时，就会由此产生的向上（下）游传播的增（减）压波及向下（上）游传播减（增）压波传到上、下游泵站所用时间比较短，所以可设在整个过程油品的温度没有变化，同时管内的油品流动看作是一维不定的常流动，油品和管道变形都是在线型弹性的变形范围之内。

3 案例模拟及分析

3.1 案例

某条81km长的水平埋在地下管道，全线设有3座泵站，泵站之间的距离是27km，管道的规格为7mm×410mm，400KD2502单泵运行，进站液位是40m，管道末端的出口液位是4Om，该管道输送的是柴油，油品温度为20℃，稳态流量为1 225m3/h，设计堵塞地点在第2座泵站下游处13.5km，假设堵塞面积分别为0.09m2（70%），0.10m2（75%），0.11m2（85%），0.12m2（90%）。

3.2 模拟结果及分析

设输油管道在正常运行期间，在第二座泵站下游13.5km处突然发生管道堵塞，引起管道的非稳态流动。用Visualc++ 6.0编程计算，用Origin6.0将计算结果绘制成图，得出了在不同堵塞面积下压力及流量的变化，模拟结果及分析如下：

1）堵塞面积对上游压力影响:在不同的堵塞面积下，当发生堵塞，堵塞点上游压头瞬间出现一个高峰，然后瞬间降到一定程度，随后逐渐升高，最后，压头趋向于一个新的稳态。堵塞面积越大，瞬间出现的压头高峰峰越大，趋向稳定所需时间越多，稳定后的压头升高也越大。如堵塞面积小于0.1m2时，堵塞点上游压头所受影响不大；

2）堵塞面积对堵塞点流量影响:在不同的堵塞面积下，当发生堵塞，流量瞬间急剧减小，随着堵塞点上、下游间压力差增大，流量随之上升，最后，流量逐渐建立一个新的稳态。从上、下游传播来的反射波对流量也造成一定的干扰，且堵塞面积越大，流量瞬间减小越大，趋向稳态所需时间越长，稳态后的流量也越小。当堵塞面积小于0.1m2，流量所受影响不明显；

3）堵塞面积对上游泵出口压力量影响：在不同的堵塞面积下，堵塞初始，上游泵的出口压头不受影响，当增压波传到上游泵的出口，泵的出口压头瞬间出现一个高峰，然后瞬间降低到一定程度，随之逐渐升高，最后，泵的出口压头趋向一个新的高度。堵塞面积越大，瞬间出现的压头高峰越大，趋向稳定所需时间越多，稳定后的压头升高也越大。如堵塞面积小于0.1m2时，泵的出口压头所受影响不大；

4）堵塞面积对堵塞点下游压力影响：在不同的堵塞面积下，当发生堵塞，堵塞点下游压头瞬间出现一个低峰，然后瞬间回升到一定程度，随后逐渐下降，最后，压头趋向于一个新的稳态。堵塞面积越大，瞬间出现的压头低峰越大，趋向稳定所需时间越多，稳定后的压头降低也越大。如堵塞面积小于0.1m2时，堵塞点下游压头所受影响小大。

4 结论

我国的石化输油管道的建设已经驶入高速发展的阶段，然而有些输油管道总是在运行期间，经常由于工程施工以及其他不确定因素将管道推弯，甚至出现因机械的压扎使得一些管道变瘪，从而导致了部分管道的变形，在使用清管器进行清理时就会发生卡住，造成了管道的堵塞。对与一些输送含水率或含蜡较高的输送管道，尤其在我国的北方地区，冬季经常会发生管道的堵塞和渗漏。一旦发生了堵塞，上游的压力就会迅速增高，下游的压力随时降低。如果减压波被传到下游泵的进口地方，就会造成泵的进口处的压力太低导致了大量的汽蚀产生，这不仅严重地影响了泵的实际吸入的性能，同时也对泵和管道造成了相对比较严重的损害。所以研究不同管道的堵塞面积对压力、流量的影响，确保输送工作的顺利开展是一项长期的发展战略。

[1]刘晓娜，张廷全.复杂长输管道水力瞬变计算[J].天然气与石油，2011，9(3)：11-12.

[2]聂平一，邓松圣，文俊.管道泄漏水力瞬变模拟研究[J].油气储运，2010，25(7)：19-2O.

U17

A

1674-6708（2011）53-0102-02