长输管道教学模拟实验装置的开发设计

2013-12-29张树文

长春师范大学学报 2013年6期

张树文，刘刚，张炘

1 实验装置原理

从泵到泵密闭输油流程是全线各泵站直接串联在一起，上站来油直接与下站输油泵的吸入管相连，整个管路形成一个密闭的、连续的水力系统。倘若前一站给出压头大于站间管路所需要的压头，则剩余压头就加在下一站输油泵的进口上，即提供了进口压头，而输油泵的出口压头则为进口压头和输油泵扬程之和。由于上一站影响下一站，全线形成统一的水力系统。每个输油站的工况（排量与压力）就决定于全线总的能量供应与消耗，即各站工况要由全线总的输油站特性和总的管路特性来判断。全线的压力供需平衡关系式如下：

（1）式中，Q-全线工作流量，m3/s；N-全线泵站数；f-单位流量的水力坡降，（m3/s）m-2；Hs1-管道首站进站压头，m液柱；Ht-管道终点剩余压头，m液柱；L-管道总长度，m；Z2、Z1-管道起/终点高程，m；hm-每个泵站的站内损失，m液柱。

从泵到泵密闭输油系统的特点为：①全线任一泵站或站间管路工况变化都会使全线的输量及各站进出口压力发生变化；②由全线输量变化而引起各站压力变化的幅度，随各站间管路特性曲线而不同，特性曲线陡的变化幅度就大；③从泵到泵密闭输油流程的优点在于能减少轻质油品挥发损耗和利用余压节省动力；④简化了流程便于各泵站就地自控和实现全线集中控制等。

2 实验架流程设计

系统组成：泵站输送模块、管道系统模块、计算机数据采集系统、数据处理软件、清管器收发装置、实验展板、电源控制柜、不锈钢水罐等组成。根据工艺计算设计结果，输油管路实验装置全线采用密闭输送方式，管内径40毫米，全长420米左右。全线总共设有4个泵站，即首站1座，中间泵站2座，末站1座。每座泵站配有两台离心式清水泵，两台泵之间采用串联运行方式，各站1#泵采用变频控制方式，便于流量调节。管道采用螺旋铺设方式，4层管架结构，每个站间管道放置在同一层，能够保证站间管线阀门的安装、维修和开关。全线工艺流程图见图1。

2.1 首站流程

首站包括正输流程、站内泵串并联流程、流量计量。

2.2 2#泵站流程

2#泵站流程包括正输、站内泵串并联、压力越站、泄漏阀等。

2.3 3#泵站流程

3#泵站流程包括正输、站内泵串并联、计量、压力越站、发清管球、收清管球。在3#泵站到4#泵站管路之间，设置了透明式的清管器收发实验装置。清管器收发实验装置包括发球筒、收球筒、快开盲板、观察管、安全阀等。

2.4 4#站流程

4#站流程包括正输、站内泵串并联、翻越点观察管、流量计量等。在进末站之前设置一个高点作为实验的翻越点。实验中以各站1#泵同时运行为正常工况。

3 主要实验培训项目

3.1 测绘管路的Q-H特性曲线，求系统的工作点

管路特性曲线是指管路摩阻损失和流量之间的关系。

图1 等温输油管路实验装置工艺流程图

测定管路特性的过程就是改变管线输量，记录各站进、出站压力，测出各泵站之间的管路摩阻损失，由此可得管线总的摩阻损失；正常输油时，输油管上任一截面的流量相等，其数值为全线总泵站特性曲线和总管路特性曲线相交点的流量，称为工作点流量。

3.2 事故工况模拟实验

输油管线在运行过程中难免会有各种意外工况的发生，能够及时、准确地处理各种突发事件是一名合格调度人员的基本素质。本实验通过观察输油管线发生异常工况或突然事故时（如某泵站突然停电等）全线运行参数的变化，来学习各种突发事故的判断与处理方法。常见的事故工况有：①站间管路堵塞；②事故停泵站；③站间管路泄漏。

3.3 管路水击实验

输油管道的密闭输油流程使全线成为一个统一的水力系统，管道沿线某点的流动参数发生变化会在管内产生瞬变压力脉动。该压力脉动从扰动点向管道上下游传播，即引起管道的瞬变流动。这种管道瞬变压力的变化也称水击。沿管道传播的瞬变压力有时会导致压力剧烈波动，甚至会破坏管道的正常运行。本实验装置配备了高速数据采集系统，可以记录管道内压力的瞬变现象，测量管道内的最大水击压力，从而认识水击现象。