海底输油管道水力瞬变分析模型探究及水击保护

田园

摘 要：管道内流体运动状态骤变产生的水击现象会造成压力管道爆裂，致使海底管道原油泄漏，是海洋石油生产作业中经常面临的现实问题，通过Joukowsky水击公式推导计算出非正常工况下产生的水击压力，评估海底输油管道的安全运行风险，最终得出需要在海管入口增加压力安全阀来释放水击产生的高压，对海洋石油平台海底管道安全生产具有重要作用。

关键词：水击；Joukowsky水击公式；海底管道；压力安全阀

海底输油管道在投运和停运、事故工況停车以及调节阀动作失灵误关闭等操作过程中， 管道内原油的流动速度发生剧烈的变化，引起管道内压强大幅度的波动，从而产生像锤击一样作用在管壁、阀门或者其他管道元器件上交替升降的水击压强。发生水击现象时产生的水击压强急剧升高或者下降，有时可达到管道正常工作压力的几十倍之高，处理不当则可能会导致管道系统发生强烈的振动，管道严重变形甚至爆裂。据统计，在实际生产作业中，由水击导致的管道系统损坏及管道破裂事故超过系统总破损率的百分之七十以上。因此，对密闭输送的原油管道进行水击压强计算从而提出合理的解决方案是很有必要的。

1 直接水击压强和水击波速理论计算

1.1 直接水击压强

经典的Joukowsky水击公式推导如下：如图一中取长度为的管段进行研究，两端有1-1和2-2两个断面，设管道中原来的流体流速为，压强为，流体的密度为，管道横断面积为，关闭阀门使管路发生水击，经过时间，水击波由1-1断面传至2-2断面，则管段内的流速由减小到，压强由增大到，压缩后流体密度变为，由于管壁发生膨胀，横断面积增大到，时间段内水体动量的变化为

3 海管运行水击保护措施

通过在海管入口关断阀下游设置压力安全阀向常压闭式排放罐泄压，以减轻发生水击时高压对管道的损伤。

参考文献：

[1]吴持恭.水力学（第三版）[M].北京：高等教育出版社，2003.

[2]武玉梅.长距离输液管道水击现象分析及处理措施研究.[J].城市建设理论研究（电子版），2011.

[3]任东芮.水击理论及水击波速研究[D].郑州大学硕士学位论文，2016.