不同工况下输气管道截断阀压降速率设定研究

2022-01-26周治国孙世武

全面腐蚀控制 2022年1期

杜宇周治国高阳郑伟郭辉孙世武

（1. 廊坊开发区中油龙慧自动化工程有限公司，河北廊坊 065000；2. 中国石油长庆油田分公司第十二采油厂，陕西西安 710000；3. 中国石油长庆油田分公司第六采油厂，陕西西安 710000；4. 中国石油华北油田公司第一采油厂，河北任丘 062552；5. 中国石油华北油田公司工程技术研究院，河北任丘 062552）

0 引言

随着西气东输、中缅天然气、川气东送等一系列输气管道的建设投产，我国长输天然气管道向着大口径、高压力、高等级的方向发展。当管道在发生泄漏或断裂时，线路两端的截断阀根据检测到的压降速率值可实现自动关断，降低泄漏带来的风险和经济损失。目前，国内截断阀多采用气液联动执行机构，设定值取0.15MPa/min，持续120s，但输气管道在泄漏时属于非稳态流动，在全线采用统一的经验值往往具有盲目性和局限性，可能引发截断阀误操作或不动作的现象。国内诸多学者证明了压降速率与管道参数、泄漏参数等有关，但以上研究未涉及D1219mm以上的管径，且对于上下游阀门关断、管道爆管等特殊工况的研究不足。基于此，根据管道的实际运行情况，以OLGA软件为基础建立管道瞬态模型并进行分析，得到最佳的压降速率和持续时间设定值，为管道投产、运行阶段的安全管理提供理论依据和实际参考。

1 模型建立

管线总长度120km，包括首站、末站和中间5个阀室，阀室间距20km，管径1219mm，设计输量8800×104m3/d，首站出站压力10MPa。该管道位于戈壁地区，沿线地势平缓，阀室间的高差较小，无定向钻穿跨越工程。模拟不同工况下1号阀室的压降速率和持续时间，入口采用流量节点，出口采用压力节点，采用leak模块结合manual controller控制泄漏时刻，泄漏时刻为1min后，背压为大气压，管道模型如图1所示。图中inlet为首站，outlet为2号阀室，leak处为1号阀室。

图1 管道模型图

2 结果与讨论

2.1 非泄漏工况

截断阀压降速率的设定要保证管道发生泄漏时及时关闭，首先需对非泄漏情况进行模拟，使设定值高于非泄漏情况的压降速度，以免引起阀门的误关断。

2.1.1 投产或压缩机启动阶段

两者均为压力、流量缓慢上升，单位时间内压降速度的变化相对较小，可通过控制首站阀门开度和持续时间使压力缓慢上升，保证升压速率小于1号阀室截断阀的设定值即可防止误关断。

2.1.2 首站、2号阀室阀门误关断

首站、2号阀室阀门误关断后1号阀室的压降速率如图2所示。首站阀门误关断时，压降速率先迅速上升至0.06MPa/min，后逐渐波动维持在0.04MPa/min以上，因此只要压降速率设定值在0.06MPa/min以上，首站阀门误关断后就不会引起1号阀室的截断阀关闭；2号阀室阀门误关断时，压降速率先迅速上升至0.05MPa/min后逐渐下降，因此只要压降速率设定值在0.05MPa/min以上，2号阀室阀门误关断后就不会引起1号阀室的截断阀关闭。

图2 阀门误关断时压降速率变化曲线

2.2 泄漏工况

设泄漏处位于1号阀室，模拟不同泄漏孔径（100、200、300、400、500mm）下1号阀室压降速率，如图3所示。泄漏孔径越大，短时间内的压降速率峰值越大，且压降速率下降也越快。统计不同泄漏孔径下，持续时间超过120s的最大压降速率值，如表1所示。根据之前非泄漏工况条件的模拟结果，压降速率设定应在0.05MPa/min以上，但无法检测200mm及以下的泄漏孔径。

表1 不同泄漏孔径下的压降速率设定值

图3 不同泄漏孔径对压降速率的影响

2.3 爆管工况

在此模拟首站出站处和2号阀室进站处爆管工况下1号阀室的压降速率。首站爆管时，1号阀室的压降速率迅速上升至0.35MPa/min，随后逐渐下降，约有230s左右的时间持续在0.10 MPa/min以上，即此时设定值为0.10MPa/min，若持续时间设定值超过230s，则1号阀室的截断阀不会关断，反之持续时间小于230s，则1号阀室的截断阀会关断。

2号阀室爆管时，1号阀室的压降速率迅速上升至0.20MPa/min，随后逐渐下降，约有200s左右的时间持续在0.10MPa/min以上，即此时设定值为0.10 MPa/min，若持续时间设定值超过200s，则1号阀室的截断阀不会关断，反之持续时间小于200s，则1号阀室的截断阀会关断。