輸油管道的水擊分析

1、輸油管道的水擊分析輸油管道中的水擊輸油管道中的水擊 水擊是指液體流速改變引起的壓力瞬變過程。其實際上是一種能量轉(zhuǎn)換能量轉(zhuǎn)換。任何原因引起的流速變化，都將產(chǎn)生水擊，或是增壓、或是減壓。流速的突然下降所 產(chǎn)生的水擊對輸油管道特別危險。 輸油管道的水擊分析“泵到泵泵到泵”輸油管道水擊發(fā)生示意圖輸油管道水擊發(fā)生示意圖輸油管道的水擊分析當流場中液體質(zhì)點的運動要素不僅隨空間位置而變、而且隨時間而當流場中液體質(zhì)點的運動要素不僅隨空間位置而變、而且隨時間而變化時，這種流動稱為非恒定流動。變化時，這種流動稱為非恒定流動。 有壓管中的非恒定流動，稱為有壓非恒定流動。有壓管中的非恒定流動，稱為有壓非恒定流動。 水擊

2、水擊（或稱水錘）是有壓管中的一種重要的非恒定流現(xiàn)象。（或稱水錘）是有壓管中的一種重要的非恒定流現(xiàn)象。當流場中液體質(zhì)點的運動要素不僅隨空間位置而變、而且隨時間而當流場中液體質(zhì)點的運動要素不僅隨空間位置而變、而且隨時間而變化時，這種流動稱為非恒定流動。變化時，這種流動稱為非恒定流動。 有壓管中的非恒定流動，稱為有壓非恒定流動。有壓管中的非恒定流動，稱為有壓非恒定流動。 水擊水擊（或稱水錘）是有壓管中的一種重要的非恒定流現(xiàn)象。（或稱水錘）是有壓管中的一種重要的非恒定流現(xiàn)象。 這種壓強的交替升降，有時會達到很大的數(shù)值，處理不當將導這種壓強的交替升降，有時會達到很大的數(shù)值，處理不當將導致管道系統(tǒng)發(fā)生強烈

3、的振動，管道嚴重變形甚至爆裂。致管道系統(tǒng)發(fā)生強烈的振動，管道嚴重變形甚至爆裂。水擊物理概念水擊物理概念 輸油管道的水擊分析水擊波的傳播及波速計算水擊波的傳播及波速計算 水擊是以壓力波的形式在有限的管道邊界內(nèi)進行傳播和反射的。水擊波的傳播分為四個階段，從伐門突然開啟或關(guān)閉，使水流流速改變產(chǎn)生水擊波，這是水擊的第一個階段，也是直接波。水擊波所到之處，管道內(nèi)的流速和壓強也隨之發(fā)生變化。 當水擊波傳播到水庫或水池或者回到伐門處，水擊波將產(chǎn)生反射，這種反射的水擊波稱為間接波。 當水擊波傳播到水庫或水池，水擊波將發(fā)生反射，這種反射波是等值異號反射，即入射的是增壓波，反射將減壓波，反之亦然。水擊波傳播到閥門

4、處將產(chǎn)生等值同號反射，即入射的是增（減）壓波，反射的也是增（減）壓波。由于摩擦阻力的作用，水擊波在管道內(nèi)的傳播將逐漸衰減，最后達到平衡狀態(tài)。 水擊波在閥門和水庫之間往返一次所需的時間 ，稱為一個相長。往返兩次的時間 稱為一個周期。式中a為水擊波的波速，l為管道的長度。2ltc42ltc輸油管道的水擊分析階段時段流速變化流速方向壓強變化水擊波傳播方向運動狀態(tài)液體狀態(tài)一水庫 閥門即b a增高 閥門 -水庫即a -b減速增壓壓縮二閥門 水庫即a b恢復原狀水庫- 閥門即b- a減速減壓恢復原狀三閥門 水庫即a b降低 閥門 -水庫即a -b增速減壓膨脹四水庫 閥門即b a恢復原狀水庫- 閥門即b-

5、a增速增壓恢復原狀clt 0cltcl2cltcl32cltcl4300v00v00v00v水擊的分類：水擊的分類： 根據(jù)閘門關(guān)閉（或開啟）的時間ts與相長t的比值直接水擊直接水擊：閘門關(guān)閉（或開啟）的時間tst（相長），即從水庫反射的減（增）壓波尚沒有到達閥門處時，閥門已經(jīng)關(guān)閉（開啟）完畢，閥門處已達最大（?。┧畵魤簭?。 間接水擊間接水擊：指閘門關(guān)閉（或開啟）的時間tst（相長），即從水庫反射的減（增）壓波已到達閥門處，閥門尚未關(guān)（開）完畢，使閥門處水擊壓強不能再升高（降低）到最大（?。ｉy門突然關(guān)閉時有壓管道中的水擊的物理過程閥門突然關(guān)閉時有壓管道中的水擊的物理過程v00pgh0ablpg

6、a0ltta v=0v00pgh0ablpg2llttaa v0av023llttaa v00pgh0ablpgv0v0=0pgav=034llttaa v00pgh0ablpgv0v0=0pgv0av0流速由v00，壓強增加p，管壁膨脹流速由0 -v0 ，壓強減小，恢復原狀，管壁恢復原狀流速由-v00，壓強降低p，管壁收縮流速由0 v0 ，壓強增加，恢復原狀，管壁恢復原狀水擊壓強的計算（直接水擊）水擊壓強的計算（直接水擊）依動量定理可推得：輸油管道的水擊分析0()pa vv 0()pahvvgg當閥門突然完全關(guān)閉時，v=0，則有0pav 0pahvgg例如某壓力引水鋼管內(nèi)水擊波傳播的速度a=

7、1000m/s，設(shè)流速由6 m/s減少到零時，閥門突然關(guān)閉時的壓強水頭增量為100066009.8hm輸油管道的水擊分析根據(jù)質(zhì)量守恒原理可推導出水擊波的傳播速度11()1)kadk dkeek、液體的體積模量、密度e、d、管壁材料的彈性模量、管徑、管壁厚度輸油管道的水擊分析以蘇南管道為模型，對壓力波速度進行計算：8829-29.16 101730=9.16 100.392211+1-0.3()1)2.07 107 10kadk dkee =1013.25(m/s)此速度為充滿汽油的406.4 7.1的管道中，壓力波的理論速度。輸油管道的水擊分析v00pgh0l 若關(guān)閉閥門所經(jīng)歷的總時間為ts，

8、則可將它分成n個時段t1， t2 ， tn ， ts =t1 ，t1時段101()pa vvt2時段212()pa vv2slta若則閥門處01niippav 2slta若則閥門處01niippav 2slta若則閥門處將不可能升到閥門突然關(guān)閉時那樣高的水擊壓強直接水擊直接水擊間接水擊間接水擊輸油管道的水擊分析直接水擊直接水擊當當 時，閥門處的壓強不受閥門關(guān)閉時間長短的影響時，閥門處的壓強不受閥門關(guān)閉時間長短的影響2slta間接水擊間接水擊當當 或或 時，閥門處的壓強與閥門關(guān)閉時間的長時，閥門處的壓強與閥門關(guān)閉時間的長短有關(guān)短有關(guān)2slta2satl 工程設(shè)計中減小水擊壓強的工程設(shè)計中減小水擊

9、壓強的措施措施：在管壁材料強度允許的條件下，應(yīng)當選用在管壁材料強度允許的條件下，應(yīng)當選用直徑較大直徑較大，管壁較薄管壁較薄的水的水管。管。合理選擇參數(shù)，并盡可能合理選擇參數(shù)，并盡可能延長延長閥門調(diào)節(jié)時間，以避免產(chǎn)生直接水閥門調(diào)節(jié)時間，以避免產(chǎn)生直接水擊。擊。水擊計算基本公式水擊計算基本公式 液體流速瞬時變化所引起的初始水擊壓力（直接水擊）： 防止水擊的措施防止水擊的措施 （1 1）輸油管道水擊的特點）輸油管道水擊的特點 1）對長距離輸油管道的水擊要考慮水擊波傳遞過程中的阻尼現(xiàn)象。 2）中間泵站突然停輸是長輸管路中產(chǎn)生水擊的主要原因，其對上游站和下游站的影響各不同，對上游站傳遞的是增壓波，對下游

10、站是減壓波。 輸油管道的水擊分析輸油管道的水擊分析)()(00vvcgvvcp00cvgcvp（2 2）輸油管道水擊的控制）輸油管道水擊的控制 對于水擊過程的控制，其目的是避免管道超壓（包括超高壓或超低壓）；二是減輕管道運行參數(shù)的脈動，維持管道的平穩(wěn)運行。用于控制水擊過程的裝置和措施很多，根據(jù)其作用原理可分為兩類： 一類是從改變流速變化過程的角度考慮，如采用氣體緩沖罐、水擊罐等，設(shè)計合理的閥門開、關(guān)程序和停泵控制過程，減緩流體瞬變過程。例如在停電站上、下游的泵站上停一臺泵，以適應(yīng)事故站的流量變化等。另一類是使用各種壓力保護設(shè)備，防止管道超過允許工作壓力。如各種泄壓裝置、回流保護系統(tǒng)和邏輯控制順

11、序停泵技術(shù)等。 輸油管道的水擊分析輸油管道的水擊分析 1）調(diào)節(jié)閥控制 管道系統(tǒng)中的調(diào)節(jié)閥是一種阻力可變的節(jié)流元件。通過改變閥門的開度，可以改變管道系統(tǒng)的工作特性，從而實現(xiàn)調(diào)節(jié)流量，改變壓力的目的。 2）壓力保護控制 采用密閉輸送流程的管道，除采用調(diào)節(jié)閥控制泵站進、出口壓力外，還使用壓力保護裝置，用于防止管道超壓。 泄壓閥泄壓閥：泄壓閥系統(tǒng)作用是當管道系統(tǒng)產(chǎn)生擾動時，在超壓點把部分甚至全部液體泄放到常壓罐中，以減輕瞬變壓力波動，防止瞬變壓力造成的危害。泄壓系統(tǒng)一般由三部分組成：泄壓閥、泄壓罐和連接管道。 輸油管道的水擊分析輸油管道的水擊分析回流保護回流保護：回流保護措施主要用于單泵或并聯(lián)泵站進站壓力超低限的保護。由于進、出站壓差大，對于泵站進站壓力變化范圍小、自控水平比較低的管道，回流可以迅速調(diào)整進站壓力，維持離心泵正常運行。 泵機組順序自動停運泵機組順序自動停運：是建立在泵站邏輯控制基礎(chǔ)上的一種保護措施。該措施主要用于泵站吸入壓力超低，或出站壓力超高的保護。停運泵機組是人為造成的擾動。這樣，降低了泵站提供的能量，減少了泵站的通過能力，使出站壓力下降，進站壓力上升。這種措施主要用于采用串聯(lián)泵機組的泵站。 輸油管道的水擊分析輸油管道的水擊分析回流超前保護回流超前保護： 瞬變過程的超前保護是建立在高度自動化基礎(chǔ)上的一項保