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管道中积气震荡对管道的冲击影响分析

发表时间：2021/5/12 来源：《基层建设》2021年第1期作者：王富

[导读] 摘要：近年来，我国的工业化进程有了很大进展，对管道的应用越来越广泛。

        中核检修有限公司阳江分公司广东省阳江市 529941
        摘要：近年来，我国的工业化进程有了很大进展，对管道的应用越来越广泛。本文通过对某系统焊缝开裂事件的原因排查，积气影响分析，得出管道中存在积气时，会在系统中形成流体震荡，进而对系统和设备造成冲击，该冲击力较大且在系统启动过程中无法消除，核电厂在系统启动过程中要进行充分排气，需要避免出现排气不充分出现气腔的现象。
        关键词：焊缝泄漏;低压安注泵;积气震荡;核电厂
        引言
        长输成品油管道投产试运多采用全线水联运或水隔离段后投油的方式。投产时，水在管道内流动，逐渐替换掉敷设管道时封存在管道内的空气，与此同时，水头驱动清管器对管道内部进行冲洗和清扫，去除杂质。然而由于管道随地形上下起伏，大落差管道易出现半管流并产生气体，残存的气体易积聚在管道高点，对管道的投产及生产运行产生不利影响，必须将管道内气体完全排空。
        1系统积气的原因
        (l)在热水供热系统充水前,系统中存有空气。在系统充水时,空气被挤到系统的末端和顶部。这时,打开系统顶部放气阀排出空气,水即充至顶部。但系统内的空气不可能完全排出,在系统的某些部位会存有空气。(2)水中溶有空气。当水逐渐升温时,空气会逐渐从水中分离出来。(3)系统在运行过程中,存在跑冒滴漏现象,需要根据压力情况进行补水。系统补水一般是从开式水箱抽取软化水,抽取时会带人少量空气;同时,补入的冷水经过加热又会有一部分空气分离出来。
        2管道排气情况及积气影响分析
        2.1发生焊缝开裂期间低压安注管线流量示数异常
        当管道内存在积气时，低压安注泵启动后往一回路的管道内流体会产生振荡，低压安注管线流量会有计数。发生此次事件后，对系统运行状态进行了排查，发现低压安注管线流量示数异常，调查确认，经过低压安注管线安全阀流往地坑的液位在试验期间上涨，由于低压安注管线内压力远低于一回路压力，流体无法流向一回路，查询历史记录发现，本次试验期间低压安注管线流量发生0～15m3/h的波动，低压安注泵启动即发生波动，波动持续约20分钟。正常执行该试验期间低压安注管线流量无读数。因此判断低压安注管线流量的示数为流体经过低压安注管线安全阀的流量。
        2.2对设备的影响
        管道积气会聚集在管段高点处，使泵站上游管段形成一个类似不满流的流动形态，给管道系统的设备带来以下几个方面的危害：1）由于管道不满流流态的存在，当液体流速突然变化时，易引发液柱的分离和撞击，水击压力增加，引起气泡的反复产生和溃灭，导致管道或阀体震动，对管道安全造成极大的破坏。2）高点处气体的存在会降低下游流体的压力，有可能导致进泵压力不足。若低于泵的最小汽蚀余量，将产生泵的汽蚀。3）管道积气引起管道流体的两相流。两相流不仅会导致输油泵汽蚀或气缚，还会干扰水联运过程中各种仪表的调试。
        2.3造成水泵气蚀
        当系统中水泵的吸入管段压力过低时,原来溶解于水中的活性气体,如氧气会逸出而形成气泡。这些气泡随液流进入水泵内高压区域,在高压区由于压强较高,气泡迅即破灭,于是在局部地区产生高频率、高冲击力的水击,不断打击泵内部件,特别是工作叶轮,使其表面成为蜂窝状或海绵状。此外,在凝结热的助长下,活泼气体还与金属发生化学腐蚀,以至金属表面逐渐脱落直至破坏。
        3管道积气危害及预防措施
        管道及系统中充水排气操作不当引起气泡时，当管线中的气泡浮力大于水流的推力(小流量)，大气泡受力会回到高点排气阀处排出;当气泡浮力小于水流推力(大流量)，大气泡受力向下游管段聚集，在顺坡地步产生气堵或气塞。气腔在系统中时受系统启动影响产生震荡，引起管道及泵的冲击。此外，不同的泵类出力性能和结构设计也不同，导致管道内气腔体积对流体激振产生的影响也不同。可以确定的是，压头越高，管道内气腔产生的流体震荡越明显。

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        3.1防止室外架空管网放气阅冻坏
        室外架空管网上的放气阀如果设置太高则操作不便,如果设置太低则易冻结。此时,放气阀在低处设置并加一循环伴热管,就可以解决问题。
        3.2系统运行压力过低
        描述:系统运行压力过低往往是由于补水系统压力设定有误造成的。当初次注水完成后如果关闭了补水阀,由于系统运行排出气体或少量密封不严等问题造成系统压力降低,致使某些部位出现负压,这时空气就会进入系统。解决办法:最好的解决办法是使用可视调节型自动补水阀,将自动补水阀置于开启状态,并且保证补水阀设定的压力高于系统静压+水泵最高扬程0.5m以上。
        3.3注水方案
        管道投产注水的方式有多点注水和单点注水两种方式。多点注水受实际情况制约因素较多，要求沿途注水点必须有清洁水源和大扬程泵机组。同时，多点注水会把管道中的气分割为多段，使人工排气小组的布置数量和位置要求精确度高。基于上述多点注水的附加条件，该管道选择了单点注水方式，避免了管道中的气的分割段，减少了人工排气小组的数量和排气位置布置，易于现场操作。
        3.4工况的变化
        在小于设计工况下运行时，压力最低点发生在靠近前盖板叶片进口处的工作面上。开始发生汽化时，因为只有少量汽泡，叶轮流道堵塞不严重，对泵的正常工作没有明显影响，泵的外部性能也没有明显变化。这种尚未影响到泵外部性能时的汽蚀称为潜伏汽蚀。泵长期在潜伏汽蚀工况下工作时，泵的材料仍要受到剥蚀，影响它的使用寿命。当汽化发展到—定程度时，汽泡大量聚集，叶轮流道被汽泡严重堵塞，致使汽蚀进一步发展，影响到泵的外部特性，导致泵难以维持正常运行。
        3.5其他措施
        为避免管道发生积气和气阻，管道首站在启泵注水后及时发球，保证清水段中不会再次进气。各站场在见水后也及时排除前行污水，清理过滤器，并在污水段过后立即发球，即可避免再次进气，又可保证满管运行。管道投产时水头往往含有大量杂质和气体，这些杂质和气体会堵塞管道并损害设备。投产过程中，将两个减压站迷宫式减压阀临时改为节流截止阀，待含有杂质较多的前行水头过站后，节流截止阀再换成原设置的减压阀。此举大大降低了杂质堵塞阀芯的机率，防止了正常运行中由于减压阀堵塞而导致管道压力、流量的震荡。
        结语
        综上所述，投产试运过程中，管道积气会导致管道或管道设备震动、爆裂，对管道运行安全造成极大危害。投产注水方案应根据地形条件、线路走向、水源条件实际情况慎重选择。为减少管中积气和气阻的产生，除管道各站场、阀室进行排气外，还应在大落差管段高点安装临时排气阀进行排气。全线应采取措施及时过滤清除杂质，防止因堵塞造成的设备损坏和管道压力流量的震荡。管道投产是一个系统工程，需要多专业统筹协调及相互配合，才能确保投产顺利和生产运行安全可靠。
        参考文献
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