齐丹阳1
国家管网集团东部原油储运有限公司抢维修中心，江苏 徐州，221008
摘要：本文通过对水击保护的具体实例分析，阐述了长输原油管道在密闭输油过程中，水击现象产生的原因及保护策略，并提出对相关设备进行维护的对策和建议。从而避免密闭输油管道因原油流量突变而发生水击，有效防止严重水击工况对输油设备和管线造成严重危害。
关键字：原油管道；水击现象；水击超前保护；系统相关设备维护。
引言
随着我国经济的快速发展，对石油等能源资源的需求在不断增加，我国输油管道建设的步伐也随之加快。由于管网具有连接错综复杂，管道沿线输油站及阀室距离分散等特点，管道运行工况也存在许多变化因素。原油长输管道在密闭输送时作为统一的水力系统，输油管线阀门误操作、输油泵的异常停机等情况，都会引起管道压力大幅度波动，从而造成水击，严重危及管道安全。随着SCADA系统的引入，实现了对现场设备的实时监控、报警、联锁保护以及管道水击超前保护等，极大的提高了管道输送原油的自动控制水平。本文以塘燕复线为例，对原油管道水击保护策略进行详细概述，并探讨相关设备的维护办法和维护过程中如何避免水击保护误动作现象，提高原油管道的安全性。
1.水击的形成原因及危害
原油长输管道距离都在数百或数千公里之间，密闭的输油管道流程使管道全线形成一个整体的水力系统，稳态下的管线内原油流量是一致的，运行状态由全线各输油站的泵运行台数、扬程及管道调节情况而确定。
当管道沿线某一点瞬时流速急剧变化，引起液体动量迅速改变，会在管道内部压力显著波动，从而产生水击。原油流量变化耗时越短、变化越大，则瞬变压力波越强，对管道的破坏也越严重。[1]造成水击波的原因有很多种，如泵机组的启动与停运、干线远控阀室截断阀门误动作等。
原油管道的水击现象多由事故引发，当压力升高至正常压力数倍，突然的大幅度变化会引起管道振动，管壁材料将承受很大压力。如产生的压力波在管道所承受允许范围内时，则不会对管道造成破坏。若超出允许范围，将会引起管道和设备振动，并发出强烈的声响，严重时可能会造成管道超压变形甚至破裂，进而引发一系列安全、环境事故，实际严重程度视事故本身性质而定。
2.原油管线水击超前保护
2.1 水击保护的主要目的
水击保护的目的是采用预先的预防保护措施，使水击的压力波动不超过管道与设备的设计强度，将管道内水击波的压力控制在正常范围内，减轻管道运行参数的脉动，维持管道的平稳运行。
2.2水击保护的方法
为减小水击压力造成的破坏，水击保护方法主要有超前保护、泄放保护和管道增强保护三种。[2]
（1）超前保护
超前保护是在产生水击时，由控制中心迅速向上、下游泵站发出指令，上、下游泵站立即采取相应保护动作，产生一个与传来的水击压力波相反的扰动，两波相遇后，抵消部分水击压力波，以避免对管道造成危险。超前保护是建立在管道自动化基础之上的一项自动保护技术。
（2）泄放保护
泄放保护是在管道一定地点安装专用的泄放阀，当出现水击波时，通过阀门将管道中原油泄放至泄放罐中，从而削弱水击波，防止水击现象发生。目前我单位输油管线运用较广的泄压阀为氮气轴流式泄压阀。
（3）管道增强保护
当管道各处的设计强度能承受无任何保护措施条件下水击所产生的的最高压力时，则不必为管道采取保护措施。小口径管道的强度往往具有余量，能够承受水击的最高压力。
3.水击事故的控制方法及实例
3.1水击事故的控制方法
长输密闭输油管道的剧烈水击可能造成设备设施的破坏而引发水击事故。水击波具有传播速度快特点，很难对水击事故进行预警，也无法通过人工操作的方法处理事故，所以其最有效的防护手段就是依靠管道的自动保护系统来实现。
在密闭输送的管道中，干线的压力自动保护，需利用能监控整条管线运行参数的中心自动控制系统来实现。各输油站、远控阀室将实时压力数据传输至自控系统，自控系统会在管线出现异常情况时采取措施进行自动保护。
在管道实际运用中，将水击波拦截作为水击保护方案中的一种方法编入SCADA系统中，依靠其功能自动进行事故辨认，对各泵站的主泵等设备直接下发操作指令，及时消除水击危害。
3.2水击控制实例
水击保护需要依托泵入出口汇管和出站管线上的压力开关及压力变送器，利用SCADA系统逻辑控制或硬线跳泵功能，实现对管线压力的控制。当泵入口汇管压力较低时，SCADA系统根据联锁保护设定值控制输油泵机组顺序停运；若泵入口汇管压力继续降低至硬线跳泵值，则触发压力开关，所有输油泵将同时停运。当泵出口汇管压力或出站压力升高至联锁保护设定值时，SCADA系统控制输油泵顺序停运；当出口汇管压力或出站压力升高至设置的极限值时，则触发压力开关，所有输油泵同时停运。
4.水击保护系统相关设备的维护
水击保护作为保障原油管道安全运行的重要措施，在输油工艺出现异常，操作人员又未发现或进行及时处置时可以避免管道遭受水击压力破坏，因此确保水击保护系统的准确性与完好性尤为重要。对水击保护系统相关设备定期进行维护时，应注意下列方面：
(1)确保氮气式水击泄压阀压力泄值满足管道的要求，按照每半年一次校验频率对泄压阀设定点进行检查，若出现偏差及时进行调整，保证其精度和可靠性。定期观察泄压阀阀腔压力，通过计算与设定值作对照，确保氮气瓶气源压力满足要求，当气源压力不足时及时对氮气瓶进行更换。
(2)定期检查出站调节阀运行情况，测试调节阀时检查气源压力及调节阀减压过滤器压力是否均在合适范围内。对调节阀气源进行规范管理，及时对储气罐进行排水，保证气源干燥，以及及时对液压油进行补充。阀门由远程控制状态切换为就地手动控制时，严格按照操作步骤执行，首先关断供气，防止阀门产生异常开关动作或者憋压损坏。
(3)定期检查涉及联锁位置的压力变送器和压力开关的运行情况，在有效期内进行校验，如发现故障、超差，及时进行调校或维修更换。
在对上述水击保护系统相关设备进行维护作业时，必须做好相关保护措施。认真分析具体作业内容，做好各项安全确认措施，履行必要的手续，摘除相关联锁或水击保护，运行设备切换至就地以及将调节阀旁通阀门打开后方可进行，避免发生水击保护误动作现象。
结束语
原油管道密闭输送工艺复杂、管道距离较长、涉及设备较多且相互间关系复杂，故压力管道系统的水击危害很大，若操作人员未及时发现或未及时进行处置，极易发生事故。因此，原油管道的水击保护系统作为原油管道安全运行的重要保障，必须保证该系统的准确与完好性，日常操作中严格按照规程执行，将水击事故的发生频率和水击造成的损失降至最低。
参考文献
[1] 房旭鹏,熊伟,魏晓宁.长输管道瞬变流控制研究[J].油气储运，2009，(2):26-30.
[2] 董超,张超,刘佳.输油管道密闭输送水力状态与水击保护研究[J].化工管理，2016,(3):152-154.
[3] 张宁,冯玉华,邓静,等.新疆化-王成品油管道事故瞬态分析[J]. 当代化工, 2015(3):629-631.