长输管道泄压阀水力瞬变分析及瞬变工况测试(1)

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)解放军后勤工程学院 作者:张加恩

1、概述

  水击是长输管道运行中常有的一种现象。一面由于局部条件的改变使运行工况发生变化,另一方面输送油品的变化也会导致管道内水力状态发生变化。当突然断电导致停泵,或阀门的快速启闭等,都会使管道输送的稳定状态遭到破坏。在输油过程中由于压力的突变,产生的压力波值超过了管道允许的弹性值及设备的承压能力时,就会引起输油管道和设备的损坏,严重时出现爆管事故。长输管道泄压阀专为流体集输管线设计的一种安全泄压装置,用于防止管道系统由于瞬变流产生的管网异常压力波动及水击压力对管道系统及设备的破坏,该阀可广泛用于油、气、化工产品、浆液、水等介质集输管道系统,作为管线安全保护装置。

2、泄压阀结构及工作原理

  泄压阀(图1)与受保护的管线并联连接,其上游侧与受保护的管线相通,下游侧与水击泄放管道相连。在投入使用前预先向阀门的柱塞腔内充入确定压力的氮气,这样当管线正常输送时,在内腔设定压力作用下柱塞紧密的与主阀座贴合,使泄压阀处于正常关闭状态。当管线发生水击,异常升压,超过其柱塞内腔所设定的安全控制压力时,在压差的作用下柱塞打开,通过柱塞外腔开始泄压并报警。当水击压力衰减到小于设定安全控制压力时,柱塞与阀座缓慢平稳贴合,恢复关闭状态,停止泄放,管线恢复正常输送。

3、水力瞬变分析

  长输管线泄压阀一般安装在下游泵站的入口处(图2),用以保护上游泵站。可建立以下模型来分析终端阀门瞬时关闭产生水击泄压阀入口处的水力瞬变情况。以管道直径D=100mm,管道长度L=12000m,上游泵站提供压头H0=250m,管道出口压头H3=30m,管道内介质流动处于紊流区,m=0.125,f=81.35(s/m3 )1.875,水击波速a=1000m/s的工况条件为例。在管线终端设置阀门在2s内关闭造成水击,泄压阀设置于终端阀门上游附近。

  首先进行终端阀门关闭水击计算。画x - t网格,将管道等分成十二段(N=12),每段长度为Δx=L/N=1000m,时步Δt=Δx/a=1s。终端阀门关闭产生水击,水击特征线方程的差分形式可写为

  水击波传播到泄压阀,当压力高于其开启压力时,泄压阀瞬时打开,泄放管路压力。此时再进行管路下游阀门瞬时开启的水击计算,水击特征线方程同终端阀门关闭的水击特征线方程。泄压阀动作的边界条件为

  将特征线方程编制程序(图3、图4) ,代入题设条件,运行程序计算泄压阀入口端水力瞬变(图5)。

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