第六章 输油管道的水击分析

输输油管道系统水击分析与计算陈鑫!鲁传敬李长俊谢军（上海交通大学）（西南石油学院）（上海交通大学）陈鑫鲁传敬等：输油管道系统水击分析与计算，油气储运，!""!，!#（#!）!$%!&。

摘要水击是输油管道系统中经常出现的一种不稳定流现象。

当管内压力由于水力瞬变而发生急剧变化时，如果某高点未出现因压力低于油品的饱和蒸气压而产生的负压汽化现象，则流动为单相流动，但如果出现负压汽化现象，则处于该点的管段内液体的流动就演变成了气液体两相流动，增大了水击分析的难度。

对管内单相流动和含气泡液体两相流动进行了水击分析，认为分析结果可以真实地反映油品在管内流动的规律，并且可以全面用于模拟和分析管道系统的各种工况，确保管道在安全的前提下优化运行。

主题词输油管道气液两相流水击数学模型分析计算随着输油管道向大型化、连续化和管网化的方向发展，输送过程日益复杂。

而且，在流体输送过程中，水击的发生会使管内某点压力过高或过低，使系统设备或性能遭到破坏。

因此，为了保证管道在安全的前提下优化运行，必须从初期的规划设计到后期的运行管理的每个环节，深入全面地掌握管道工况的动态变化规律，对管道系统进行水击分析及其数值模拟是十分重要的。

一、管道系统数学模型!、管元件模型按’()**(*)和+,-.*的推导，对于薄壁管，波速方程〔#〕可以表达为：!/"#!#（#0"#$%"#0&’"#()*!"）（#）式中!———波速，123；"#———油品体积弹性系数，45；!#———油品密度，6721$；$———管道外径，1；%———管材弹性模量，45；"———管壁厚度，1；#———系数，取决于管道约束方式；&’———液体内气相体积（在常压下）的百分含量；(———气体常数；)———油品温度，8；*———管内某处绝对压强，45。

（#）单相流动水击基本方程〔!〕运动方程：+#+#,0#+#-0#!##*#,0’3.9$0%!.+:+:/"（!）连续方程：#!#!!（+#*#,0#*#-）0#+#,/"（$）能量方程：;（/)）;-<*!!!!#;*;-/%:+$:!.<="$!#（)<)"）（=）式中+———油品流速，123；,———距离，1；-———时间，3；’———重力加速度，123!；$———管道倾角，（0）；%———摩阻系数；.———管道内径，1；/———油品热容，>2（67·8）；!!""!="，上海市闵行区上海交大建工学院1"##""?#班；电话：（"!#）@=A=@&A?。

成品油输送管道水击计算分析以及措施摘要：成品油长输管道启输或运行过程中，各类操作导致发生水击现象，引起管道区部超压、液柱分离等现象。

介绍输油管道水击发生的原因，计算分析华南管道压力异常上涨，验证管道发生水击详细情况。

分析管道水击预防措施，自动泄压、水击超前保护，提出各类工况优化。

关键词：成品油输油管道；水击计算分析；水击防护措施.管道水击产生原因和计算.成品油输送过程中，因流量变化、中间站启停下载、泵切换等情况，会使整个水力系统由一个稳定状态过渡到另一个稳定状态。

油品在管道因原有的流体惯性，在工况变化的过程中，液体流速发生改变引起的压力瞬变的过程中，进行能量转换，由原有的动能转变为压能，这就称为水击。

根据茹科夫斯基公式，由于液流速度的瞬时变化所引起的水击压力变化为P=ρa(v0-v)，式中ρ为液体密度，kg/m³；a为水击波在该管道中的传播速度，m/s；v0—正常输油时液体流速，m/s;v—突然改变后的液体流速，m/s；管道流速计算公式为v=，式中Q为管道内瞬时流量m³/s；R为管道内径 m。

压力波在管道传播速度取决于管壁的弹性和液体的压缩性，其关系为a=,式中E为管材弹性模量，Pa;D为管道内径，m；δ为管壁厚度，m；K为液体的体积弹性系数，Pa;对于一般的钢质管道，压力波在油品中的传播速度大约为1000~1200m/s。

二、成品油输送管道水击分析.管道不满流产生水击现象分析.输油管道启输时，管内油品由静态转变成动态，输油泵启动时，可作为油品状态变化瞬间。

当管道满流的情况下，管内油品因流体惯性，输油泵对油品进行均匀做功，此时油品流速变化小且管道内各处流速相等。

若管道内存有气体，当输油泵对油品做功时，因输油泵出口的气体惯性小，经由输油泵输出的油品速度提升快，同时对管内气体进行压缩，导致管道内油品流速不一致且不可控。

此时管道内油品部分流速快，部分流速慢，当流速不一的油品接触后，两股油品流速发生变化，引起压力瞬变，从而产生水击。

输油管道水击与防护摘要：长距离输油管道密闭输送时，输送过程中各节点的流速和压力均随着时间的变化而变化，运行操作过程中阀门突然开启、关闭及泵机组发生故障等，均会使流体的运行状态发生瞬时变化，易引起水击，导致管道内产生局部超压、液柱分离及泵汽蚀等危害。

研究输油管道瞬时水击压力变化的产生原因，分析水击压力对运行工艺设施的影响，采取措施防止或减小水击危害，对输油管道的安全运行有着重要意义。

鉴于此，本文对输油管道水击进行了分析，并提出相应防护措施，为输油管道的安全运行提供了参考。

关键词：输油管道；密闭输送；水击；水击危害；水击保护引言“密闭输送”的输油系统权限是一个统一的水力系统，前站的剩余压力可以为下站所利用。

当全线密闭的管道系统正常调节出现故障，引起输油工况变化时，会在管内产生水击压力波沿管道向上、下游传播。

如果这种压力波造成管道工作压力超过允许值（高压或低压），如出现非正常停泵、误关阀、停电、着火事故等均会引起水击现象发生。

例如：在输油过程中，如果遇到输油泵站突然停电引起泵机组停运或进出站阀门误操作关闭的工况时，事故泵站会对上游管道传递增压波，使上游管道压力上升，严重时可致管道损坏甚至爆裂[1-3]。

1水击的产生当由于某种原因引起管路中流速突然变化时，例如快速开关阀门、停泵或突然断电，都会引起管内压力相应地发生突然变化，突然变化的压力成为水击压力。

由于液体及管壁的弹性作用，水击压力以压力波的形式在管内迅速传播，当压力波的波面通过管路时，造成管路的振动并产生一种声音，犹如冲击钻工作时产生的声音或用锤子敲击管路时发出的噪音，称之为水击，亦称为水锤。

水击是指液体流速改变引起的压力瞬变过程，实际上是一种能量转换。

2水击特点（1）水击波反射的间隔时间比较长。

长输管道的泵站间距一般都在几十、上百公里，以水击波传播速度为1000m/s估算，某站发生的水击波要经过约几十、上百秒才能传到相邻的泵站，然后再发生反射，所以反射的间隔时间比较长。

管道的水击分析与计算学生姓名：某某专业：过程装备与控制工程班级：过控0704指导教师：某某2010年10月10日目录摘要 (3)关键词 (3)Ⅰ水击的产生 (3)Ⅱ水击保护方法 (3)一.增强保护 (3)二.超前保护 (3)三.泄放保护 (3)Ⅲ管道的水击分析 (4)一.水击对输油管道造成的主要危害 (4)二.管道分析的目的 (4)三.管道分析所需要的基本数 (4)四.管道分析取得的成 (4)Ⅳ水击控制及保护设施 (5)一.泄压阀 (5)二.调节阀 (6)Ⅴ水击计算 (7)一.水击波的压力增加 (7)二.水击波的传输速度和水击压强 (7)Ⅵ防止水击的措施 (9)一.增加防止水击设备 (9)二.建立安全操作体系 (10)Ⅶ结语 (10)参考文献 (11)管道的水击分析与计算摘要：输油管道的密闭流程使管道全线成为一个水力系统，管道沿线的某一点流动参数变化会在管内产生瞬变压力脉动。

该压力脉动从扰动点沿管道上下游传播，引起管道的瞬变流动进而引起的压力波动称为水击。

它引起管内压强上升，轻则噪音与振动，重则超过管内原有正常压强的几十倍甚至上百倍，以致超过了管壁材料的允许应力，造成管道和管件的变形甚至破裂。

因此，了解水击现象的发生、发展过程和计算，对削弱水击所产生的危害是十分必要的。

现代大型计算机的广泛应用，对输油管道的水击分析利用专门编制的程序进行，使得在防护方面取得了理想的经济和社会效益。

关键词：水击；水击防护；瞬变流动；防护系统；水击计算Ⅰ水击的产生管道中液体的运动状态突然改变的情况下发生（如阀门的突然关闭或突然开启，水泵的突然启动或停止，水轮机或液压油缸突然变化负载等）。

由于流速突然发生迅速变化，结果由于流体惯性，必然引起管内压强的剧烈波动，即压强的突然上升与突然下降，并在整个管长范围内传播。

压强突变使管壁产生振动，并伴有似锤之声，故将这种现象称为管内水击现象。

现代输油管道的密闭输油流程使管道全线成为一个水力系统，管道沿线某一点的流动参数变化会在管内产生瞬变压力脉动。

2018年05月油库管道中水击产生的原理及预防措施王勇（重庆盛基新源建筑工程设计有限公司，重庆400000）摘要：水击现象是在油库发油系统中可能出现的一个问题，水击会导致压力的增大，使管道正常工作的压强成倍上升，压强的大幅度波动会带来严重的破坏性，比如损坏计量仪表、破坏阀门、管道爆裂等，对管道的输送效率和设备的安全运行造成极大的影响。

水击现象的原因多样，操作方法不当、设计缺陷等，都会出现水击。

本文对油库管道中水击现象的原理进行探析，并提出相应的预防措施。

关键词：油库管道；水击；预防由于外界的某种因素，比如泵机组突然停车等，导致管道中液体的流速迅速变化，引起液体内部的压强交替升降，急速升高或者降低，这种压强作用在阀门、管壁或者其他元件中，如同锤击，因此称为水击或者水锤。

油品压强由于水击的作用，出现急剧升降的交替变化，压强可以降到油品饱和蒸气压以下，也可以升高到设计压强的几十倍或者上百倍，造成严重的破坏，因此需要确定可能出现的最大压强和最小压强，采取适当的措施防止水击。

1油库管道中水击产生的原理管道和油品都是弹性体，并不是刚体，水击压强达到一定的程度，会导致油品和管道的形变，一方面是管道管壁的膨胀，一方面是油品的压缩。

管道中的油品流速并不是同时发生变化的，而是具有传递性，形成水击波或者弹性波，进而实现传递。

水击发生的重要条件，就是管道油品流速的突然变化。

产生水击现象的内部因素主要是由于油品存在的压缩性和惯性。

2水击的危害输油管路中的水击现象导致管路压强出现急剧的升降，这种变化幅度通常很大，会严重损害管路和相关的连接设备，导致设备运行的不安全。

水击现象产生多种危害，第一，在管路输油作业中出现噪音[1]。

油库管道中发生水击现象，内部的油品压强会迅速大幅度升高，同时迅速产生更大的冲击力，冲击过滤器、单向阀、阀门阀板等设备。

油品压强也会出现迅速的大幅降低。

压力波不断进行升高和降低的交替，也会使部分设备元件承受的压力迅速不断转换，从而导致相互撞击和剧烈的震动，引发噪音。

输油管道水击分析
马新博;曹兴曙
【期刊名称】《石化技术》
【年(卷),期】2017(024)011
【摘要】输油管道常由于阀门误操作和泵机组停运产生水击现象,本文通过水击基础理论的分析,对水击产生的危害进行了总结并给出了相应的防护措施.
【总页数】1页(P22)
【作者】马新博;曹兴曙
【作者单位】西安石油大学陕西西安 710065;延长油田股份有限公司志丹采油厂陕西延安 717500;西安石油大学陕西西安 710065;延长油田股份有限公司志丹采油厂陕西延安 717500
【正文语种】中文
【相关文献】
1.基于SPS软件的庆哈输油管道水击分析 [J], 杜艳平
2.输油管道水击分析与防护 [J], 叶富艳
3.输油管道系统水击分析与计算 [J], 陈鑫;鲁传敬;李长俊;谢军
4.格拉输油管道水击分析与保护措施 [J], 曾多礼
5.复杂输油管道系统的水击控制——大庆至铁岭输油管道的研究 [J], 宫敬;严大凡;张维东
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输油管道的水击危害和防治讨论【摘要】输油管道中存在水击现象，会造成比较严重的影响。

本文主要是从水击发生的原因出发，分析影响水击作用的因素、水击的危害，讨论水击的防治方法。

【关键词】直接水击间接水击防治在原油输送管道中，液体断面上的各个点理论上会维持一定，不会因时间变化，称作为稳定流，但是在实际的运输过程中不太可能出现这种情况，各点的流速和压强都会随着时间变化发生改变，一般情况下这样的改变不明显，可以近似的认为是稳定流。

如果因为一些原因，如开关阀门过快、流程切换、下游站出现突然停泵、油品变化等情况引起管道内部压力的突然变化使得稳定状态破坏，流速和压强都出现剧烈变化发生水击现象。

1 水击分类及公式计算由阀门关闭时产生的增压波会经过上游的反射形成的减压波返回阀门处，这段距离为l，传播速度为c，需要的时间为t=2l/ c，即为水击的相或者相长。

1.1 直接水击如果阀门的开启时间tt，新生的弹性波会与上游反射回来的减压波发生作用，消弱水击的增压作用，在阀门处的水击压力小于直接水击的增压值，称为间接水击。

△p/γ=2v0l/gt0 （式2）γ—比重，l—管道长度由以上（1）（2）两个公式可以得出，水击压力会随着γ的增加、流速v0的增加和水击波的速度c增加而产生更大的水击压力△p。

2 水击的危害在输油管路上产生的水击会对管路和其连接设备带来损伤，严重的影响了输油工作的安全运行，主要的危害是分为以下几个方面：2.1 输油作业产生噪音发生水击现象时，管理内的压力会急剧增大，也加大了对阀门、过滤器等设备的冲击力，由于压力波的正负交替，设备的元件受到的压力会出现变换，容易出现震动和相互撞击而导致噪声的产生。

2.2 造成管路的破裂在水击带来的高压作用下，管壁受到的压力会出现瞬时的升高和降低，疲劳程度会加重，而在反复冲击力的作用下，管壁自身的薄弱点会因为这样的作用而出现疲劳损伤，长时间的运行后就会造成变形和拉裂，造成油品的泄漏。

输油管道的水击分析水击是指液体在管道中快速流动时产生的压力冲击现象。

对于输油管道来说，水击是一个非常重要的问题，因为水击会对管道造成巨大的冲击力，导致管道破裂甚至爆炸，造成严重的安全事故。

因此，对输油管道的水击进行分析和控制是非常必要的。

首先，我们来了解一下水击的原理。

当液体在管道中由于其中一种原因突然停止或改变流动方向时，会导致液体产生冲击波，产生高压区和低压区。

高压区的压力将超过管道的承受力，导致管道破裂。

而低压区的压力则会引起液体的回流和大规模振荡，进一步加剧了水击的破坏力。

水击的产生有多种原因，例如阀门关闭过快、泵机组启停突然、管道泄漏堵塞等。

在输油管道系统中，特别是在泵站、阀室等地方，水击的危险性更大。

因此，对于这些关键的控制节点，应当采取合适的措施来防止水击的发生。

为了分析输油管道的水击现象，通常使用一维流动理论。

该理论假设流体是均匀、定常、不可压缩的，可以采用质量守恒方程和动量守恒方程来描述流动的分布和变化。

在考虑水击问题时，还需要引入一个补偿容器来缓冲液体流动的压力冲击。

补偿容器的作用是通过改变管道系统的远端和近端的液体压力来达到缓冲和稳定液体流动的目的。

补偿容器通常设计为一个封闭的容器，容器中充满了空气或惰性气体。

当液体流速改变时，补偿容器可以通过改变内部气体的体积来平衡液体流动产生的压力冲击。

此外，在设计输油管道系统时，还应注意以下几点来控制水击的发生：1.合理选择管道的材质和尺寸，以保证其足够强度和刚度，能够承受流体的压力冲击。

2.采用合适的阀门和泵机组，以控制流速的变化，避免突然开关或启停造成的压力冲击。

3.在关键节点设置减压阀、隔离阀等，可以分散和缓解水击冲击，降低其对管道系统的影响。

4.定期检查和维护管道系统，及时处理泄漏和堵塞问题，避免因此引起的水击现象。

在实际操作中，水击的分析和控制通常需要使用专业软件进行模拟和计算。

这些软件可以根据管道系统的实际参数和操作条件，模拟液体的流动和压力分布，帮助预测和评估水击的风险，并提供相应的管控措施。

1491 概述水击又名水锤，它常发生在水或蒸汽等有压管道系统中，由于某一管路元件工作状态的改变，使液体流速发生急剧变化，同时引起管内液体压强大幅度波动的现象。

它是有压管道非恒定流问题中的一种。

管道中任一段面的流速、压强、液体的密度及管道直径，不仅与空间位置而且与时间有关。

它可能导致管道系统强烈震动、噪声和空蚀，甚至使管道严重变形或爆裂。

2 水击产生的成因及危害2.1 水击现象的成因在压力管道中，由于液体流速的急剧改变，从而造成瞬时压力显著、反复、迅速变化的现象，称为水击，也称水锤。

产生的原因：当压力管道的阀门突然关闭或开启时，当水泵突然停止或启动时，因瞬时流速发生急剧变化，引起液体动量迅速改变，而使压力显著变化。

管道上止回阀失灵，也会发生水击现象。

在蒸汽管道中，若暖管不充分，疏水不彻底，导致送出的蒸汽部分凝结成水，体积突然缩小，造成局部真空，周围介质将高速向此处冲击，也会发出巨大的音响和振动。

2.2 水击的危害水击现象的发生会引起整个管系发生振动，使管道严重损坏；管道法兰连接处泄漏；管道推力和力矩过大，使与其连接的设备承受过大的应力或使其产生变形，影响设备的正常运行。

3 装置凝结水回水运行情况3.1 运行现状净化装置区的蒸汽消耗主要为生产蒸汽和伴热蒸汽，其中生产蒸汽用于提供溶液再生的热量和再生塔补充蒸汽；伴热蒸汽用于设备管线、仪表的伴热。

蒸汽经用热设备产生的凝结水先汇集于凝结水总管，后流入凝结水回水系统（如图1所示）。

装置夏季运行时生产蒸汽凝结水回锅炉房，冬季运行时生产蒸汽凝结水和伴热蒸汽凝结水一起回锅炉房。

图1 装置蒸汽、凝结水流程示意图3.2 水击产生的原因分析凝结水管道中存部分蒸汽是水击发生的主要原因，在凝结水回水管线中，其介质主要是蒸汽和水的混合物，由于汽水的存在, 就形成了汽和水的两相流动, 两相流的主要特征，是在蒸汽和水之间存在界面, 界面在不同的情况下具有不同的形状，由于重力作用, 凝结水总是在管道底部流动或者向管道低点移动。

密闭输油管道水击保护分析作者：张秀云来源：《中国化工贸易·中旬刊》2018年第11期摘要：密闭输油过程中由于突然停泵或进出站阀门关闭等原因会产生管道系统流量的变化，导致瞬变压力脉动，即水击，对输油管道的运行产生危害。

本文通过特点工况的瞬态模拟，分析水击产生的过程及危害，提出水击保护措施，保证管道的安全运行。

关键词：输油站；水击；密闭输送密闭输送管道全线是一个整体水力系统，任何一个截面压力与流量的变化，都使全线压力与流量在瞬间发生相当程度的波动。

这种压力波动即是水击。

水击严重时，对管线与设备可能造成损害。

1 水击产生的原因及影响在长距离密闭输送的过程中，某一点流动受阻，动能转变为压能，高压波向上游传递，使管道内压力迅速增加，当管内压力超过管道最大允许压力会引起管道的强度破坏[3]。

低压波向下传递，可能使管内液体产生气体逸出，进入泵发生喘振，叶轮气蚀，若管内压力下降至真空，会引起管道强度破坏。

1.1 水击保护措施水击保护有管道增强保护、超前保护和泄压保护3种方法[1]。

①管道增强保护。

即提高管道设计压力，从根本上保证管道不被破坏。

②超前保护。

水击超前保护系统通过检测输油管道上截断阀的阀位变化或关键点的压力变化，预测发生水击可能，并由通信系统迅速向上下游站场发出信号，提前采取相应动作防止水击发生[2]。

上述动作均由以计算机为核心的全线数据采集和监控（SCADA）系统完成。

③泄压保护。

在输油管道合适的位置设置泄压保护系统，当发生水击，超前保护失效时泄压。

泄压系统一般由三部分组成：泄压阀、泄压罐和连接管线。

三种保护方式中增强保护会使管材费用提高，超前保护需高度自动化及控制逻辑，泄压系统需维护保养，工程分析中要对三种方式进行经济分析，以确定最优的保护措施。

1.2 实例分析日照港-京博输油管道工程采用密闭保温输送方式，分别给京博石化、永鑫石化、汇丰石化供油，管径DN700，设计压力10MPa，设计输量1500万吨/年。

油田管道中的水击现象摘要：液体输送过程中，当稳定状态受到破坏，压力发生瞬变时，会发生水击现象、多泵站长距离的密闭输油管道和高低压注水管道中都有可能发生水击现象。

发生水击的物理原因是液体具有惯性和粘性，其特征是流速和压强发生急剧变化。

根据水击现象的诱发因素，提出了具体的水击的预防措施，即压强自动保护、压强自动调节和液流泄放。

关键词：管道井筒水击破坏原因分析措施一、常见输液管道中的水击现象（1）目前埕岛油田输液管网现状它的主要优点就是：（1）易于外输管理；（2）对设备的要求降低；（3）对一些突发事件能赢取时间。

当然缺点也是非常明显：（1）在外输过程中油温降的比较快；（2）中间环节加多，需要管理人员增加，加大了成本；（3）中间环节多，容易引起一些设备的故障；（4）需要人员对平稳外输进行闸门及时调节，保持大罐液位等。

（2）多泵站长距离的密闭输油管道“从泵到泵”的输送是长输油管线中全线统一的密闭输送系统，即除首末两站外，中间各站的油罐都取消，由泵出口直接泵入下一泵站的入口，是一种较先进的长距离输油方式。

这种输油方式可以减少原油的热耗散，充分利用原油从泵站到下一泵站的剩余能量，可节省大量能源。

现在我们在长距离输油时已采用从泵站到泵站的密闭输油工艺。

目前，海上中心平台“从罐到泵”的外输方式，而且为保证平稳外输、和注水平稳，给离心式外输泵、注水泵加装合适的变频装置。

这样即能保证原油外输、注水平稳，又起到了设备保护和节能的效果。

（3）长距离顺序输送管道顺序输送是指在同一条管道内按一定的顺序连续输送几种油品。

由于管道内存在几种物理性质不同的油品，从而引起管道的水力工况变化比较复杂，特别是当两种不同的油品界面通过离心式输油泵时，会引起泵的运行控制条件发生变化，给管路的安全带来影响。

油品交替完成之后，输油泵又回到正常工作点。

这表明，当输送物质交替时间很短时，输油泵的工作点会大大偏离额定工作点，这种偏离对输油泵的正常工作影响很大，容易引起泵的汽蚀、泵机组的过载和因流量低于允许最小工作流量而停机。