陈佳羽，田爱红，王立涛，王端瑞，赵 馨

（中国石油长庆油田分公司第三输油处，宁夏银川 750006）

原油管道“密闭输送”工艺输送成本低，油气损耗小，便于实现全线的统一管理和控制，是当前输油系统建设的趋势。但也正是由于它的密闭性和连续性，一旦发生如阀门误关断、输油泵停运、管线泄漏等事故，管道内部将产生严重的水击现象。因此，“密闭输送”工艺的实现要求场站具备高度自动化的控制系统和完善的水击保护措施。

长庆油田第三输油处靖惠输油管道三座主要的输油站运行十余年，均采用“旁接油罐”形式进行原油输送。为实现降本增效，推进输油工作高质量发展，现已制定“密闭输送”改造方案，但此方案仅提出了工艺流程倒改的方法，在“密闭输送”改造投用前，还应根据实际情况，对管道水击事故工况进行模拟分析，论证极端工况下水击事故的危害程度，针对水击保护系统和自动控制调节系统的投用现状提出建议，做出改进，最大程度上避免水击事故的发生，使新工艺得以安全稳定运行[1]。

1 密闭输送水击分析

1.1 管道概况

靖惠输油管道2003 年9 月投产，始于陕西省靖边县周河乡，止于宁夏盐池县惠安堡镇。由一条输油主干线和两条插输支线组成，主干线全长216.65 km，设计输油量250×104t/a，规格φ377×6 mm，设计压力6.4 MPa。全线共设截断阀室12 座；输油站五座。

1.2 全越站密闭输送水击风险

（1）在全越站流程运行下，中间站接收首站来油直接外输，不加压、不加热、不计量，将导致部分管段的管道泄漏检测系统失效，一旦发生泄漏事故，无法对其及时进行泄漏点的定位、控制措施的实施。建议在密闭输送方案正式投用前，对失效管段装设数据检测装置，恢复泄漏检测和定位的功能。

（2）全越站运行时，中间站进站调压阀是全开的，因中间站进站无法调压，前半段管线翻越点后原油流动很容易在管道内产生不满流的现象，使得翻越点后管段长期遭受轻度水击振荡的破坏，造成管道的老化和腐蚀，成为一个不可忽视的安全隐患。建议对全越站流程进行系统的水力计算、热力计算，从而确定安全运行工艺参数的控制范围，并严格执行，将水击造成的负面影响降到最低。

（3）当首站来油与储罐来油混输时，由于储罐来油已经加压加热，与首站来油压力、排量不一致，容易导致管线超压、高低压泄放阀误动作的危险。控制措施：尽量保证首站出站排量稳定，中间站出站最好不要与储罐来油混输，避免水击波的产生[2]。

1.3 水击事故工况仿真模拟分析

本节内容利用管网仿真软件，对靖惠输油管道全越站输送时中间站进站阀门因信号错误或故障而突然关闭的异常事故工况进行模拟，以全越站首站-中间站管段为研究对象，预测在最大输量的极端工况下，管道水击事故发生的严重程度，校核该段管道对于水击的承受能力，为靖惠输油管道密闭输送水击保护措施的改进提供依据。

1.3.1 稳态模型建立 根据模拟结果在输量403 m3/h，出站压力3.65 MPa 下，沿线压力在高程最低点“沟底”（43 km，1 370 m），达到5.15 MPa 的高压，处于管线安全压力范围内；压力最低点在中间站进站处，1.79 MPa。全线正常运行，流量波动稳定。模型基本符合实际情况。

1.3.2 关阀水击事故工况动态仿真模拟

1.3.2.1 中间站进站阀突然关闭，首站停泵事故工况由模拟结果可知，整个水击过程持续时间约16 min，由中间站关阀至首站水击增压波传播时间约为110 s，传播速度约为1.03 km/s。各点压力变化均呈水击规律上下波动。沿线最大压力点（沟底）的变化较为平缓，最大压力5.15 MPa，可观察到所有节点压力变化均在管道安全压力范围内，无超压状况出现。

1.3.2.2 中间站进站阀突然关闭，首站不停泵事故工况由模拟结果可知，整个水击过程持续时间约26 min，因首站外输泵加压，与中间站关阀传来的增压波相对，起到抑制增压波的传播作用，故而增压波传播时间与停泵工况模型相比长一些，约为230 s，传播速度约为0.49 km/s。沿线最大压力点（沟底）的压力随水击振荡和首站出站的加压不断上升，最大压力6.8 MPa，超出设计压力，有破管危险。

1.3.3 动态仿真模拟结论 模拟结果充分表明，在60 s关阀且正常停泵的事故工况下，发生的水击现象对管道影响不大，未出现超压现象；而在60 s 关阀不停泵的事故工况下，发现由于低点原因，“沟底”、1#阀室、2#阀室出现超压现象，有管线破裂危险。由此可见，当发生异常关阀水击事故时，必须立刻停泵，同时由于水击对管道流量流速变化的敏感性，对于管道重要阀门的关阀时间，要尽可能设置的长一点。所以说，当水击发生时，对于水击的控制和保护一定要及时，高度自动化的控制系统和完善的水击保护措施非常重要。

2 水击保护措施及建议

2.1 水击超前保护

水击超前保护的机理是利用中央控制系统提前设定好的程序，对管道工艺参数进行分析，检测到水击现象的发生，在水击波到来之前，对其予以遏制。根据上文的水击模拟结果，水击波在靖惠输油管道中的传播速度大致在1 km/s，三座输油站间距均在113 km 左右，这意味着在该管道上实现水击超前保护要在110 s 内完成。根据水击发生的原因，建议靖惠输油管道水击超前保护指令应在以下条件下触发：（1）各站进出站阀门故障关闭开度持续减小；（2）干线阀室截断阀前后压差超过规定范围；（3）各站进出站压力达到或超过管道设计的安全压力；（4）首站外输泵动力中断突然停运。

2.2 压力安全联锁保护

靖惠输油管道SCADA 系统里设定了全线水击联锁及泄放保护、站内输油泵启停、储罐高低液位故障等联锁内容，并出台了联锁管理制度。目前联锁报警和控制措施触发正常，能一定程度上对站内设备、管段水击现象的发生做出保护。但水击保护方案未设置截断阀关闭工况的联锁保护，需要进一步完善。

2.3 全线紧急停车系统（ESD 系统）

全线紧急停车系统（ESD 系统）一般装设于各场站的控制系统之中，能够对现场各类设备、ESD 阀门的运行状态进行直接干预。在发生场站火灾、管线破裂、原油泄漏、剧烈水击等危急情况时，ESD 系统启动，控制全线紧急停车，达到安全保护的目的。ESD 系统是水击保护的最后一道防线，当超前保护、泄压保护均无法对水击产生有效的抑制时，ESD 系统会对全线执行紧急停车的操作[3，4]。对于密闭输送管道，ESD 的装设很有必要。

3 结语

实际工作中，应该对水击的发生时刻保持警惕，生产运行中必须控制排量压力处在规定范围，设备启停时要严格按操作规程执行，将水击发生的源头彻底切断，再结合技术性的保护措施，达到万无一失的平稳，实现管道高质量安全输送。