关键词 输油管道 典型工况 计算机仿真 模拟分析
计算机仿真在管道行业的应用越来越广泛。运行管理人员利用水力仿真软件可进行多种工况模拟，水力仿真的开展对提升管道运行管理水平，实现管道安全运行和节能降耗发挥显著的作用。
VariSim作为一款专业的管道水力模拟软件，适用于简单的稳态模拟和复杂的水击动态研究，可实现泄漏分析与检测、水击分析与保护、机组优化、批次输送计划与跟踪、操作方案评价等多种功能。因其计算结果准确可靠，界面友好，在国内外得到了广泛应用。目前公司部分管线已利用VariSim完成了管道水力模型的搭建。通过VariSim对事故时的瞬态工况进行模拟，可以直观了解运行参数的变化情况，为提前制定预防措施提供参考。
1 主要运行工况
输油管道在运行过程中，输油泵非正常停运、阀门误动作以及管道漏油等引起的管道运行参数异常变化的情况称为事故工况。事故工况发生时，运行参数经常会产生巨大波动，严重影响管道的平稳运行。为确保输油管道运行安全，需要对可能发生的事故工况进行分析，提前采取消减措施。水力仿真的开展为各种措施的制定提供了科学的依据。
2 典型工况模拟
文中以某长输管道仿真系统为例，介绍VariSim针对不同工况的仿真应用。
2.1 稳态工况模拟
某常温输油管道，输送介质为进口原油，全长约568 km，共设5座输油站场和17座截断阀室，沿线地势较平坦。正常运行工况下采用“三二三二”开泵方式，输量为5200m3/h，首站出站压力约5.45MPa，末站进站压力约0.25MPa。利用VariSim软件模拟该工况下的压力和流量如图1所示：首站出站压力为5.65MPa，末站进站压力为0.35MPa，非常接近与实际运行参数。.png)
图1 稳态工况 图2事故停泵工况
2.2 事故停泵
当某中间泵站输油泵全部非正常停运时，该站突然停止了对下站的供油，但上站仍以常量向停运站输油，故在停运站的入口处，上站来油停止流动，发生阻塞，致使压力上升；而在通往下站的管路里内，油流在惯性作用下，仍保持向前流动，使停运站出口处因断流而产生真空，少量的液体蒸发，蒸发产生的气体积聚在管线高点形成气泡，当气泡破裂时上下游的液体相撞，产生高压。当中间泵站DH站输油泵异常全部停运后，压力及流量变化情况如图2所示。结合输油泵特性曲线，经水力仿真可知：此种工况下进站端压力虽然上升至4.3MPa，但未达到进站低压泄压值（5.8Mpa），无超压泄压风险；但下游泵站要防止汇管压力过低造成甩泵。此时若站场有备用泵机组，值班人员应立即启用备用机组，恢复管道的正常运行；若备用机组无法及时启动时，则应通过调减全线运行泵台数的方式进行处置，避免下游发生甩泵事件。
2.3 事故关阀
当外管道截断阀异常关闭时，阀门上游压力急剧上升，阀门下游压力瞬间下降。管内压力突变产生的水击波会引起管线超压、液柱分离以及泵气蚀等危害，严重时可能造成管道破裂。图3为模拟EH阀室（介于HA站和GY站之间）异常关闭时的参数变化情况。针对此类事故风险，建议设置水击超前保护程序，加强对阀门状态的监控，当发现阀门开度小于95%且延时2s后开度仍在减小，系统紧急停上游RZ 、DY和HA全部输油泵，防止上游管道超压；同时要根据压力趋势及时停下游GY站输油泵，防止压力过低造成甩泵。
图3 事故关阀工况 .png)
图4 外管道泄漏工况
2.4外管道泄漏
当RZ站和GY站间外管道发生泄漏时，泄漏点上下游压力均发生下降，如图4所示。管线内油品流速因惯性保持不变，上下游和泄漏点之间形成压差。压差使得泄漏点上游流量增加，泄漏点下游流量减小。当管道发生泄漏时，应立即通过泄漏监测系统对泄漏点进行精确定位，同时安排管线紧急停输，启动应急和抢修方案，尽量降低事故的影响。
3 结论
通过VariSim软件对管道瞬态工况进行模拟分析与研究，可以预测管输系统正常和非正常工况下的瞬变压力，为制定运行方案、完善保护策略提供科学依据，不断提升生产运行管理水平。但同时也要看到，由于受输油泵特性、原油物性等因素影响，模拟值与运行值还存在部分差异，需要不断加强现场数据的采集与分析，定期对模型参数优化完善，才能切实提高仿真系统的准确性。
论文作者:杲志强
论文发表刊物:《科学与技术》2020年1期
论文发表时间:2020/4/29
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