馮亮

西南管道貴陽輸油氣分公司

摘  要：利用SPS仿真軟件建立管線模型，先將初設(shè)中不同故障工況的超前保護(hù)程序進(jìn)行驗(yàn)證，隨后對(duì)程序進(jìn)行調(diào)整并模擬，對(duì)比模擬結(jié)果與實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，最終確定優(yōu)化后的超前保護(hù)程序。結(jié)果表明：初設(shè)超前保護(hù)程序存在兩處不合理；可基于各站進(jìn)出水擊泄壓閥最低設(shè)定值調(diào)整實(shí)際運(yùn)行泄壓閥設(shè)定值；確定滿足全線超前保護(hù)下的最低干線閥室閥門截?cái)鄷r(shí)間值。

關(guān)鍵詞：中緬原油管線；超前保護(hù)；安全；穩(wěn)定性

在原油密閉輸送過程中，輸油管道成為一個(gè)統(tǒng)一的水利系統(tǒng)[1]。任何故障都有可能造成管線壓力突然升高，繼而對(duì)管線產(chǎn)生嚴(yán)重?fù)p壞[2-5]。近年來，許多管道均利用超前保護(hù)原理進(jìn)行保護(hù)，取得良好的效果[6-9]。超前保護(hù)原理是在產(chǎn)生水擊時(shí)，由管道控制中心迅速向上、下游泵站發(fā)出指令，上、下游泵站立即采取相應(yīng)保護(hù)動(dòng)作，產(chǎn)生一個(gè)與傳來的水擊壓力波相反的擾動(dòng)，兩波相遇后，抵消部分水擊壓力波，以避免對(duì)管道造成危害[10-11]。

利用SPS仿真軟件對(duì)中緬原油管線（國內(nèi)段）進(jìn)行建模，以優(yōu)化超前保護(hù)程序，為中緬原油管道安全運(yùn)行提供參考。

1 模擬內(nèi)容

SPS仿真軟件能對(duì)管道輸送的單一流體、單相混合流體或批次流體進(jìn)行仿真，從INPREP文本文件獲得管道信息，包括物理元件的所有信息[12]，不但能仿真大多數(shù)管線的正常運(yùn)行工況，并能仿真控制管道事故工況，諸如管線斷裂、設(shè)備故障等。 SPS軟件可計(jì)算管道沿線流量、壓力、密度、溫度等參數(shù)，并能以圖形或報(bào)表的形式輸出[13]。

SPS軟件仿真功能可以通過兩種形式實(shí)現(xiàn)，即通過控制序列運(yùn)行或交互式（運(yùn)行過程中可以改變邊界條件）運(yùn)行,初始狀態(tài)可以是零流量狀態(tài)、已儲(chǔ)存的穩(wěn)定狀態(tài)或者用戶自定義穩(wěn)定狀態(tài)[14]。

中緬原油管線（國內(nèi)段）包括1干1支。干線從云南省瑞麗市58號(hào)界碑入境，與中緬天然氣管道干線并行，經(jīng)德宏州、保山市、大理市、楚雄市，最后到達(dá)安寧的云南石化。全線有5個(gè)泵站、 1座分輸站，設(shè)計(jì)輸量為1 300×104 t/a，其中瑞麗站有15×104 m3的大罐，故國內(nèi)段可單獨(dú)作為一個(gè)水利系統(tǒng)，對(duì)其進(jìn)行研究。

選擇沙特輕油，以設(shè)計(jì)輸量為穩(wěn)態(tài)開始模擬（表 1）。

2 模擬結(jié)果

所有模擬以表 1為初始點(diǎn)進(jìn)行，主要涵蓋三個(gè)方面的研究。 

（1）基于表 1，依次模擬初設(shè)中的所有故障觸發(fā)的超前保護(hù)程序。模擬故障包括甩泵、進(jìn)出站ESD閥門故障關(guān)斷、監(jiān)控閥室故障關(guān)斷。

模擬結(jié)果發(fā)現(xiàn)兩處不合理，一是保山站進(jìn)站泄壓設(shè)定值偏低（設(shè)定值為4.7 MPa），在所有的故障觸發(fā)超前保護(hù)中，該點(diǎn)總是會(huì)觸發(fā)水擊泄壓閥動(dòng)作；尤其是保山出站ESD閥門故障關(guān)斷工況下，約泄油45 m3。二是彌渡站甩泵工況所采取的超前保護(hù)程序錯(cuò)誤，在該超前保護(hù)模擬下，保山站進(jìn)站水擊泄壓處于常泄壓狀態(tài)。建議更改該超前保護(hù)程序，由降量輸送改為全線停輸。

（2）基于表 1，研究各站的水擊泄壓閥壓力設(shè)定值。利用設(shè)定輸量的穩(wěn)態(tài)工況，依次關(guān)閉各站進(jìn)出站泄壓閥，測(cè)試其水擊的極限壓力，得到各站進(jìn)出站極限壓力（表 2）。

根據(jù)表 2可以得出：保山進(jìn)站水擊泄壓設(shè)定值明顯偏低，與研究（1）模擬結(jié)果結(jié)論一致，建議視該管線承壓壓力將其更改為6.3 MPa。

（3）基于表 1，依次更改初設(shè)中的閥門全關(guān)斷時(shí)間，重點(diǎn)關(guān)注關(guān)斷時(shí)間的取值范圍。

基于初設(shè)的超前保護(hù)原理模擬所有故障，包括甩泵、進(jìn)出站ESD閥門故障關(guān)斷、監(jiān)控閥室故障關(guān)斷。依次更改閥門全關(guān)斷時(shí)間，得出滿足所有故障超前保護(hù)程序的閥門全關(guān)斷時(shí)間范圍。表 3為芒市甩泵工況下的閥門全關(guān)斷時(shí)間范圍。

將所有得出的取值范圍取交集，得出閥門關(guān)斷時(shí)間的取值范圍為175 s～182 s。初設(shè)中的閥門全關(guān)斷時(shí)間為180 s，該設(shè)定值使得閥門實(shí)現(xiàn)緩關(guān)，降低“水擊”造成的影響。建議將閥門全關(guān)斷時(shí)間設(shè)為178 s，這樣可在保證故障工況下超前保護(hù)程序?qū)�管線的保護(hù)，在發(fā)生故障時(shí)盡快關(guān)閉閥門，減少損失。

3 結(jié)語

利用SPS仿真軟件對(duì)中緬原油管線（國內(nèi)段）進(jìn)行了模擬，根據(jù)實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行了修正，最終確定了優(yōu)化的超前保護(hù)程序，為相關(guān)管線安全運(yùn)行提供了參考。

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    作者簡(jiǎn)介：馮 亮 ，1 9 8 5 年生 ， 2 0 1 3 年 碩 士 研 究 生 畢 業(yè) 于中國石油大學(xué)（北京）油氣儲(chǔ)運(yùn)專 業(yè) ， 工程師 ， 現(xiàn)主要從事天然 氣 和 原 油 長輸管道方 面 的工作。聯(lián)系方式： 17708806816，fenglangtc@126.com。