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，先將初設中不同故障工況的超前保護程序進行驗證，隨后對程序進行調整并模擬，對比模擬結果與實際運行數據，最終確定優化后的超前保護程序。結果表明：初設超前保護程序存在兩處不合理；可基于各站進出水擊泄壓閥最低設定值調整實際運行泄壓閥設定值；確定滿足全線超前保護下的最低干線閥室閥門截斷時間值。

關鍵詞：中緬原油管線；超前保護；安全；穩定性

在原油密閉輸送過程中，輸油管道成為一個統一的水利系統[1]。任何故障都有可能造成管線壓力突然升高，繼而對管線產生嚴重損壞[2-5]。近年來，許多管道均利用超前保護原理進行保護，取得良好的效果[6-9]。超前保護原理是在產生水擊時，由管道控制中心迅速向上、下游泵站發出指令，上、下游泵站立即采取相應保護動作，產生一個與傳來的水擊壓力波相反的擾動，兩波相遇后，抵消部分水擊壓力波，以避免對管道造成危害[10-11]。

利用SPS仿真軟件對中緬原油管線（國內段）進行建模，以優化超前保護程序，為中緬原油管道安全運行提供參考。

1 模擬內容

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

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

中緬原油管線（國內段）包括1干1支。干線從云南省瑞麗市58號界碑入境，與中緬天然氣管道干線并行，經德宏州、保山市、大理市、楚雄市，最后到達安寧的云南石化。全線有5個泵站、 1座分輸站，設計輸量為1 300×104 t/a，其中瑞麗站有15×104 m3的大罐，故國內段可單獨作為一個水利系統，對其進行研究。

選擇沙特輕油，以設計輸量為穩態開始模擬（表 1）。

2 模擬結果

所有模擬以表 1為初始點進行，主要涵蓋三個方面的研究。 

（1）基于表 1，依次模擬初設中的所有故障觸發的超前保護程序。模擬故障包括甩泵、進出站ESD閥門故障關斷、監控閥室故障關斷。

模擬結果發現兩處不合理，一是保山站進站泄壓設定值偏低（設定值為4.7 MPa），在所有的故障觸發超前保護中，該點總是會觸發水擊泄壓閥動作；尤其是保山出站ESD閥門故障關斷工況下，約泄油45 m3。二是彌渡站甩泵工況所采取的超前保護程序錯誤，在該超前保護模擬下，保山站進站水擊泄壓處于常泄壓狀態。建議更改該超前保護程序，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定值。利用設定輸量的穩態工況，依次關閉各站進出站泄壓閥，測試其水擊的極限壓力，得到各站進出站極限壓力（表 2）。

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

（3）基于表 1，依次更改初設中的閥門全關斷時間，重點關注關斷時間的取值范圍。

基于初設的超前保護原理模擬所有故障，包括甩泵、進出站ESD閥門故障關斷、監控閥室故障關斷。依次更改閥門全關斷時間，得出滿足所有故障超前保護程序的閥門全關斷時間范圍。表 3為芒市甩泵工況下的閥門全關斷時間范圍。

將所有得出的取值范圍取交集，得出閥門關斷時間的取值范圍為175 s～182 s。初設中的閥門全關斷時間為180 s，該設定值使得閥門實現緩關，降低“水擊”造成的影響。建議將閥門全關斷時間設為178 s，這樣可在保證故障工況下超前保護程序對管線的保護，在發生故障時盡快關閉閥門，減少損失。

3 結語

利用SPS仿真軟件對中緬原油管線（國內段）進行了模擬，根據實際運行數據進行了修正，最終確定了優化的超前保護程序，為相關管線安全運行提供了參考。

參考文獻：

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    作者簡介：馮 亮 ，1 9 8 5 年生 ， 2 0 1 3 年 碩 士 研 究 生 畢 業 于中國石油大學（北京）油氣儲運專 業 ， 工程師 ， 現主要從事天然 氣 和 原 油 長輸管道方 面 的工作。聯系方式： 17708806816，fenglangtc@126.com。