趙蘊豐 劉建鋒 劉艷東 丁其宇 馮凱

中國石油天然氣管道工程有限公司

摘要：為解決傳統方法設計的水擊泄放系統失效時不能有效保障管道安全的問題。通過優化設計，如增設遠傳儀表并提升設備SIL等級，增設閥前執行機構遠程控制，增設閥前壓力超壓保護程序、泄壓閥失效聯鎖保護程序、泄壓罐液位超高保護程序等，可有效解決水擊泄放系統失效問題，實現智能檢測、故障判斷和自動處理，提升管道智能化運行水平，保障管道運行安全。

關鍵詞：輸油管道；水擊泄放系統；  超壓保護；  失效聯鎖保護； 液位超高保護

在輸油管道系統中，閥門意外關閉、管道堵塞、輸油泵甩泵等情形均會引起管道內壓力的急劇波動，一旦壓力超高，可能損壞管道以及配套設施，造成嚴重的經濟損失和社會影響[1]。為此，輸油管道和站場均采用了多重安全保護措施來保障管道的運行安全，而在站場內設置水擊泄放系統是保障管道安全運行的重要措施之一。

1  傳統水擊泄放系統設計方法

輸油管道水擊泄放系統傳統設計方法見圖 1，主要包括泄壓閥及上下游手動閥門、就地壓力表、流量開關、泄壓管路、泄壓罐等[2]。

圖 1 傳統水擊泄放系統工藝流程

泄壓閥正常情況下為關閉狀態，當壓力超過水擊泄壓閥設定值后，泄壓閥自動開啟，通過泄壓管路將超壓油品泄放進泄壓罐；泄壓系統設有流量開關，泄壓管路有液體通過時，流量開關報警并將報警信號上傳到站控室，提醒操作人員監測泄放情況。泄壓罐設有高液位報警和高高液位開關，當泄壓罐液位達到相應報警值時將報警信號上傳至站控室，提醒操作人員及時采取相關安全措施。

2  傳統水擊泄放系統失效影響分析

泄壓閥為水擊泄放系統關鍵設備[3]，泄壓閥一旦失效將不能有效保障管道安全。傳統設計的泄放系統方法，當管道正常運行泄壓閥突然失效故障開啟，站控室僅能收到報警信號，現場操作人員來不及去工藝區內關閉泄壓閥上游閥門，可能會導致泄壓罐冒罐（圖 2），造成經濟損失和社會影響。

圖 2 站場泄壓罐冒罐現場

3  水擊泄放系統優化設計方法

為解決上述問題，優化了水擊泄放系統工藝流程（圖 3），增設了相關聯鎖保護程序，在水擊泄放系統失效后仍可切實保障管道的安全運行。優化設計要點分述如下。

圖 3 優化后水擊泄放系統工藝流程

3.1  增加手動球閥

定期維護泄壓閥時需關閉上、下游球閥，關閉次數較多會造成閥門內漏，在干線和泄放系統之間增加一臺手動閥門（LO）方便水擊泄放系統維修，為后期運營提供便利。

3.2  泄壓閥前超壓保護程序

為保障泄壓閥及管道的安全運行，水擊泄放系統增設泄壓閥前超壓聯鎖保護程序，當進站壓力達到高高報警設定值時報警，并執行順序停運上游站的輸油泵程序；當出站壓力達到高高報警設定值時報警，并執行順序停運本站輸油泵程序；超壓保護聯鎖設定值推薦比泄壓閥設定值低0.2 MPa以上。

3.3  泄壓閥失效聯鎖保護程序

為減小水擊泄放系統失效后果，增設了泄壓閥失效聯鎖保護程序。

（1）運行壓力未達到泄放設定值時，泄壓閥失效泄放。當泄壓閥上游壓力變送器值低于泄壓閥設定值﹣0.2 MPa（具體設定值需通過瞬態水力分析計算確定），并且滿足以下兩個條件之一時報警：①泄壓閥后流量開關報警；②泄壓罐的液位上升速率報警。報警持續10 s后，關閉泄壓閥上游遠控球閥，調度人員在t秒（具體時間根據現場反應時間確定）內未確定，觸發泄壓閥失效聯鎖保護程序，則執行某站進（出）站ESD閥門事故關斷水擊保護程序。

其中，執行機構、壓力變送器、流量開關、液位計應具備SIL2安全等級，而且為提升執行機構供電安全，泄壓閥前遠控球閥納入UPS配電，并設置邏輯鎖開，閥門一旦離開全開位時可上傳報警信號。

（2）正常達到泄放設定值時，高壓泄放后泄壓閥不回座失效泄放。如果正常高壓泄放后泄壓閥不回座，一直保持開啟泄放狀態，壓力會隨著泄放時間增長而下降，此種情況會使泄放壓力低于泄壓閥設定值，滿足運行壓力未達到泄放設定值時泄壓閥失效泄放條件，因此，同樣會執行泄壓閥失效聯鎖保護程序。

3.4  泄壓罐液位超高聯鎖保護程序

為避免泄壓系統失效導致冒罐，增設了泄壓罐液位超高聯鎖保護程序。泄壓罐液位達到高高液位報警值時，報警持續3 s后關閉泄壓閥上游遠控閥門，觸發泄壓罐液位超高聯鎖保護程序，并執行某站進（出）站ESD閥門事故關斷水擊保護程序。

4  結論

傳統水擊泄放系統設計在泄放系統失效時不能有效保障管道的運行安全，輸油管道已發生過多起水擊泄放系統失效事故[4]，造成了嚴重的經濟損失。優化設計后的水擊泄放系統可有效解決其失效問題，通過增加一系列聯鎖保護程序，實現智能檢測、故障判斷和自動處理。此優化泄放系統已應用于國內20多條輸油管道運行管理，有效解決了水擊泄放系統失效問題，保障了管道運行安全。

參考文獻：

[1]劉靚，田遠，王群雁.日照―儀征原油管道水擊分析與保護[J].油氣儲運，2014，33(8)：909-912.

[2]劉洋，劉威.水擊泄壓閥在成品油管道的應用[J].價值工程，2012，31(25)：64-65.

[3]于京平，馮坤. 水擊泄壓閥的應用及失效分析[J].油氣儲運，2016，35(2)：173-175.

[4]馮永衡.先導式水擊泄壓閥在線故障判斷[J]. 中國化工貿易，2017(29)：184.

作者簡介：趙蘊豐，1984年生，高級工程師，2008年本科畢業于西南石油大學，從事油氣儲運設計工作。聯系方式：0316-2072493，cppezhaoyunfeng@126.com。