馮亮

西南管道貴陽(yáng)輸油氣分公司

摘  要：利用SPS仿真軟件建立管線(xiàn)模型，先將初設中不同故障工況的超前保護程序進(jìn)行驗證，隨后對程序進(jìn)行調整并模擬，對比模擬結果與實(shí)際運行數據，最終確定優(yōu)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(jìn)出水擊泄壓閥最低設定值調整實(shí)際運行泄壓閥設定值；確定滿(mǎn)足全線(xiàn)超前保護下的最低干線(xiàn)閥室閥門(mén)截斷時(shí)間值。

關(guān)鍵詞：中緬原油管線(xiàn)；超前保護；安全；穩定性

在原油密閉輸送過(guò)程中，輸油管道成為一個(gè)統一的水利系統[1]。任何故障都有可能造成管線(xiàn)壓力突然升高，繼而對管線(xiàn)產(chǎn)生嚴重損壞[2-5]。近年來(lái)，許多管道均利用超前保護原理進(jìn)行保護，取得良好的效果[6-9]。超前保護原理是在產(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保護動(dòng)作，產(chǎn)生一個(gè)與傳來(lái)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，以避免對管道造成危害[10-11]。

利用SPS仿真軟件對中緬原油管線(xiàn)（國內段）進(jìn)行建模，以?xún)?yōu)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(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]，不但能仿真大多數管線(xiàn)的正常運行工況，并能仿真控制管道事故工況，諸如管線(xiàn)斷裂、設備故障等。 SPS軟件可計算管道沿線(xiàn)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(guò)兩種形式實(shí)現，即通過(guò)控制序列運行或交互式（運行過(guò)程中可以改變邊界條件）運行,初始狀態(tài)可以是零流量狀態(tài)、已儲存的穩定狀態(tài)或者用戶(hù)自定義穩定狀態(tài)[14]。

中緬原油管線(xiàn)（國內段）包括1干1支。干線(xiàn)從云南省瑞麗市58號界碑入境，與中緬天然氣管道干線(xiàn)并行，經(jīng)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(xiàn)有5個(gè)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(gè)水利系統，對其進(jìn)行研究。

選擇沙特輕油，以設計輸量為穩態(tài)開(kāi)始模擬（表 1）。

2 模擬結果

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，依次模擬初設中的所有故障觸發(fā)的超前保護程序。模擬故障包括甩泵、進(jìn)出站ESD閥門(mén)故障關(guān)斷、監控閥室故障關(guān)斷。

模擬結果發(fā)現兩處不合理，一是保山站進(jìn)站泄壓設定值偏低（設定值為4.7 MPa），在所有的故障觸發(fā)超前保護中，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(mén)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程序錯誤，在該超前保護模擬下，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程序，由降量輸送改為全線(xiàn)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(tài)工況，依次關(guān)閉各站進(jìn)出站泄壓閥，測試其水擊的極限壓力，得到各站進(jìn)出站極限壓力（表 2）。

根據表 2可以得出：保山進(jìn)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(xiàn)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(mén)全關(guān)斷時(shí)間，重點(diǎn)關(guān)注關(guān)斷時(shí)間的取值范圍。

基于初設的超前保護原理模擬所有故障，包括甩泵、進(jìn)出站ESD閥門(mén)故障關(guān)斷、監控閥室故障關(guān)斷。依次更改閥門(mén)全關(guān)斷時(shí)間，得出滿(mǎn)足所有故障超前保護程序的閥門(mén)全關(guān)斷時(shí)間范圍。表 3為芒市甩泵工況下的閥門(mén)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(mén)關(guān)斷時(shí)間的取值范圍為175 s～182 s。初設中的閥門(mén)全關(guān)斷時(shí)間為180 s，該設定值使得閥門(mén)實(shí)現緩關(guān)，降低“水擊”造成的影響。建議將閥門(mén)全關(guān)斷時(shí)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(xiàn)的保護，在發(fā)生故障時(shí)盡快關(guān)閉閥門(mén)，減少損失。

3 結語(yǔ)

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

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] 趙云磊，張廣斌. 長(cháng)輸原油管道水擊分析與控制[J].科技與生活， 2012(12)： 164-165.

[3] 趙振智，王為民，李衛衛. 原油碼頭管道輸送水擊問(wèn)題的研究與分析[J]. 當代化工， 2013(9)：1237-1239.

[4] 杲志強. 儀征—長(cháng)嶺原油管道水擊分析與防護[J].中國石油和化工標準與質(zhì)量， 2012(12)： 231-231.

[5] 蒲加波，王世凱. 關(guān)于原油管道水擊控制的研究[J].中國石油和化工標準與質(zhì)量， 2011(12)： 292-292.

[6] 鐘仕榮，王建華，卞保武. 甬滬寧原油管道水擊分析與超前保護[J]. 化工自動(dòng)化及儀表， 2005，32(6)： 48-51.

[7] 方愛(ài)國，薛海鴻. 三塘湖原油管道水擊保護措施[J].油氣儲運， 2011， 30(6)： 465-466. 

[8] 王蘭花. 原油長(cháng)輸管道水擊分析及保護方案[J]. 中國石油和化工標準與質(zhì)量， 2014(6)： 94-95.

[9] 王強，馬宏偉. 安全控制系統在管道水擊保護中的應用[J]. 管道技術(shù)與設備， 2016(3)： 54-57.

[10] 檀偉，張燕霞，馮樹(shù)元，等. 基于GB 50253的輸油管道水擊泄壓系統[J]. 現代化工， 2015(9)：195-196.

[11] 陳國元. 大慶―錦西輸油管道工程ESD系統的設計[J].自動(dòng)化博覽， 2009， 26(1)： 46-48.

[12] 黃靖雅，梁光川，周軍. 基于SPS軟件的輸氣管網(wǎng)調峰分析[J]. 化工管理， 2017(2):30.

[13] 杜艷平，來(lái)海雷. 應用SPS軟件模擬輸油管道預熱投產(chǎn)過(guò)程[J]. 油氣田地面工程， 2014(8)： 32-33.

[14] 安家榮，李健，魏偉，等. 基于SPS軟件的埋地熱油管道停輸溫降分析[J]. 管道技術(shù)與設備，2014(3)： 4-6.

    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）油氣儲運專(zhuān) 業(yè) ， 工程師 ， 現主要從事天然 氣 和 原 油 長(cháng)輸管道方 面 的工作。聯(lián)系方式： 17708806816，fenglangtc@126.com。