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(shí)不能有效保障管道安全的問(wèn)題。通過(guò)優(yōu)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(lián)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(wèn)題，實(shí)現智能檢測、故障判斷和自動(dòng)處理，提升管道智能化運行水平，保障管道運行安全。

關(guān)鍵詞：輸油管道；水擊泄放系統；  超壓保護；  失效聯(lián)鎖保護； 液位超高保護

在輸油管道系統中，閥門(mén)意外關(guān)閉、管道堵塞、輸油泵甩泵等情形均會(huì )引起管道內壓力的急劇波動(dòng)，一旦壓力超高，可能損壞管道以及配套設施，造成嚴重的經(jīng)濟損失和社會(huì )影響[1]。為此，輸油管道和站場(chǎng)均采用了多重安全保護措施來(lái)保障管道的運行安全，而在站場(chǎng)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(jiàn)圖 1，主要包括泄壓閥及上下游手動(dòng)閥門(mén)、就地壓力表、流量開(kāi)關(guān)、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(guān)閉狀態(tài)，當壓力超過(guò)水擊泄壓閥設定值后，泄壓閥自動(dòng)開(kāi)啟，通過(guò)泄壓管路將超壓油品泄放進(jìn)泄壓罐；泄壓系統設有流量開(kāi)關(guān)，泄壓管路有液體通過(guò)時(shí)，流量開(kāi)關(guān)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(kāi)關(guān)，當泄壓罐液位達到相應報警值時(shí)將報警信號上傳至站控室，提醒操作人員及時(shí)采取相關(guān)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(guān)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(kāi)啟，站控室僅能收到報警信號，現場(chǎng)操作人員來(lái)不及去工藝區內關(guān)閉泄壓閥上游閥門(mén)，可能會(huì )導致泄壓罐冒罐（圖 2），造成經(jīng)濟損失和社會(huì )影響。

圖 2 站場(chǎng)泄壓罐冒罐現場(chǎng)

3  水擊泄放系統優(yōu)化設計方法

為解決上述問(wèn)題，優(yōu)化了水擊泄放系統工藝流程（圖 3），增設了相關(guān)聯(lián)鎖保護程序，在水擊泄放系統失效后仍可切實(shí)保障管道的安全運行。優(yōu)化設計要點(diǎn)分述如下。

圖 3 優(yōu)化后水擊泄放系統工藝流程

3.1  增加手動(dòng)球閥

定期維護泄壓閥時(shí)需關(guān)閉上、下游球閥，關(guān)閉次數較多會(huì )造成閥門(mén)內漏，在干線(xiàn)和泄放系統之間增加一臺手動(dòng)閥門(mén)（LO）方便水擊泄放系統維修，為后期運營(yíng)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(lián)鎖保護程序，當進(jìn)站壓力達到高高報警設定值時(shí)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(shí)報警，并執行順序停運本站輸油泵程序；超壓保護聯(lián)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(lián)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(lián)鎖保護程序。

（1）運行壓力未達到泄放設定值時(shí)，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(guò)瞬態(tài)水力分析計算確定），并且滿(mǎn)足以下兩個(gè)條件之一時(shí)報警：①泄壓閥后流量開(kāi)關(guān)報警；②泄壓罐的液位上升速率報警。報警持續10 s后，關(guān)閉泄壓閥上游遠控球閥，調度人員在t秒（具體時(shí)間根據現場(chǎng)反應時(shí)間確定）內未確定，觸發(fā)泄壓閥失效聯(lián)鎖保護程序，則執行某站進(jìn)（出）站ESD閥門(mén)事故關(guān)斷水擊保護程序。

其中，執行機構、壓力變送器、流量開(kāi)關(guān)、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(kāi)，閥門(mén)一旦離開(kāi)全開(kāi)位時(shí)可上傳報警信號。

（2）正常達到泄放設定值時(shí)，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(kāi)啟泄放狀態(tài)，壓力會(huì )隨著(zhù)泄放時(shí)間增長(cháng)而下降，此種情況會(huì )使泄放壓力低于泄壓閥設定值，滿(mǎn)足運行壓力未達到泄放設定值時(shí)泄壓閥失效泄放條件，因此，同樣會(huì )執行泄壓閥失效聯(lián)鎖保護程序。

3.4  泄壓罐液位超高聯(lián)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(lián)鎖保護程序。泄壓罐液位達到高高液位報警值時(shí)，報警持續3 s后關(guān)閉泄壓閥上游遠控閥門(mén)，觸發(fā)泄壓罐液位超高聯(lián)鎖保護程序，并執行某站進(jìn)（出）站ESD閥門(mén)事故關(guān)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(shí)不能有效保障管道的運行安全，輸油管道已發(fā)生過(guò)多起水擊泄放系統失效事故[4]，造成了嚴重的經(jīng)濟損失。優(yōu)化設計后的水擊泄放系統可有效解決其失效問(wèn)題，通過(guò)增加一系列聯(lián)鎖保護程序，實(shí)現智能檢測、故障判斷和自動(dòng)處理。此優(yōu)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(wèn)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(jià)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(xiàn)故障判斷[J]. 中國化工貿易，2017(29)：184.

作者簡(jiǎn)介：趙蘊豐，1984年生，高級工程師，2008年本科畢業(yè)于西南石油大學(xué)，從事油氣儲運設計工作。聯(lián)系方式：0316-2072493，cppezhaoyunfeng@126.com。