1、,输油管道的水击分析,输油管道中的水击 水击是指液体流速改变引起的压力瞬变过程。其实际上是一种能量转换。任何原因引起的流速变化，都将产生水击，或是增压、或是减压。流速的突然下降所 产生的水击对输油管道特别危险。,输油管道的水击分析,“泵到泵”输油管道水击发生示意图,输油管道的水击分析,当流场中液体质点的运动要素不仅随空间位置而变、而且随时间而变化时，这种流动称为非恒定流动。 有压管中的非恒定流动，称为有压非恒定流动。 水击（或称水锤）是有压管中的一种重要的非恒定流现象。,这种压强的交替升降，有时会达到很大的数值，处理不当将导致管道系统发生强烈的振动，管道严重变形甚至爆裂。,水击物理概念,输油管
2、道的水击分析,水击波的传播及波速计算,水击是以压力波的形式在有限的管道边界内进行传播和反射的。水击波的传播分为四个阶段，1、从阀门突然开启或关闭，使水流流速改变产生水击波，这是水击的第一个阶段，也是直接波。水击波所到之处，管道内的流速和压强也随之发生变化。,当水击波传播到水库或水池或者回到阀门处，水击波将产生反射，这种反射的水击波称为间接波。,当水击波传播到水库或水池，水击波将发生反射，这种反射波是等值异号反射，即入射的是增压波，反射将减压波，反之亦然。水击波传播到阀门处将产生等值同号反射，即入射的是增（减）压波，反射的也是增（减）压波。由于摩擦阻力的作用，水击波在管道内的传播将逐渐衰减，最后
3、达到平衡状态。,水击波在阀门和水库之间往返一次所需的时间 ，称为一个相长。往返两次的时间 称为一个周期。式中a为水击波的波速，L为管道的长度。,输油管道的水击分析,水击的分类：,根据闸门关闭（或开启）的时间Ts与相长T的比值,直接水击：闸门关闭（或开启）的时间TsT（相长），即从水库反射的减（增）压波尚没有到达阀门处时，阀门已经关闭（开启）完毕，阀门处已达最大（小）水击压强。,间接水击：指闸门关闭（或开启）的时间TsT（相长），即从水库反射的减（增）压波已到达阀门处，阀门尚未关（开）完毕，使阀门处水击压强不能再升高（降低）到最大（小）。,阀门突然关闭时有压管道中的水击的物理过程,V=0,V0=
4、0,V=0,流速由V00，压强增加p，管壁膨胀,流速由0 -V0 ，压强减小，恢复原状，管壁恢复原状,流速由-V00，压强降低p，管壁收缩,流速由0 V0 ，压强增加，恢复原状，管壁恢复原状,水击压强的计算（直接水击）依动量定理可推得：,输油管道的水击分析,当阀门突然完全关闭时，V=0，则有,例如某压力引水钢管内水击波传播的速度a=1000m/s，设流速由6 m/s减少到零时，阀门突然关闭时的压强水头增量为,输油管道的水击分析,根据质量守恒原理可推导出水击波的传播速度,K、液体的体积模量、密度,E、D、管壁材料的弹性模量、管径、管壁厚度,输油管道的水击分析,以苏南管道为模型，对压力波速度进行计
5、算：,=1013.25(m/s),此速度为充满汽油的406.4 7.1的管道中，压力波的理论速度。,输油管道的水击分析,若关闭阀门所经历的总时间为Ts，则可将它分成n个时段t1， t2 ， tn ， Ts =t1 ，,t1时段,t2时段,输油管道的水击分析,直接水击当 时，阀门处的压强不受阀门关闭时间长短的影响,间接水击当 或 时，阀门处的压强与阀门关闭时间的长短有关,工程设计中减小水击压强的措施：,在管壁材料强度允许的条件下，应当选用直径较大，管壁较薄的水管。,合理选择参数，并尽可能延长阀门调节时间，以避免产生直接水击。,水击计算基本公式 液体流速瞬时变化所引起的初始水击压力（直接水击）：
6、防止水击的措施 （1）输油管道水击的特点 1）对长距离输油管道的水击要考虑水击波传递过程中的阻尼现象。 2）中间泵站突然停输是长输管路中产生水击的主要原因，其对上游站和下游站的影响各不同，对上游站传递的是增压波，对下游站是减压波。,输油管道的水击分析,（2）输油管道水击的控制 对于水击过程的控制，其目的是避免管道超压（包括超高压或超低压）；二是减轻管道运行参数的脉动，维持管道的平稳运行。用于控制水击过程的装置和措施很多，根据其作用原理可分为两类： 一类是从改变流速变化过程的角度考虑，如采用气体缓冲罐、水击罐等，设计合理的阀门开、关程序和停泵控制过程，减缓流体瞬变过程。例如在停电站上、下游的泵站
7、上停一台泵，以适应事故站的流量变化等。另一类是使用各种压力保护设备，防止管道超过允许工作压力。如各种泄压装置、回流保护系统和逻辑控制顺序停泵技术等。,输油管道的水击分析,1）调节阀控制 管道系统中的调节阀是一种阻力可变的节流元件。通过改变阀门的开度，可以改变管道系统的工作特性，从而实现调节流量，改变压力的目的。 2）压力保护控制 采用密闭输送流程的管道，除采用调节阀控制泵站进、出口压力外，还使用压力保护装置，用于防止管道超压。 泄压阀：泄压阀系统作用是当管道系统产生扰动时，在超压点把部分甚至全部液体泄放到常压罐中，以减轻瞬变压力波动，防止瞬变压力造成的危害。泄压系统一般由三部分组成：泄压阀、泄
8、压罐和连接管道。,输油管道的水击分析,回流保护：回流保护措施主要用于单泵或并联泵站进站压力超低限的保护。由于进、出站压差大，对于泵站进站压力变化范围小、自控水平比较低的管道，回流可以迅速调整进站压力，维持离心泵正常运行。 泵机组顺序自动停运：是建立在泵站逻辑控制基础上的一种保护措施。该措施主要用于泵站吸入压力超低，或出站压力超高的保护。停运泵机组是人为造成的扰动。这样，降低了泵站提供的能量，减少了泵站的通过能力，使出站压力下降，进站压力上升。这种措施主要用于采用串联泵机组的泵站。,输油管道的水击分析,回流超前保护： 瞬变过程的超前保护是建立在高度自动化基础上的一项保护技术。当管道发生严重扰动时，为了防止在压力波传递过程中造成管道压力超限破坏，由扰动源通过通信系统迅速向上、下游泵站发出信号，让上、下游泵站产生一个与传来的压力波相反的扰动，两波相遇后抵消，不至于对管道形成威胁性压力。 对于泵站之间管道上某些特殊位置（稳定运行时，动水压力接近管道允许强度限或动水压力最低的位置），超前保护可防止其超压。,输油管道的水击分析,
