第34卷第5期
OILANDGASTRANSPORTATIONANDSTORAGE油气循运
重力带压长距离输水系统瞬态分析
何化曹亮张永红
中国石油集团工程设计有限责任公司西南分公司，四川成都610041
摘要：在地形条件允许的情况下，设计了1条长70km，最大高差210m的重力带压长距离输水管道，该输水管道起端高于末端，无泵等动力源，系统设计压力为2.5MPa。为解决工程中无动力输水系统的可靠性间题，使用KYPIPE模拟分析了极端工况，发现整个系统末端节点出现了大幅升压，达355.34m水柱(1m水柱=9.8kPa)，面最大负压出现在系统起端，达到了-10m的水汽化压力。在末端设置了水击泄压阀，沿线安装31台空气阀来保护系统，实施后系统安全稳定运行。
关键词：长距离输水；瞬态分析；水锤防护
D0I:10. 3969 /j. issn.1006 5539.2016.05.003
0前言
石油天然气工程中长距离输水较为普追，对输水管道进行流体瞬态影响分析多集中在以泵为动力系统的工况，而无人工动力，仅利用高差长距离输水的工况分析较少。流体瞬态影响分析在设计中至关重要，是工程建成后安全稳定运行的重要数据支撑，同时也具有较大的经济价值。
流体瞬态影响分析，以弹性水柱理论、动量及质量守恒定律为理论基础，主要采用特征线法数值模拟对停泵水锤、开关阀水锤及断流弥合水锤进行计算分析[1-5]。
流体瞬态即水锤发生时，分为正压水锤和负压水锤，是定边界条件下的非稳定流动，具有波动时间短暂，能量转换复杂及危害巨大等特点，正压力超过设计值的 1.5倍时即设定为爆管警戒压力(6]。
近年来采用拉格朗日波特征法进行数值计算求解[-*，作为PIPE2008水力模拟分析软件的基础计算方法，在工程中已经得到成功应用，并获得美国土木工程师学会的认证。
国内主要采用有限元法对水流变形时的水锤进行升压分析和三维模拟，以及特征线法为基础的QBasic水锤数值模拟程序(9-11)。
收稿日期：2016-05-13
水锤的防护主要针对不同原因产生的压力波动，采取抑制或释放措施，主要利用空气阀系统、水力控制阀及压力罐等设备，通过特征线法对拟采取的措施进行复核验证[12-14]，以达到预期效果。
在我国西南地区某石化炼化工程外排水管道项目中，实施了1条最大高差210.3m，长70km，设计压力为 2.5MPa的重力带压长距离输水管道。该管线系统无泵等动力源，起端高于末端。基于PIPE2008水力模拟分
析软件瞬态计算进行设计，已安全稳定运行3年多 1
系统建模
1.1建模基础条件
本工程管路瞬态模型建立满足：管道内长期保持满管状态，管路系统无任何动力源，瞬态分析只考虑阀门启闭瞬间失效，阀门动作前系统均处于稳态工况。
1.2模型建立 1.2.1模型参数
本工程厂外排水管线起末点高差210.3m，利用起末点地势高差产生的势能输送污水，在管线起点和中途均不设加压设施。上游污水处理厂排出的达标污水量正常情况下431.4m/h，最高日平均流量约2000m/h，稳
基金项目：中国石油天然气集团公司重点工程资助项目（Z2009-6E）
作者简介：何化（1979－），男，重庆人，工程师，硕士，主要从事水处理、输送及消防等设计研究的工作。万方数据