趙蘊(yùn)豐 劉建鋒 劉艷東 丁其宇 馮凱

中國(guó)石油天然氣管道工程有限公司

摘要：為解決傳統(tǒng)方法設(shè)計(jì)的水擊泄放系統(tǒng)失效時(shí)不能有效保障管道安全的問題。通過優(yōu)化設(shè)計(jì)，如增設(shè)遠(yuǎn)傳儀表并提升設(shè)備SIL等級(jí)，增設(shè)閥前執(zhí)行機(jī)構(gòu)遠(yuǎn)程控制，增設(shè)閥前壓力超壓保護(hù)程序、泄壓閥失效聯(lián)鎖保護(hù)程序、泄壓罐液位超高保護(hù)程序等，可有效解決水擊泄放系統(tǒng)失效問題，實(shí)現(xiàn)智能檢測(cè)、故障判斷和自動(dòng)處理，提升管道智能化運(yùn)行水平，保障管道運(yùn)行安全。

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

在輸油管道系統(tǒng)中，閥門意外關(guān)閉、管道堵塞、輸油泵甩泵等情形均會(huì)引起管道內(nèi)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(shè)施，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)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(hù)措施來保障管道的運(yùn)行安全，而在站場(chǎng)內(nèi)設(shè)置水擊泄放系統(tǒng)是保障管道安全運(yùn)行的重要措施之一。

1  傳統(tǒng)水擊泄放系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法

輸油管道水擊泄放系統(tǒng)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法見圖 1，主要包括泄壓閥及上下游手動(dòng)閥門、就地壓力表、流量開關(guān)、泄壓管路、泄壓罐等[2]。

圖 1 傳統(tǒng)水擊泄放系統(tǒng)工藝流程

泄壓閥正常情況下為關(guān)閉狀態(tài)，當(dāng)壓力超過水擊泄壓閥設(shè)定值后，泄壓閥自動(dòng)開啟，通過泄壓管路將超壓油品泄放進(jìn)泄壓罐；泄壓系統(tǒng)設(shè)有流量開關(guān)，泄壓管路有液體通過時(shí)，流量開關(guān)報(bào)警并將報(bào)警信號(hào)上傳到站控室，提醒操作人員監(jiān)測(cè)泄放情況。泄壓罐設(shè)有高液位報(bào)警和高高液位開關(guān)，當(dāng)泄壓罐液位達(dá)到相應(yīng)報(bào)警值時(shí)將報(bào)警信號(hào)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(tǒng)水擊泄放系統(tǒng)失效影響分析

泄壓閥為水擊泄放系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備[3]，泄壓閥一旦失效將不能有效保障管道安全。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的泄放系統(tǒng)方法，當(dāng)管道正常運(yùn)行泄壓閥突然失效故障開啟，站控室僅能收到報(bào)警信號(hào)，現(xiàn)場(chǎng)操作人員來不及去工藝區(qū)內(nèi)關(guān)閉泄壓閥上游閥門，可能會(huì)導(dǎo)致泄壓罐冒罐（圖 2），造成經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)影響。

圖 2 站場(chǎng)泄壓罐冒罐現(xiàn)場(chǎng)

3  水擊泄放系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法

為解決上述問題，優(yōu)化了水擊泄放系統(tǒng)工藝流程（圖 3），增設(shè)了相關(guān)聯(lián)鎖保護(hù)程序，在水擊泄放系統(tǒng)失效后仍可切實(shí)保障管道的安全運(yùn)行。優(yōu)化設(shè)計(jì)要點(diǎn)分述如下。

圖 3 優(yōu)化后水擊泄放系統(tǒng)工藝流程

3.1  增加手動(dòng)球閥

定期維護(hù)泄壓閥時(shí)需關(guān)閉上、下游球閥，關(guān)閉次數(shù)較多會(huì)造成閥門內(nèi)漏，在干線和泄放系統(tǒng)之間增加一臺(tái)手動(dòng)閥門（LO）方便水擊泄放系統(tǒng)維修，為后期運(yùn)營(yíng)提供便利。

3.2  泄壓閥前超壓保護(hù)程序

為保障泄壓閥及管道的安全運(yùn)行，水擊泄放系統(tǒng)增設(shè)泄壓閥前超壓聯(lián)鎖保護(hù)程序，當(dāng)進(jìn)站壓力達(dá)到高高報(bào)警設(shè)定值時(shí)報(bào)警，并執(zhí)行順序停運(yùn)上游站的輸油泵程序；當(dāng)出站壓力達(dá)到高高報(bào)警設(shè)定值時(shí)報(bào)警，并執(zhí)行順序停運(yùn)本站輸油泵程序；超壓保護(hù)聯(lián)鎖設(shè)定值推薦比泄壓閥設(shè)定值低0.2 MPa以上。

3.3  泄壓閥失效聯(lián)鎖保護(hù)程序

為減小水擊泄放系統(tǒng)失效后果，增設(shè)了泄壓閥失效聯(lián)鎖保護(hù)程序。

（1）運(yùn)行壓力未達(dá)到泄放設(shè)定值時(shí)，泄壓閥失效泄放。當(dāng)泄壓閥上游壓力變送器值低于泄壓閥設(shè)定值﹣0.2 MPa（具體設(shè)定值需通過瞬態(tài)水力分析計(jì)算確定），并且滿足以下兩個(gè)條件之一時(shí)報(bào)警：①泄壓閥后流量開關(guān)報(bào)警；②泄壓罐的液位上升速率報(bào)警。報(bào)警持續(xù)10 s后，關(guān)閉泄壓閥上游遠(yuǎn)控球閥，調(diào)度人員在t秒（具體時(shí)間根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)反應(yīng)時(shí)間確定）內(nèi)未確定，觸發(fā)泄壓閥失效聯(lián)鎖保護(hù)程序，則執(zhí)行某站進(jìn)（出）站ESD閥門事故關(guān)斷水擊保護(hù)程序。

其中，執(zhí)行機(jī)構(gòu)、壓力變送器、流量開關(guān)、液位計(jì)應(yīng)具備SIL2安全等級(jí)，而且為提升執(zhí)行機(jī)構(gòu)供電安全，泄壓閥前遠(yuǎn)控球閥納入U(xiǎn)PS配電，并設(shè)置邏輯鎖開，閥門一旦離開全開位時(shí)可上傳報(bào)警信號(hào)。

（2）正常達(dá)到泄放設(shè)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，一直保持開啟泄放狀態(tài)，壓力會(huì)隨著泄放時(shí)間增長(zhǎng)而下降，此種情況會(huì)使泄放壓力低于泄壓閥設(shè)定值，滿足運(yùn)行壓力未達(dá)到泄放設(shè)定值時(shí)泄壓閥失效泄放條件，因此，同樣會(huì)執(zhí)行泄壓閥失效聯(lián)鎖保護(hù)程序。

3.4  泄壓罐液位超高聯(lián)鎖保護(hù)程序

為避免泄壓系統(tǒng)失效導(dǎo)致冒罐，增設(shè)了泄壓罐液位超高聯(lián)鎖保護(hù)程序。泄壓罐液位達(dá)到高高液位報(bào)警值時(shí)，報(bào)警持續(xù)3 s后關(guān)閉泄壓閥上游遠(yuǎn)控閥門，觸發(fā)泄壓罐液位超高聯(lián)鎖保護(hù)程序，并執(zhí)行某站進(jìn)（出）站ESD閥門事故關(guān)斷水擊保護(hù)程序。

4  結(jié)論

傳統(tǒng)水擊泄放系統(tǒng)設(shè)計(jì)在泄放系統(tǒng)失效時(shí)不能有效保障管道的運(yùn)行安全，輸油管道已發(fā)生過多起水擊泄放系統(tǒng)失效事故[4]，造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。優(yōu)化設(shè)計(jì)后的水擊泄放系統(tǒng)可有效解決其失效問題，通過增加一系列聯(lián)鎖保護(hù)程序，實(shí)現(xiàn)智能檢測(cè)、故障判斷和自動(dòng)處理。此優(yōu)化泄放系統(tǒng)已應(yīng)用于國(guó)內(nèi)20多條輸油管道運(yùn)行管理，有效解決了水擊泄放系統(tǒng)失效問題，保障了管道運(yùn)行安全。

參考文獻(xiàn)：

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[2]劉洋，劉威.水擊泄壓閥在成品油管道的應(yīng)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(yīng)用及失效分析[J].油氣儲(chǔ)運(yùn)，2016，35(2)：173-175.

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

作者簡(jiǎn)介：趙蘊(yùn)豐，1984年生，高級(jí)工程師，2008年本科畢業(yè)于西南石油大學(xué)，從事油氣儲(chǔ)運(yùn)設(shè)計(jì)工作。聯(lián)系方式：0316-2072493，cppezhaoyunfeng@126.com。