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(tǒng)方法設(shè)計的水擊泄放系統(tǒng)失效時不能有效保障管道安全的問題。通過優(yōu)化設(shè)計，如增設(shè)遠傳儀表并提升設(shè)備SIL等級，增設(shè)閥前執(zhí)行機構(gòu)遠程控制，增設(shè)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(tǒng)失效問題，實現(xiàn)智能檢測、故障判斷和自動處理，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(tǒng)；  超壓保護；  失效聯(lián)鎖保護； 液位超高保護

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引起管道內(nèi)壓力的急劇波動，一旦壓力超高，可能損壞管道以及配套設(shè)施，造成嚴重的經(jīng)濟損失和社會影響[1]。為此，輸油管道和站場均采用了多重安全保護措施來保障管道的運行安全，而在站場內(nèi)設(shè)置水擊泄放系統(tǒng)是保障管道安全運行的重要措施之一。

1  傳統(tǒng)水擊泄放系統(tǒng)設(shè)計方法

輸油管道水擊泄放系統(tǒng)傳統(tǒng)設(shè)計方法見圖 1，主要包括泄壓閥及上下游手動閥門、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)，當壓力超過水擊泄壓閥設(shè)定值后，泄壓閥自動開啟，通過泄壓管路將超壓油品泄放進泄壓罐；泄壓系統(tǒng)設(shè)有流量開關(guān)，泄壓管路有液體通過時，流量開關(guān)報警并將報警信號上傳到站控室，提醒操作人員監(jiān)測泄放情況。泄壓罐設(shè)有高液位報警和高高液位開關(guān)，當泄壓罐液位達到相應報警值時將報警信號上傳至站控室，提醒操作人員及時采取相關(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)計的泄放系統(tǒng)方法，當管道正常運行泄壓閥突然失效故障開啟，站控室僅能收到報警信號，現(xiàn)場操作人員來不及去工藝區(qū)內(nèi)關(guān)閉泄壓閥上游閥門，可能會導致泄壓罐冒罐（圖 2），造成經(jīng)濟損失和社會影響。

圖 2 站場泄壓罐冒罐現(xiàn)場

3  水擊泄放系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計方法

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)鎖保護程序，在水擊泄放系統(tǒng)失效后仍可切實保障管道的安全運行。優(yōu)化設(shè)計要點分述如下。

圖 3 優(yōu)化后水擊泄放系統(tǒng)工藝流程

3.1  增加手動球閥

定期維護泄壓閥時需關(guān)閉上、下游球閥，關(guān)閉次數(shù)較多會造成閥門內(nèi)漏，在干線和泄放系統(tǒng)之間增加一臺手動閥門（LO）方便水擊泄放系統(tǒng)維修，為后期運營提供便利。

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(tǒng)增設(shè)泄壓閥前超壓聯(lián)鎖保護程序，當進站壓力達到高高報警設(shè)定值時報警，并執(zhí)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(shè)定值時報警，并執(zhí)行順序停運本站輸油泵程序；超壓保護聯(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)鎖保護程序。

（1）運行壓力未達到泄放設(shè)定值時，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(shè)定值﹣0.2 MPa（具體設(shè)定值需通過瞬態(tài)水力分析計算確定），并且滿足以下兩個條件之一時報警：①泄壓閥后流量開關(guān)報警；②泄壓罐的液位上升速率報警。報警持續(xù)10 s后，關(guān)閉泄壓閥上游遠控球閥，調(diào)度人員在t秒（具體時間根據(jù)現(xiàn)場反應時間確定）內(nèi)未確定，觸發(fā)泄壓閥失效聯(lián)鎖保護程序，則執(zhí)行某站進（出）站ESD閥門事故關(guān)斷水擊保護程序。

其中，執(zhí)行機構(gòu)、壓力變送器、流量開關(guān)、液位計應具備SIL2安全等級，而且為提升執(zhí)行機構(gòu)供電安全，泄壓閥前遠控球閥納入UPS配電，并設(shè)置邏輯鎖開，閥門一旦離開全開位時可上傳報警信號。

（2）正常達到泄放設(shè)定值時，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)，壓力會隨著泄放時間增長而下降，此種情況會使泄放壓力低于泄壓閥設(shè)定值，滿足運行壓力未達到泄放設(shè)定值時泄壓閥失效泄放條件，因此，同樣會執(zhí)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(tǒng)失效導致冒罐，增設(shè)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，報警持續(xù)3 s后關(guān)閉泄壓閥上游遠控閥門，觸發(fā)泄壓罐液位超高聯(lián)鎖保護程序，并執(zhí)行某站進（出）站ESD閥門事故關(guān)斷水擊保護程序。

4  結(jié)論

傳統(tǒng)水擊泄放系統(tǒng)設(shè)計在泄放系統(tǒng)失效時不能有效保障管道的運行安全，輸油管道已發(fā)生過多起水擊泄放系統(tǒng)失效事故[4]，造成了嚴重的經(jīng)濟損失。優(yōu)化設(shè)計后的水擊泄放系統(tǒng)可有效解決其失效問題，通過增加一系列聯(lián)鎖保護程序，實現(xiàn)智能檢測、故障判斷和自動處理。此優(yōu)化泄放系統(tǒng)已應用于國內(nèi)20多條輸油管道運行管理，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故障判斷[J]. 中國化工貿(mào)易，2017(29)：184.

作者簡介：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，從事油氣儲運設(shè)計工作。聯(lián)系方式：0316-2072493，cppezhaoyunfeng@126.com。