管道的水击分析与计算学生姓名：某某专业：过程装备与控制工程班级：过控0704指导教师：某某2010年10月10日目录摘要 (3)关键词 (3)Ⅰ水击的产生 (3)Ⅱ水击保护方法 (3)一.增强保护 (3)二.超前保护 (3)三.泄放保护 (3)Ⅲ管道的水击分析 (4)一.水击对输油管道造成的主要危害 (4)二.管道分析的目的 (4)三.管道分析所需要的基本数 (4)四.管道分析取得的成 (4)Ⅳ水击控制及保护设施 (5)一.泄压阀 (5)二.调节阀 (6)Ⅴ水击计算 (7)一.水击波的压力增加 (7)二.水击波的传输速度和水击压强 (7)Ⅵ防止水击的措施 (9)一.增加防止水击设备 (9)二.建立安全操作体系 (10)Ⅶ结语 (10)参考文献 (11)管道的水击分析与计算摘要：输油管道的密闭流程使管道全线成为一个水力系统，管道沿线的某一点流动参数变化会在管内产生瞬变压力脉动。
该压力脉动从扰动点沿管道上下游传播，引起管道的瞬变流动进而引起的压力波动称为水击。
它引起管内压强上升，轻则噪音与振动，重则超过管内原有正常压强的几十倍甚至上百倍，以致超过了管壁材料的允许应力，造成管道和管件的变形甚至破裂。
因此，了解水击现象的发生、发展过程和计算，对削弱水击所产生的危害是十分必要的。
现代大型计算机的广泛应用，对输油管道的水击分析利用专门编制的程序进行，使得在防护方面取得了理想的经济和社会效益。
关键词：水击；水击防护；瞬变流动；防护系统；水击计算Ⅰ水击的产生管道中液体的运动状态突然改变的情况下发生（如阀门的突然关闭或突然开启，水泵的突然启动或停止，水轮机或液压油缸突然变化负载等）。
由于流速突然发生迅速变化，结果由于流体惯性，必然引起管内压强的剧烈波动，即压强的突然上升与突然下降，并在整个管长范围内传播。
压强突变使管壁产生振动，并伴有似锤之声，故将这种现象称为管内水击现象。
现代输油管道的密闭输油流程使管道全线成为一个水力系统，管道沿线某一点的流动参数变化会在管内产生瞬变压力脉动。
该压力脉动从扰动点沿管道上下游传播，即引起管道的瞬变流动，管道瞬变流动引起压力波。
管道产生瞬变流动，流量变化量越大，变化时间越短，产生的瞬变压力波动越剧烈。
管道产生水击主要是由于管道系统事故引起的流量变化造成的。
引起管道流量突然变化的因素很多，基本上可分为两类：一类是有计划的调整输量或切换流程；另一类是事故引起的流量变化，如泵站突然停泵、机泵故障停泵、进出站阀门或干线截断阀门故障关闭、调节阀动作失灵误关闭等原因。
另外，对于顺序输送的管道，两种油品的交替过程，也会在管内产生瞬变流动。
对于有计划调整流量或改变输送流程，可以人为地采取措施，防止或减小压力的波动，使产生的压力波动处于允许的范围之内。
对于事故引起的流量变化，产生的瞬变流动剧烈程度，取决于事故本身的性质。
如果压力变化引起的瞬变压力超过管道允许的工作条件，就需要对管道系统采取相应的调节与保护措施。
Ⅱ水击保护方法水击保护的目的是由事先的预防措施使水击的压力波动不超过管道与设备的设计强度，不发生管道内出现负压与液体断流情况。
保护方法按照管道的条件选择，采用的设施根据水击分析的数据确定。
现代常用的水击保护方法有管道增强保护、超前保护与泄放保护三种。
一．管道增强保护预先计算管道中可能出现的最大水击压力，采用适当的钢材或制造工艺保证强度。
这是从制造工艺方面进行的防护，因此可能受到比如钢材，制造方面的限制。
二．超前保护超前保护是在产生水击时，由管道控制中心迅速向上、下游泵站发出指令，上、下游泵站立即采取相应保护动作，产生一个与传来得水击压力波相反的扰动，两波相遇后，抵消部分水击压力波，以避免对管道造成危害。
超前保护是建立在管道高度自动化基础之上的一项自动保护技术。
三．泄放保护泄放保护是在管道的一定地点安装专用的泄放阀，当出现水击高压波时，通过阀门从管道中泄放出一定数量的液体，从而削弱高压波，防止水击造成危害。
泄放阀设置在可能产生高压波的地点，即首站和中间泵站的出站端、中间泵站和末站的入口端。
Ⅲ管道的水击分析管道中各截面上液体流速和压力不随时间变化的液流为稳定流，反之叫不稳定流。
在输油过程中，不存在绝对的稳定流，只是当液流的压力与流量不随时间有较大的变化时即可认为是稳定流。
旁接输油的输油管道，泵站之间都为独立的水力系统，受旁接罐的调节，压力与流量基本上是稳定的，即为稳定流。
密闭输送管道全线是一个整体水力系统，任何一个泵站压力与流量的变化，都使全线压力与流量在瞬间发生相当程度的压力波动。
水击严重时，对管线与设备可能造成损害。
所以，密闭输送管道都必须对可能产生的水击现象进行分析，并采取相应保护措施。
一．水击对输油管道与设备安全构成威胁的主要有两种：1．中间泵站因为动力中断，输油泵突然全部关闭，在停泵站进口侧产生高压波，停泵站出口侧产生低压波；2．干线截断阀或中间泵站因误操作进站阀门突然关闭，阀前产生高压波。
水击时的高压波与低压波分别沿管道传播，高压波与管道中原有输油压力叠加产生异常的高压力，低压波则可能在管道造成负压。
以上两种水击是密闭输送输油管道需要重点进行分析和保护的。
二．管道分析的主要目的如下：1．在上述两种水击状态下，无任何水击保护措施时，分析输油管道各处在任何时间所出现的最高与最低压力，以确定是否需要采取保护措施；2．当采取某种水击保护措施时，分析输油管道各处在任何时间所出现的最高与最低压力，以判断保护措施是否得当。
三．管道分析所提供的成果：1．无任何保护措施情况。
中间泵站突然关闭时，管道各处在任何时间的最高与最低压力线图(也称包络线图)；末站关闭时，管道各处任何时间的最高与最低压力线图。
2．采用泄放阀保护情况。
当中间泵站突然关闭及末站突然关闭时：管道各处任何时间的最高与最低压力线图；各中间泵站压力-时间曲线；各中间泵站流量-时间曲线；泄放阀泄放速率；泄放阀累积泄放量。
3．采用超前保护。
中间泵站突然关闭与末站突然关闭。
管道各处任何时间的最高与最低压力线图；各中间泵站压力-时间曲线；各中间泵站流量-时间曲线。
四．分析所需基础数据计算机进行管道瞬变流动分析需要利用反映管道各种特征的一系列数据。
所需要的数据一般如下所列：1．管道输送量规定设计输送量、计算输送量。
2．原油物性密度、凝点、运动粘度-温度数据组、反常点、流变指数、稠度系数等。
3．管道参数线路纵断面(高程-里程)数据组，各泵站间距、管径、壁厚、管壁粗糙度，钢材屈服极限，保温层厚度、保温层导热系数，地温、管道总传热系统等。
4．管道主要设备布置简图输油泵台数及工作方式（并、串联），加热炉台数，全线各泵站输油泵、调节阀、加热炉及泄放阀的相互连接关系图，泵站内部局部摩阻值及其分布。
5．设备特性（1）输油泵型号，泵额定流量、扬程与效率，泵转矩与转速惯性矩；（2）加热炉额定流量时压降；（3）调节阀型号、阀额定流量时压降、全行程时间、调节特性、调节器的特性系数；（4）泄放阀给定压力值、不同超压百分数时的流量系数。
6．设计给定值（1）泵站进、出站压力给定值，越站输送时各泵站的压力限制；（2）泵站进站油温。
7．所选择的水击保护方式。
Ⅳ水击控制及保护设施一．调节阀管道系统中的调节阀是一种阻力可变的截流元件，通过改变阀门的开度，改变管道系统的工作特性，实现调节流量、改变压力的目的。
调节阀由两部分组成：执行机构和调节部件。
执行机构的参数决定阀门开度的变化过程，调节部件（节流元件）的参数决定了阀门的水力特性。
一般泵站的出站端设置调节阀，用于调节流量和调节管道水击过程中管道系统的压力波动，防止管道进站压力过低和出站压力过高，维持管道的正常运行。
调节阀的动作为：当出站压力高于限定值时，调节阀向关闭方向动作，使出站压力下降；当进站压力低于限定值时，调节阀同样向关闭方向动作，使进站压力升高；管道的进出站压力均未超出限定值时，调节阀保持全开状态。
二．泄压阀泄压阀是保护管道安全的重要设备，要求运行安全可靠，便于维修，使用寿命长，保证管道的安全运行。
泄压系统一般由三部分组成：泄压阀、泄压罐和连接管道。
目前输油管道应用较广的泄压阀有三种类型，即先导式泄压阀、氮气胶囊式泄压阀和氮气轴流式泄压阀，其压力泄放效果都能满足管道的要求。
胶囊式泄压阀是利用外加氮气系统设定泄压阀的泄放设定值，需要一套复杂的氮气系统，结构复杂，体积大。
胶囊式泄压阀内胶囊易老化，需要定期更换。
另外，在管道投产初期，管道内含有较多的杂质，如焊渣、焊接熔结物以及其它杂物，当泄压阀泄放时，高速泄放的液体中夹杂的杂质可能划伤胶囊。
但是胶囊式泄压阀对输送介质的粘度和凝点没有特殊要求，适用于高粘油品。
先导式泄压阀是依靠阀体内部的导阀来开启的，其结构简单，安装方便，不需要额外的辅助设施，输送介质粘度大于50mm/s2以上时不适用，先导式泄放阀的缺点是不适用于高粘油品，由于先导式泄放阀的导管较细，高粘油品易在导管内粘结，影响泄放效果。
氮气式轴流泄压阀的结构原理类似于先导式泄压阀，所不同的是利用外加氮气系统，适用于各种油品，缺点是需要一套复杂的氮气系统，投资和运行费用较高。
泄放阀选型方法为先按照经验初选泄放阀口径，将阀的参数输入水击分析程序进行运算，如果分析结果表明保护效果符合要求，则所选泄放阀型号与口径适合；否则，应重新选取泄放阀口径，并进行计算，直至满意为止。
泄放阀参数的计算在于根据阀的口径及所定压力给定值确定其泄放量，计算公式如下：(1-1)式中：Q —泄放阀泄放能力，m3/h；P s—给定值，kPa；D—油品相对密度；K—粘度修正系数，按照液体的粘度大小取0.7～0.9,粘度高者取较小值；F—流量系数，随泄放阀口径与超过压力给定值的百分数而异。
一般情况下，超过压力给定分数取10%。
流量系数还与泄放阀的构造有关。
下表列出美国格罗夫(Grove)阀门厂生产的887型中、低与高压泄放阀的流量系数值(中低压型入口耐压Class150、高压型入口耐压Class600)。
表1 泄放阀流量系数(中低压型/高压型)阀口径 英寸 超过压力给定值百分数 10% 13% 15% 20% 30% 42% 55% 6. 141/90 169/108 186/119 225/144 282/180 338/215 395/252 8. 250/187 300/225 330/247 400/300 500/375 600/450 700/525 10. 346/232 415/277 457/305 554/370 692/462 831/555 970/647 12.505/335606/402666/442808/5361010/6701212/8041412/938Ⅴ水击计算一．水击波的压强增值在已知水击波传播速度c 的条件下，压强增量∆p 与流速大小V 增量的关系为：V c p ∆-=∆ρ， (1-2)二．水击波的传播速度和水击压强计算由牛顿运动定律，物体改变其运动状态，必然是外力作用的结果。