输油管线决不能急停

2017-06-30 10:33:00

高速车急刹车时,乘客常常由于惯性作用而向前倾斜甚至被摔伤。同样,突然关闭管道阀门时,由于流体不能马上停止而压缩自身和冲撞管道,使管内压力急剧上升,还常可听到敲击金属的声响,人们把这种因流速突变而引起压力剧变(增压或减压)的现象叫“水击”。依据动能定理,流体动能的减少等于对外界做的功,而功又等于冲击压力与位移的乘积,因此,当流体容易压缩(如气体)或管壁容易膨胀(如橡皮管)时,冲击压力就很小,反之就极大。从能量观点看,流体动能的一部分形成摩擦热耗散掉,另一部分变成流体缩小和管壁胀大后的弹性势能。之后,随着弹性势能与流体动能的多次相互转化、转移及摩擦阻力的影响,流体会沿管道来回流动,冲击压力会随之往返传播,但其幅度愈来愈小,犹如列车急刹车后发生的情景。

车速和弹力的大小及方向发生周期性变化,多次重复、衰减后静止。

若把管道中的流体想像成串联的许多弹性流体段,则不难理解水击过程与上述现象非常类似。从管道的某一点来看,由于水击的影响,该点压力围绕正常压力发生周期性变化并不断衰减,半个周期中压力高于正常压力,半个周期中压力低于正常压力。从管道全线来看,不断衰减的正向压力波和负向压力波沿管线往返传播。

由于石油难以压缩和输油管道不易膨胀,因此冲击压力很大,容易引起重大事故:增压波可能会使正常压力较高的地方超压,憋破管道、损坏设备。而减压波可能会使正常压力较低的地方形成“负压”—压力低于大气压,会发生大口径管道被压瘪的危险,也可能会使压力低于油品的饱和蒸气压力,油品汽化,形成气泡空穴,使油柱分离。当分离油柱再汇合时,可能会产生更大的水击压力。

显然,缓慢关闭阀门是降低石油管道水击压力的根本方法,采用各种各样的自动控制技术(如泄压保护、水击超前保护等)也可避免水击的危害。

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