1、概述

　　水擊是長輸管道運行中常有的一種現象。一面由于局部條件的改變使運行工況發生變化,另一方面輸送油品的變化也會導致管道內水力狀態發生變化。當突然斷電導致停泵,或閥門的快速啟閉等,都會使管道輸送的穩定狀態遭到破壞。在輸油過程中由于壓力的突變,產生的壓力波值超過了管道允許的彈性值及設備的承壓能力時,就會引起輸油管道和設備的損壞,嚴重時出現爆管事故。長輸管道泄壓閥專為流體集輸管線設計的一種安全泄壓裝置,用于防止管道系統由于瞬變流產生的管網異常壓力波動及水擊壓力對管道系統及設備的破壞,該閥可廣泛用于油、氣、化工產品、漿液、水等介質集輸管道系統,作為管線安全保護裝置。

2、泄壓閥結構及工作原理

　　泄壓閥(圖1)與受保護的管線并聯連接,其上游側與受保護的管線相通,下游側與水擊泄放管道相連。在投入使用前預先向閥門的柱塞腔內充入確定壓力的氮氣,這樣當管線正常輸送時,在內腔設定壓力作用下柱塞緊密的與主閥座貼合,使泄壓閥處于正常關閉狀態。當管線發生水擊,異常升壓,超過其柱塞內腔所設定的安全控制壓力時,在壓差的作用下柱塞打開,通過柱塞外腔開始泄壓并報警。當水擊壓力衰減到小于設定安全控制壓力時,柱塞與閥座緩慢平穩貼合,恢復關閉狀態,停止泄放,管線恢復正常輸送。

3、水力瞬變分析

　　長輸管線泄壓閥一般安裝在下游泵站的入口處(圖2),用以保護上游泵站。可建立以下模型來分析終端閥門瞬時關閉產生水擊泄壓閥入口處的水力瞬變情況。以管道直徑D=100mm,管道長度L=12000m,上游泵站提供壓頭H₀=250m,管道出口壓頭H₃=30m,管道內介質流動處于紊流區,m=0.125,f=81.35(s/m³ )^1.875,水擊波速a=1000m/s的工況條件為例。在管線終端設置閥門在2s內關閉造成水擊,泄壓閥設置于終端閥門上游附近。

　　首先進行終端閥門關閉水擊計算。畫x - t網格,將管道等分成十二段(N=12),每段長度為Δx=L/N=1000m,時步Δt=Δx/a=1s。終端閥門關閉產生水擊,水擊特征線方程的差分形式可寫為

　　水擊波傳播到泄壓閥,當壓力高于其開啟壓力時,泄壓閥瞬時打開,泄放管路壓力。此時再進行管路下游閥門瞬時開啟的水擊計算,水擊特征線方程同終端閥門關閉的水擊特征線方程。泄壓閥動作的邊界條件為

　　將特征線方程編制程序(圖3、圖4) ,代入題設條件,運行程序計算泄壓閥入口端水力瞬變(圖5)。