赵蕴丰 刘建锋 刘艳东 丁其宇 冯凯

中国石油天然气管道工程有限公司

摘要：为解决传统方法设计的水击泄放系统失效时不能有效保障管道安全的问题。通过优化设计，如增设远传仪表并提升设备SIL等级，增设阀前执行机构远程控制，增设阀前压力超压保护程序、泄压阀失效联锁保护程序、泄压罐液位超高保护程序等，可有效解决水击泄放系统失效问题，实现智能检测、故障判断和自动处理，提升管道智能化运行水平，保障管道运行安全。

关键词：输油管道；水击泄放系统；  超压保护；  失效联锁保护； 液位超高保护

在输油管道系统中，阀门意外关闭、管道堵塞、输油泵甩泵等情形均会引起管道内压力的急剧波动，一旦压力超高，可能损坏管道以及配套设施，造成严重的经济损失和社会影响[1]。为此，输油管道和站场均采用了多重安全保护措施来保障管道的运行安全，而在站场内设置水击泄放系统是保障管道安全运行的重要措施之一。

1  传统水击泄放系统设计方法

输油管道水击泄放系统传统设计方法见图 1，主要包括泄压阀及上下游手动阀门、就地压力表、流量开关、泄压管路、泄压罐等[2]。

图 1 传统水击泄放系统工艺流程

泄压阀正常情况下为关闭状态，当压力超过水击泄压阀设定值后，泄压阀自动开启，通过泄压管路将超压油品泄放进泄压罐；泄压系统设有流量开关，泄压管路有液体通过时，流量开关报警并将报警信号上传到站控室，提醒操作人员监测泄放情况。泄压罐设有高液位报警和高高液位开关，当泄压罐液位达到相应报警值时将报警信号上传至站控室，提醒操作人员及时采取相关安全措施。

2  传统水击泄放系统失效影响分析

泄压阀为水击泄放系统关键设备[3]，泄压阀一旦失效将不能有效保障管道安全。传统设计的泄放系统方法，当管道正常运行泄压阀突然失效故障开启，站控室仅能收到报警信号，现场操作人员来不及去工艺区内关闭泄压阀上游阀门，可能会导致泄压罐冒罐（图 2），造成经济损失和社会影响。

图 2 站场泄压罐冒罐现场

3  水击泄放系统优化设计方法

为解决上述问题，优化了水击泄放系统工艺流程（图 3），增设了相关联锁保护程序，在水击泄放系统失效后仍可切实保障管道的安全运行。优化设计要点分述如下。

图 3 优化后水击泄放系统工艺流程

3.1  增加手动球阀

定期维护泄压阀时需关闭上、下游球阀，关闭次数较多会造成阀门内漏，在干线和泄放系统之间增加一台手动阀门（LO）方便水击泄放系统维修，为后期运营提供便利。

3.2  泄压阀前超压保护程序

为保障泄压阀及管道的安全运行，水击泄放系统增设泄压阀前超压联锁保护程序，当进站压力达到高高报警设定值时报警，并执行顺序停运上游站的输油泵程序；当出站压力达到高高报警设定值时报警，并执行顺序停运本站输油泵程序；超压保护联锁设定值推荐比泄压阀设定值低0.2 MPa以上。

3.3  泄压阀失效联锁保护程序

为减小水击泄放系统失效后果，增设了泄压阀失效联锁保护程序。

（1）运行压力未达到泄放设定值时，泄压阀失效泄放。当泄压阀上游压力变送器值低于泄压阀设定值﹣0.2 MPa（具体设定值需通过瞬态水力分析计算确定），并且满足以下两个条件之一时报警：①泄压阀后流量开关报警；②泄压罐的液位上升速率报警。报警持续10 s后，关闭泄压阀上游远控球阀，调度人员在t秒（具体时间根据现场反应时间确定）内未确定，触发泄压阀失效联锁保护程序，则执行某站进（出）站ESD阀门事故关断水击保护程序。

其中，执行机构、压力变送器、流量开关、液位计应具备SIL2安全等级，而且为提升执行机构供电安全，泄压阀前远控球阀纳入UPS配电，并设置逻辑锁开，阀门一旦离开全开位时可上传报警信号。

（2）正常达到泄放设定值时，高压泄放后泄压阀不回座失效泄放。如果正常高压泄放后泄压阀不回座，一直保持开启泄放状态，压力会随着泄放时间增长而下降，此种情况会使泄放压力低于泄压阀设定值，满足运行压力未达到泄放设定值时泄压阀失效泄放条件，因此，同样会执行泄压阀失效联锁保护程序。

3.4  泄压罐液位超高联锁保护程序

为避免泄压系统失效导致冒罐，增设了泄压罐液位超高联锁保护程序。泄压罐液位达到高高液位报警值时，报警持续3 s后关闭泄压阀上游远控阀门，触发泄压罐液位超高联锁保护程序，并执行某站进（出）站ESD阀门事故关断水击保护程序。

4  结论

传统水击泄放系统设计在泄放系统失效时不能有效保障管道的运行安全，输油管道已发生过多起水击泄放系统失效事故[4]，造成了严重的经济损失。优化设计后的水击泄放系统可有效解决其失效问题，通过增加一系列联锁保护程序，实现智能检测、故障判断和自动处理。此优化泄放系统已应用于国内20多条输油管道运行管理，有效解决了水击泄放系统失效问题，保障了管道运行安全。

参考文献：

[1]刘靓，田远，王群雁.日照―仪征原油管道水击分析与保护[J].油气储运，2014，33(8)：909-912.

[2]刘洋，刘威.水击泄压阀在成品油管道的应用[J].价值工程，2012，31(25)：64-65.

[3]于京平，冯坤. 水击泄压阀的应用及失效分析[J].油气储运，2016，35(2)：173-175.

[4]冯永衡.先导式水击泄压阀在线故障判断[J]. 中国化工贸易，2017(29)：184.

作者简介：赵蕴丰，1984年生，高级工程师，2008年本科毕业于西南石油大学，从事油气储运设计工作。联系方式：0316-2072493，cppezhaoyunfeng@126.com。