海洋管道输送过程中的水击计算分析.pdf

学兔兔 第6期 一 3． 海洋管道输送过程中的水击计算分析 王立佳，杨宇航，蔡广远，刘飞龙，王东 (海洋石油工程股份有限公司。天津300451) [摘 要]研究了管道系统的水击特性并用PIPENBT软件对MODEC FPS0海水系统管道关阀时造成的水击现象进行了分析。结果表 明，不同的关阀方案对管道系统造成的冲击程度不同，关阀时间越短，管线的水锤效应越大。为保证管道系统的生产安全， 应结合现场-Y-~)L给出合理的关阀时间。 [关键词]水击现象；管道；PIPENET；计算 受海洋石油生产系统空间的限制，海上平台 式中：∞．管道流通面积，m ；H一流体压头， 或FPSO海水输送管路多为短管系统，在输送过 m；a．水击波传播速度，m／s；Q．液流流量，m ／s； 程中，管路阀门开度的瞬时改变，会产生瞬变流 t．时间，s；x一轴向坐标；f-N宾宗摩阻系数，(s／ 动，对管道及相应设备的安全运行产生影响，甚 IIl2) 。 ；g．重力加速度，m／s ；m．流态指数。 至造成水击事故使管道输送系统受到严重破坏。 为便于计算机求解，将特征线方程化为有限 MODEC FPSO海水系统主要作为换热器管程的 差分形式。取时间步长和管段步长分别为A t和 冷却介质，为了控制换热效果，应使海水满管流 A x，可将连续的x—tx]z面网格化。近似的水击特 动，因而需要维持海水管线在一定的操作压力下 征线方程的有限差分方程为： 工作，需要经常调整海水管线出口的控制阀，阀 I『Ax 的开度瞬时改变产生一定的水击压力。海水系统 一 = +口 为防腐蚀采用了玻璃钢，玻璃钢属脆性材料，有 C+j At 【云( 必要进行水击分析防止管线超压破裂。 一 )+( 一H 一aA，=o 1经典水击数学模型[1】 fAxl 口 ．． (2) 水击现象是一种特殊的非恒定流，现有的水 C一{At 击理论主要是将一维非恒定流的基本微分方程组 ( 一Q ( 口△f=o 进行具体化处理后，得到适用于水击问题的基本 式中：c 为正特征线，C。为负特征线，脚标 方程，即水击分析计算的数学模型，并在此基础 A、P、B分别为差分的3个节点编号。 上发展了各种水击分析计算方法。 C ：日 =R+A一 Q 1902年，意大利学者阿维列以严密的数学方 C。：Hp~R+B一 BQP 法，建立了不稳定流动的基本方程，即运动微分 方程和连续性微分方程，奠定了水击分析的理论 其中： 基础。近似的水击特征线方程如下： = H +Cw 特征线方程为：