作者；张毅
中国正在逐步加快油气干线管道和配套设施的规划建设，完善全国油气管线网络。在此背景下，全国各省市油气管网建设正进入了规划大建设时期，目前各省市在建输气管网中依据《输气管道工程设计规范》( GB 50251-2015)均设置了线路截断阀室，其中很多线路截断阀选择了气液联动执行机构，希望在管道发生事故时气液联动球阀能根据压降速率变化自动关闭，保护非事故管道的安全，减少损失。长期以来，气液联动执行机构压降速率设定值的确定，通常借鉴国内或国外的经验值。实际上，由于输气管道在事故状态下管内气体的流动为非稳态流动，流动规律复杂，因而采用经验值往往具有很大的局限性，可能会发生气液联动阀的误动作或事故状态下不能及时动作的情况。这样，就不能很好地使气液联动球阀在事故状态下迅速关闭，最大限度地保护管道，减少经济损失。为最大限度地降低地震、洪水、第三方破坏等灾害给输气管道及周边环境造成的经济损失和危害，对气液联动阀动作的准确性要求将越来越高。气液联动阀压降速率设定值的正确与否，直接关系到干线截断阀动作的准确性与及时性。因此研究拟建管道截断阀压降速率设定值与持续时间具有重要的意义。
1研究工具
本研究采用的软件为国际知名软件TGNET软件，TGNET软件是英国ESI能源集团开发出品的业界领先的Pipeline Studio软件，能够对输气管道中的单相流进行稳态模拟和动态模拟；可以模拟简单的单管输送模型，也可以模拟包括多个气源和用户。TGNET软件在国内已经成功应用于西气东输一线、西气东输二线、涩宁兰、忠武线等大型工程中。本文中将利用TGNET中的泄漏模块动态模拟气液联动执行机构在发生极端工况下的压降速率变化情况。
2研究内容
结合安徽省某拟建输气管道1#阀室气液联动执行机构在各种工况下的动作情况，提出1 #阀室气液联动执行机构的设定值与持续时间推荐值。安徽省某输气管道线路全长68.5km，管径ɸ610，设计压力6.3MPa，年输气能力为23.8亿m3。前期投产时的压力为4.1MPa，后期运行压力可达5MPa。全线共设置线路截断阀室3座，截断阀均采用带有气液联动执行机构的球阀。根据《输气管道工程设计规范》( GB 50251-2015)阀室情况设置如表1。
本文中主要是对1 #阀室在投产、上游首站出站截断阀及下游2#阀室截断阀误关断、1 #阀室处发生泄漏、1 #阀室上下游管道发生爆炸时检测1#阀室处的压降速率及持续时间。
2.1投产
投产阶段上游给定压力为4.1MPa，输量为1×108m3/a时，初期投产可以通过首站阀门开度来控制进入管道的气量从而控制管道内缓慢升压，此过程只要保证管道升压速率小于气液联动执行机构设定值，1 #阀室气液联动阀门就不会存在误关断。
2.2 1#阀室上下游线路截断阀误关断时对1#阀室压降速率的影响分析
鉴于不同压力、不同输量情况下的组合工况复杂，只对后期管道运行压力为5 M Pa，管道输量达到23.8×108m3/a时的工况进行研究。
(1)1#阀室上游首站出站阀门误关断时1#阀室的压降速率变化
通过图1计算分析，在1 #阀室上游首站出站阀门误关断时，1 #阀室的压降速率变化值短时间内突破了0.08MPa/min，约有120 s的时间持续在0.04MPa/min以上区间。由此可见，只要在1#阀室气液联动执行结构设定值在0. 08 M Pa/min以上且设置120 s的持续时间时，1#阀室气液联动球阀不会动作。
(2)下游2#阀室线路截断阀误关断时1 #阀室的压降速率变化
通过图2计算分析，在1 #阀室下游的2#阀室阀门误关断时，1#阀室的压降速率变化值未超过0.07MPa/min。由此可见，在1#阀室压降速率设定值在0.08MPa/min时，下游2#阀门截断阀出现误关断不会造成1#阀室气液联动球阀误动作。
2.3管道泄漏
在后期管道运行压力为5 M Pa，管道输量达到23.8×108 m3/a的情况下，假定1#阀室处发生了当量管径为DN150、DN200、DN250、DN300的管道泄漏，计算1#阀室气液联动球阀是否动作。
(1)1#阀室发生当量管径为DN150的泄漏
从图3中可以看出，在1 #阀室处发生当量管径为DN150的泄漏时，1 #阀室的压降速率短时间内超过0.17MPa/min，约有80 s的时间持续在0.08MPa/min以上区间。由此可见，在1#阀室泄漏当量管径为DN150，泄漏压降速率设定值为0.08 M Pa/min，持续时间设定大于80 s时，1 #阀室气液联动球阀不会动作，反之设定值小于80 s时，1#阀室气液联动执行机构将会关闭阀门。
(2)1#阀室发生当量管径为DN200的泄漏
从图4中可以看出，在1 #阀室处发生当量管径为DN200的泄漏时，1#阀室的压降速率变化值短时间内超过0.35MPa/min，约有220 s的时间持续在0.08MPa/min以上区间。由此可见，在1#阀室泄漏当量管径为DN200，泄漏压降速率设定值为0.08 M Pa/min，持续时间设定大于220 s时，1#阀室气液联动球阀不会动作，反之设定值小于80 s时，1#阀室气液联动执行机构将会动作关闭阀门。
(3)1#阀室发生当量管径为DN250的泄漏
从图5中可以看出，在1#阀室处发生当量管径为DN200的泄漏时，1 #阀室的压降速率变化值短时间内已超过0.8Pa/min，约有400 s的时间持续在0.08MPa/min以上区间。由此可见，在1#阀室泄漏当量管径为DN250，泄漏压降速率设定值为0.08MPa/min，持续时间设定大于400 s时，1#阀室气液联动球阀不会动作，反之设定值小于400 s时，1#阀室气液联动执行机构将会动作关闭阀门。
2.4爆管影响
本文中只对后期管道运行压力为5 M Pa，管道输量达到23.8×108 m3/a的工况下进行研究，对于爆管影响研究了以下2种工况。
(1)1#阀室上游首站出站处发生爆管
从图6中可以看出，在1#阀室上游首站处发生爆管时，1#阀室的压降速率变化值短时间内已超过0.25MPa/min，约有200 s的时间持续在0. 08 M Pa/min以上区间。由此可见，在1#阀室上游首站发生爆管，1#阀室气液联动执行机构压降速率设定值为0.08MPa/min，持续时间设定值小于200 s时，1#阀室气液联动阀门将会关闭，若持续时间设定值大于200 s时，1#阀室气液联动阀门将不会关闭。
(2)1#阀室下游2#阀室处发生爆管
从图7中可以看出，在1#阀室下游2#阀室处发生爆管时，1#阀室的压降速率变化值短时间内已超过0.1MPa/min，约有180 s的时间持续在0. 08 M Pa/min以上区间。由此可见，在1#阀室下游2#阀室发生爆管，1#阀室气液联动执行机构压降速率设定值为0.8MPa/min，持续时间设定值小于180 s时，1#阀室气液联动阀门将会关闭，若持续时间设定值大于180 s时，1#阀室气液联动阀门将不会关闭。
2.5压降速率设定值推荐值
通过以上计算分析可以得出，安徽省某输气管道1#阀室气液联动执行压降速率设定值与持续时间。
(1)为减少上下游截断阀门误关断造成1#阀室气液联动阀门误关断，则要求1#阀室气液联动执行机构设定值大于0.08 M Pa/min，持续时间大于Ss。
(2)为保证上下游最远端处，即首站或2#阀室发生爆管时，尽快关闭1#阀室气液联动阀门，减少损失及对环境的影响，要求气液联动执行机构设定值大于0. 08 M Pa/min，持续时间小于180 s。
综合以上2种情况并采取一定的计算余量情况下，推荐安徽省某输气管道1#阀室气液联动执行机构压降速率设定值为0.08 Pa/min，持续时间为120s(2 min)。在此设置情况下，1#阀室截断阀不会因上下游截断阀的误关断而自发关断，同时还能在管线发生爆管及1#阀室处发生当量管径DN200及以上当量管径的泄漏时，快速关断1#阀室截断阀，减少天然气损失，保护上游或下游管道的运营安全。
3结语
影响压降速率的几大因素包括管道的运行压力、运行输量、管道发生爆炸或泄露的位置、泄露的当量管径、上下游截断阀门的关闭速度等因素，以DN600气液联动球阀匀速关闭时间18 s为依据，研究了几种极端工况，即达产运行时上下游距离1#阀室最远处发生爆炸及上下游阀门误关断时1#阀室气液联动执行机构应该设置的压降速率值。在实际运营过程中，为更好发挥1#阀室气液联动球阀对管道的保护作用，建议运营单位在早期未达产的情况下根据实际运营情况适当降低1#阀室的气液联动执行机构的设定值，在后期达产运营过程中可参考本文中推荐值进行设置。
4摘要：通过对安徽省某输气管道1#阀室气液联动执行机构在各种极端工况（上下游站场或阀室发生爆炸、阀室本身泄漏、上下游线路截断阀误关断）下的研究，提出1#阀室气液联动执行机构的压降速率与持续时间的推荐值。
