畢智高 王金璽

摘要： 針對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的不足，引進(jìn)了等溫長(zhǎng)輸管道實(shí)驗(yàn)室臺(tái)。對(duì)平臺(tái)從系統(tǒng)構(gòu)成、實(shí)驗(yàn)原理、工藝流程、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目等方面做了較為詳盡的介紹。該平臺(tái)的投運(yùn)，使學(xué)生在校即可接觸更加貼近工程現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)驗(yàn)裝置，有利于提高學(xué)生工程應(yīng)用能力和教學(xué)水平。

Abstract： In view of the deficiencies in traditional experimental teaching， an isothermic long-distance transmission laboratory bench was introduced. The detailed description of the platform from the system configuration， experimental principles， process flow， experimental projects and other aspects. The commissioning of the platform enables students to contact the experimental device that is closer to the project site in the school， which is conducive to improving students' engineering application ability and teaching level.

關(guān)鍵詞：油氣儲(chǔ)運(yùn)；長(zhǎng)輸管道；實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

Key words： oil and gas storage and transportation；long-distance pipeline；experimental platform

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2018）26-0287-02

0 引言

《輸油管道設(shè)計(jì)與管理》是油氣儲(chǔ)運(yùn)工程專業(yè)的一門主干專業(yè)課，通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解長(zhǎng)距離輸油管道的設(shè)計(jì)、施工、投產(chǎn)及生產(chǎn)運(yùn)行的基本過程，掌握長(zhǎng)距離輸油管道設(shè)計(jì)和運(yùn)行管理的原理和方法，為從事長(zhǎng)距離輸油管道系統(tǒng)設(shè)計(jì)和運(yùn)行管理奠定技術(shù)理論基礎(chǔ)。該課程的實(shí)踐性很強(qiáng)，傳統(tǒng)的教學(xué)方法是在生產(chǎn)實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)組織學(xué)生到聯(lián)系的企業(yè)參加實(shí)習(xí)[1]，但效果并不理想，主要不足如下：①事故工況一般屬于小概率事件，較難遇見。②企業(yè)自身出于安全等因素考慮，無法實(shí)操。③掌握管道運(yùn)行的水力特性和熱力特性，需要經(jīng)驗(yàn)累積，而實(shí)習(xí)時(shí)間無法滿足要求。為此，學(xué)校專業(yè)教師在多方走訪調(diào)研的基礎(chǔ)上，引進(jìn)了由中國(guó)石油大學(xué)張樹文教授團(tuán)隊(duì)開發(fā)的長(zhǎng)輸管道教學(xué)模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)，并用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)，一直以來，該平臺(tái)運(yùn)行穩(wěn)定，保障有力，順利完成了近350人的實(shí)驗(yàn)培訓(xùn)任務(wù)，取得了滿意的效果。

1 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的組成

長(zhǎng)輸管道教學(xué)模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)是一套大型的多功能綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，輸送介質(zhì)為常溫清水，由泵站、實(shí)驗(yàn)管道、數(shù)據(jù)采集控制臺(tái)、等軟硬件部分構(gòu)成。采用密閉輸送，2#與3#站之間，布設(shè)收發(fā)球裝置及其連接的模擬管道，模擬管道為有機(jī)玻璃管，以便能夠觀察清管球在管道內(nèi)的實(shí)際運(yùn)行狀況。4#站與末站儲(chǔ)罐之間布設(shè)呈倒“V”字型的用以觀察高點(diǎn)后流態(tài)的有機(jī)玻璃管段；模擬管道堵塞和泄漏工況的控制閥置于2#與3#站之間。實(shí)驗(yàn)臺(tái)流程如圖1所示，圖2為實(shí)驗(yàn)臺(tái)全景，圖3為收發(fā)球工藝流程，其對(duì)應(yīng)實(shí)體見圖4～圖5。圖6～圖7分別為2#、4#泵站，各泵站及管線概況如表1。

2 實(shí)驗(yàn)原理

密閉輸送的長(zhǎng)輸管道系統(tǒng)，正常運(yùn)行工況下，必然滿足管道所消耗的摩阻等于泵站所供給的壓頭，系統(tǒng)的能量供需關(guān)系式[2]：

式中：Q─輸量，m3/s；

n──運(yùn)行泵站數(shù)；

f──單位流量的水力坡降；

Hs1──首站進(jìn)站壓頭，m液柱；

Ht──終點(diǎn)剩余壓頭，m液柱；

L─里程，m；

ΔZ─起終點(diǎn)高差；

hc─站內(nèi)摩阻，液柱。

據(jù)上式即可確定管道的運(yùn)行輸量和各站的進(jìn)出站壓頭，推導(dǎo)分析事故工況下流動(dòng)參數(shù)的趨勢(shì)變化。

3 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

當(dāng)4座泵站的1#泵均投運(yùn)為正常工況，且需滿足各站進(jìn)站壓頭不能低于-1.02m水柱，出站壓頭不超過23.45m水柱，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)如表2所示。

4 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由壓力、溫度、流量變送器、高速數(shù)據(jù)采集卡、主機(jī)和控制柜組成。各泵站均布設(shè)3臺(tái)壓力變送器，且首站出口和末站儲(chǔ)罐入口各布置1臺(tái)流量計(jì)。測(cè)量信號(hào)均為標(biāo)準(zhǔn)4～20mA信號(hào)，高速數(shù)據(jù)采集卡用于事故工況下和發(fā)生水擊時(shí)的數(shù)據(jù)記錄。

4.1 數(shù)據(jù)采集硬件單元

4.1.1 采集卡

數(shù)據(jù)采集模塊，如圖8所示。

4.1.2 渦輪流量計(jì)

由渦輪流量變送器、前置放大器、數(shù)字積算器、頻率指示表組成，如圖9所示。

4.1.3 壓力傳感器

泵站的進(jìn)站壓力時(shí)常會(huì)低于當(dāng)?shù)卮髿鈮毫?，因而選用絕壓傳感器，如圖10所示；泵站的出站壓力一般高于當(dāng)?shù)卮髿鈮毫Γ蚨x用表壓傳感器，如圖11所示。實(shí)驗(yàn)臺(tái)管道中最高壓力為50.99m水柱。P1、P4、P7、P10 4臺(tái)傳感器為絕壓傳感器，布于各泵站的進(jìn)站處，剩下的傳感器為表壓傳感器，布于各站1#泵的排出端和出站處。

4.2 軟件界面系統(tǒng)

如表3所示，系統(tǒng)主界面中菜單包括顯示類型、系統(tǒng)設(shè)置、數(shù)據(jù)采集等7個(gè)子項(xiàng)，各子菜單項(xiàng)有不同的功能。在主界面上還有2個(gè)功能按鈕“讀數(shù)”和“收發(fā)球”，這兩個(gè)按鈕用于讀取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和進(jìn)行收發(fā)球功能的演示。

5 結(jié)論

等溫長(zhǎng)輸管道教學(xué)模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)功能齊全，適應(yīng)性強(qiáng)、利用率高，售后服務(wù)及時(shí)周到。具有直觀、生動(dòng)、安全、易于更新和維護(hù)的優(yōu)點(diǎn)，豐富了實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，得到了實(shí)訓(xùn)人員的好評(píng)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 于達(dá)，宮敬，文繼軍.輸油管道仿真教學(xué)系統(tǒng)開發(fā)研究[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2005（2）：29-32.

[2]張樹文，劉剛，張炘.長(zhǎng)輸管道教學(xué)模擬實(shí)驗(yàn)裝置的開發(fā)設(shè)計(jì)[J].長(zhǎng)春師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2013，06：11-12.