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油气管道综合实验系统油气管道综合实验系统 油气储运综合实验环道是本学院自制的一自动化程度高、设备先进的大型综合实验环道 设施，可模拟油品、天然气的多种输送工艺，例如正输密闭流程（从泵到泵） 、正输旁接流 程、正输压力站流程、倒罐流程、放空、扫线流程、低压泄放保护、高压泄放保护、天然气 管道输送工艺、管道末端储气调峰、管道异常工况等。 本实验环道由罐区、泵房、压缩机室、工艺管线、阀组、和 SCADA 控制系统等部件组成， 不仅可以模拟众多的长输管道油气输送工艺，还可以模拟油库工艺和管道异常工况，可同时 进行人工和微机两种操作方法，形成一整套集油品装卸、储存和运输的综合仿真模拟装置。 罐区由两座 6m3储水罐和两座 6m3储气罐组成； 输油泵房面积为 70m2 ， 安置在储运楼 109 室，泵房内共四台离心水泵，可模拟三个输油泵站，泵房内设有体积为 8.1m3的地下水池和自 动化控制室，同时具有人工控制、测量和计算机控制、测量功能，计算机可直接打印实验结 果；压缩机室为 115m2，内置两台空气压缩机，根据输气量的要求可并联使用，也可单独使 用；工艺管线总长度为 2800m，管道内径为 50mm；阀组由电动球阀、电动闸阀、手动球阀、 手动闸阀、止回阀、安全阀等构成；SCADA控制系统由动力装置、PLC机柜、控制电缆、压力 变送器、温度变送器、差压表、PC机等构成。 下面就该装置的输油、输气管道工艺流程图进行说明。 1、输油管道工艺流程说明 其中 1油罐 2温度变送器 3温度计 4液位计 5球阀 6闸阀 7闸阀 8压力表 9泵 10压力变送器 11压力表 12电动阀 13止回阀 14压力表 15泵 16压力变送器 17压力表 18电动阀 19止回阀 20高压安全阀 21流量开关 22调节阀 23压力表 24压力变送器 25流量计 26球阀 27球阀 28闸阀 29闸阀 30压力表 31泵 32压力变送器 33压力表 图 1 输油管道工艺流程图 34电动阀 35止回阀 36压力表 37压力变送器 38高压安全阀 39流量开关 40球阀 41球阀 42闸阀 43止回阀 44闸阀 45压力表 46泵 47压力变送器 48压力表 49电动阀 50止回阀 51压力表 52压力变送器 53高压安全阀 54球阀 55球阀 56电动阀 57压力变送器 58压力表 59温度变送器 60温度表 61流量计 62球阀 63油罐 64球阀 65流量开关 66闸阀 67低压安全阀 68闸阀 69地下储油罐 70闸阀 71管路泄漏阀 72管路泄漏阀 73管路泄漏阀 74温度变送器 75温度计 76液位计 在图 1 中，油罐（1）通过球阀（62） ，地下储油罐（69）通过闸阀（70）可共同给首站 的泵（9）和（15）供油，压力表（8） 、 （11） 、 （14）和（16）以及压力变送器（10）和（16） 可直接体现出泵前后的压力差。 油品加压后经电动阀（12）和（18）调节流量以及止回阀（13）和（19）防止其回流， 再通过调节阀（22）调整压力，并由阀后压力表（23）和压力变送器（24）校核调压结果， 最后经流量计（25）计量流量和球阀（26）流入上层环道。 经环道上层输送后，通过球阀（27）和闸阀（29）流入中间站泵（31） ，压力表（30）和 （33） 以及压力变送器 （32） 可直接体现出中间站前后的压力差， 经电动阀 （34） 、 止回阀 （35） 、 压力表（36） 、压力变送器（37）和球阀（40）流入中层环道。 经环道中层输送后，通过球阀（41）和（44）流入末站泵（46） ，压力表（45）和（48） 以及压力变送器（47）可直接体现出末站前后的压力差，经电动阀（49） 、止回阀（50） 、压 力表（51） 、压力变送器（52）和球阀（54）流入下层环道。 经环道下层输送后，通过球阀（55） 、电动阀（56） 、压力变送器（57） 、压力表（58） 、 温度变送器（59） 、温度表（60） 、流量计（61）和球阀（62）回到油罐（1） ，完成正输密闭 流程。 通过不同泵和阀门的开关可完成其它流程。 旁接油罐流程油罐（1）内油品通过泵（9）和（15）加压后进入上层环道，经上层环 道输送后通过球阀（27） ，此时分两条输送路线，一条流过闸阀（66）和球阀（64）进入旁接 的油罐（63） ，另一条通过泵（31）加压后进入中层环道，经中层环道输送后通过球阀（41） ， 此时再次分两条路线输送，一条流过闸阀（42）和球阀（64）进入旁接的油罐（63） ，另一条 通过泵（46）加压后进入下层环道，经下层环道输送后通过球阀（55） 、电动阀（56）和球阀 （62）流入油罐（1） 。 压力越站流程 当首站压力满足输送要求时， 为经济考虑， 中间站泵 （31） 和末站泵 （46） 停运，油罐（1）内油品通过泵（9）和（15）加压后进入上层环道，经上层环道输送后通过 球阀（27） 、闸阀（28）和球阀（40）进入中层环道，后通过球阀（41） 、止回阀（43）和球 阀（54）进入下层环道，最后流回油罐（1）内，完成越站流程。 油库倒灌流程油罐（63）内油品通过球阀（64） 、闸阀（42）和（44）进入泵（46）加 压，加压后通过球阀（54）和（55）以及电动阀（56）和球阀（62）流入油罐（1）完成倒灌 流程；地下储油罐（69）内油品经过泵（9） 、泵（15） 、泵（31）和泵（46）加压后通过电动 阀（56）和球阀（62）流入油罐（1）内，完成倒罐流程。 高压泄放保护流程管道正常输送时，泵（31）突然停机或调节阀（22）误关，导致管 道内压力过大，此时高压安全阀（20）将自动打开，泄放回油罐（1） ，以保护管道和沿线各 仪器仪表的安全；泵（46）突然停机时，高压安全阀（38）自动打开，泄放回油罐（63） ；电 动阀（56）误关时，高压安全阀（53）自动打开，泄放回油罐（63） ； 保护停机流程电动阀（56）误关，按泵（46） 、泵（31） 、泵（15）和泵（9）的先后顺 序依次停机。 中间站停运工况将全线各泵站按着逐站启动的步骤正常运行后，把中间站泵（31）停 运，记录各泵站进出站压力和管内流量，比较全线各泵站正常运行工况和中间站停运工况所 得的数据，可知第二泵站停运对系统出力不够，全线输量和进出口压力受到影响。 泄漏工况 全线各泵站正常运行后，分别把管路泄漏阀（71） 、 （72）或（73）打开（模拟输油管腐 蚀穿孔或破裂漏油） ，记录各泵站进出站压力和管内流量的变化，得出不同的管路漏油点位置 对各站工作参数的影响情况，从而找出发生事故的位置。 堵塞工况 全线各泵站正常运行后，把某站间管路的阀门关小，如球阀（26） （模拟输油管因运行操 作失误或管路里进杂物等） ，记录各泵站进出站压力和管内流量。得出不同的管路堵塞位置对 各站工作参数的影响情况，从而找出管路堵塞的位置。 SCADA 监控系统 检测各泵入口压力就地显示，检测各泵出口压力、出站压力及进罐压力就地显示并将信 号远传至控制室。 检测油品进罐温度及油罐（1）和油罐（63）温度就地显示并将信号远传至控制室。 检测调节阀（22）后及电动阀（56）后流量就地显示并将信号远传至控制室。 检测泄压管线流量将信号远传至控制室。 检测罐液位就地显示并将信号远传至控制室。 检测电动阀（12） 、 （18） 、 （34） 、 （49）和（56）全开、全关及远控状态远传至控制室显 示，在控制室控制电动阀开关。 控制调节阀（22）检测阀位反馈信号。 2、输气管道工艺流程说明 其中 1压缩机 2压力变送器 3压力表 4温度计 5温度变送器 6止回阀 7风冷后冷却器 8除油过滤器 9缓冲罐 10球阀 11压缩机 12压力变送器 13压力表 14温度表 15温度变送器 16止回阀 17风冷后冷却器 18除油过滤器 19缓冲罐 20球阀 21球阀 22差压表 23过滤器 24流量计 25电动阀 26压力变送器 27压力表 28温度表 29温度变送器 30球阀 31球阀 32球阀 33温度变送器 34温度表 35压力表 36压力变送器 37电动阀 38过滤器 39差压表 40球阀 41流量计 42压力表 43安全切断阀 44调压器 45压力表 46电动阀 47压力表 48压力变送器 49温度表 50温度变送器 51球阀 52储气罐 53安全阀 54压力表 55压力变送器 56球阀 57流量计 58压力表 59安全切断阀 60调压器 61压力表 62电动阀 63压力表 64压力变送器 65温度表 66温度变送器 67球阀 68球阀 69球阀 70储气罐 71压力表 72压力变送器 73安全阀 4 0 5 6 3 9 3 8 4 2 4 1 5 7 5 8 3 7 3 6 3 5 3 4 3 3 4 3 4 4 5 9 6 0 4 5 6 1 4 6 6 2 4 7 6 3 4 8 6 4 4 9 6 5 5 0 6 6 5 1 5 3 5 4 5 5 7 1 7 2 7 3 5 2 7 0 6 9 6 8 6 7 3 2 3 1 3 0 2 9 2 8 2 7 2 6 2 5 2 4 2 3 2 2 2 1 2 0 1 9 1 8 1 7 1 6 1 5 1 4 1 3 1 2 1 0 987 6 54 32 1 1 1 图 2 输气管道工艺流程图 在图 2 中，气体通过压缩机（1）压缩后，压力表（3）以及压力变送器（2）可直接体现 出压缩后的气体压力，温度计（4）和温度变送器（5）可直接体现出压缩后的气体温度。气 体加压后经止回阀（6）防止其回流，再通过风冷后冷却器（7）冷却气体[注因为液体的粘 度一般随温度的增加而降低，所以给液体加热到一定的温度有利于其输送，然而气体的粘度 一般随温度的降低而降低， 因此冷却压缩后的过热气体有利于其管道输送]， 由除油过滤器 （8） 除去气体中的杂质后进入缓冲罐（9） ，流过球阀（10）准备进入主管线。 气体通过压缩机（11）压缩后，压力表（13）以及压力变送器（12）可直接体现出压缩 后的气体压力，温度计（14）和温度变送器（15）可直接体现出压缩后的气体温度。气体加 压后经止回阀（16）防止其回流，再通过风冷后冷却器（17）冷却气体，由除油过滤器（18） 除去气体中的杂质后进入缓冲罐（19） ，流过球阀（20）准备进入主管线。 两台压缩机（1）和（11）可并联使用，也可一台单独工作。 压缩气体通过球阀（21）后，经过滤器（22）并由压差表（23）直接测量气体流经过滤 器（22）前后的压力差，此时由流量计（24）计量气体流量，压力表（27）以及压力变送器 （26）可直接读出进入环道前的气体压力，温度计（28）和温度变送器（29）可直接读出进 入环道前的气体温度，气体通过球阀（30）后进入环道上层。 经环道上层输送后，通过球阀（31）流入中层环道。 经环道中层输送后，通过球阀（32）进入再次进入空压机室内，温度变送器（33）和温 度计（34）可直接读出分输前的气体温度，压力表（35）以及压力变送器（36）可直接读出 分输前的气体压力，流过球阀（37）后，经过滤器（38）过滤及压差表（39）测试压差后流 入两条分输管线。 其中一条经球阀（40）和流量计（41）计量流量后用压力表（42）测定其压力，再经具 有保护功能的安全切断阀（43）和调压器（44）进行调压，此时用压力表（45）再次测定其 压力后流过电动阀（46） ，通过压力变送器（47） 、压力表（48） 、温度表（49）和温度变送器 （50） 测定进入分支用户储气罐 （52） 前的各个参数， 最后气体经球阀 （51） 进入储气罐 （52） ， 并可由压力表（54）及压力变送器（55）测定储气罐内的气体压力，安全阀（53）可作为罐 内压力过大时的泄放保护。 另一条经球阀（56）和流量计（57）计量流量后用压力表（58）测定其压力，再经具有 保护功能的安全切断阀（59）和调压器（60）进行调压，此时用压力表（61）再次测定其压 力后流过电动阀 （62） ， 通过压力变送器 （63） 、 压力表 （64） 、 温度表 （65） 和温度变送器 （66） 测定进入环道下层的各个参数，最后气体经球阀（67）进入环道下层。 经环道下层输送后，通过球阀（68）和（69）进入储气罐（70） ，并可由压力表（71）及 压力变送器（72）测定储气罐内的气体压力，安全阀（73）可作为罐内压力过大时的泄放保 护。 以上所述为气体输送、计量和调压流程。 通过阀门的开关还可完成末端储气调峰工艺，当输气管网有调峰需要时，将储气罐（52） 内的压缩气体通过调压阀 （44） 调压后进入管网实现调峰， 可输送给需要的客户储气罐 （70） ； 此流程也可由末端储气罐（70）通过调压阀（59）调压后进入管网实现调峰。 通过机组和阀组的开关可实现不同需要的输气状态。 例如当单独启动压缩机（1）时，关闭球阀（56） ，开启球阀（40）可实现单一管路输 送模拟，直到气体输送进储气罐（52）为止。当然，两台压缩机（1）和（11）同时启动时， 可实现更大的输送流量。当关闭球阀（40） ，开启球阀（56）时，可实现长距离管道输送状态。 SCADA 监控系统 检测压缩机（1）和（11）的出口压力、出站压力及进站压力就地显示并将信号远传至控 制室。 检测过滤器（22）和（38）前后压力差就地显示。 检测安全切断阀（41）和（57）阀前、调压器（44）和（60）阀后压力就地显示。 检测压缩机（1）和（11）出口温度、进站温度及出站温度就地显示并将信号远传至控制 室。 检测储气罐（52）和（70）储气压力就地显示并将信号远传至控制室。 检测电动阀（25） 、 （37） 、 （46）和（62）全开、全关及远控状态远传至控制室显示，在 控制室控制电动阀开关。 本装置将油气储运工程专业所涉及的大部分环节联系在一起，可进行本专业的大量工艺 实验，从而避免设备仪器的重复投资；通过先进的 SCADA 控制系统进行数据采集和监控，提 高所得实验数据的精确度，保证研究成果的准确；本装置在实践教学和科学研究等方面将起 到重要作用。 图 1 环道管网 图 2 阀组 图 3 鸟瞰图