摘要:本文针对机场密闭加油管道较长的情况下，由于阀门瞬间关闭引起水击压力急剧升高而导致设备损坏现象。给出了管道加油车水击压力的计算模型，并通过计算得出了冲击压力，对油罐管线布局及消减压力具有一定的指导意义。

　　关键词：密闭加油管道 水击压力 计算模型

　　1.通常在较长距离的输油管线中的冲击压力非常显著，在实际应用中曾经多次发生事故，人们在输油管线设计过程中对冲击压力给予了极大重视。然而在管道加油车加油作业时，也会产生较大的水击压力。管道加油车采取了皮囊蓄能器等消除水击压力影响的措施，效果有限。管道加油车的水击压力影响因素要考虑固定管线的长度增加将加剧冲击压力。在飞机管道加油车实施加油作业时，最为严重、最值得关注的冲击现象发生于闭式加油管路中。

　　2.1.管道加油车水击压力计算模型

　　当管道加油车对飞机实施闭式压力加油，飞机油箱已经装满油或压力超过限定值时，油箱进口会自动关闭，而油泵此时还处于运转状态， 由于管路出口突然截止，紧靠压力加油接头的一层液体首先停止流动，压力升高，接着，后面的各层液体也依次停止流动，动能依次转化为压力能，形成压力波。压力波以一定速度向出口方向传播，途中遭遇较大容量时，压力波停止，并开始形成压力恢复波，压力恢复波传播至压力加油接头处停止，此时压力降低波产生，仍以相同速度向油泵出口方向传播，如此循环往复。由于管路的变形以及沿程阻力损失的作用，压力振荡将逐渐衰减，最后趋于稳定。整个过程中，冲击压力的最大峰值一般产生于第一个振荡周期内。可以认定压力波在传播到罐底出口处停止，忽略地井胶管后，飞机管道加油车加油系统冲击压力的计算模型如图2.l所示。

　　图2.1管道加油车冲击压力计算模型

　　冲击压力计算方法如下：

　　(1)确定压力波传播速度c。实际运算中，c可按下式求得

(2.1)

　　(2)判断冲击类型。

　　据文献介绍，飞机加油时阀门关闭时间t=155ms，通过c可以计算压力波在各段的传播时间T.比较t和T 判断冲击类型，当t< T时，判断为完全冲击状态。

　　(3)计算冲击压力。

　　在完全冲击状态下，水击压力的计算公式

(2.2)

　　2.2.水击压力计算

在管道加油车加油系统中，加油管路分为加油车本身的硬铝合金管、固定管线的碳钢管和加油软管的橡胶软管三段。橡胶软管段：内径63mm，壁厚4mm，长度为15m，额定加油流量为1200L/min时,管中油液流速为6.42m/s.铝合金管段：内径63mm，壁厚4mm，有效长度约为4.7m，额定加油量为1200L/min时，管中油液流速为6.42m/s。固定管线长度按1000m计算，管线内径80mm，壁厚4mm额定流量1200L/min时，流速为3.98m/s.航空煤油体积弹性模量K =1.7×10pa;管路材料橡胶、铝和钢的弹性模量E分别为8.0×10，7.0×10， 2.0×10Pa。取航空煤油密度0.74×10kg/m.代入公式(1)和(2)可分别求出三段的冲击压力分别为:

　　(1)软管段

　　c=26.13 m/s

t< T=2/c=30/26.13=1.15 s

　　所以是完全冲击。代入公式(2)可得

=1.24 MPa

　　(2)铝合金管段

　　c= 411.7 m/s.

　　考虑到本管段较短，压力波传播时间短，水击压力相对于其它两管段 较小，故可忽略不计。

　　(3)固定管段

　　c= l401.13 m/s

　　t< T=2l/c=2000/140l=1.4 s

　　所以是完全冲击。代入可得

=66 MPa

　　本次计算的目的，只是为了从理论上讨论加油系统中压力究竟会有多大，因此，全段管路中总压力值的计算，采用两段管路压力值相加的方法，这是计算最为简单的情况，理论上压力最大的情况。

　　因此，管路理论水击压力值约等于67.24MPa。实际上，由于管路弹性变形、管路附件阻力的影响等将使水击压力的实际值远小于该数值。

　　2.3 水击压力的分析

　　从以上计算可知，在实际使用中，管路的长短将极大的影响水击压力的大小。在管道加油车的设计时，考虑了管道水击压力的影响，因此在管路中设置了皮囊吸能器。从文献的分析可以看出。弹簧蓄能式水击缓冲装置对水击压力的消除作用取决于其体积。对水击压力的减小也可以得出类似的结论。设置蓄能装置的管路，文献给出了水击压力P。与蓄能容积p之间的关系

(2.3)

　　因此皮囊蓄能器对水击压力的减小量是固定的，当管路过长时，水击压力仍然过大，将对仪表和过滤器等附件产生影响。

　　通过计算也可以看出，流量应急控制器的动作时间小于水击压力波的传播时间，应急流量控制器在消除水击方面的作用不明显。

　　因此只要固定管线长到一定数值，水击压力必将产生破坏性的影响。KUC2002- 1200型管道加油车上使用了重庆仪表厂生产的LL一80/10YCLL14JBB型流量计，在其它收发油设备中使用的流量计全部为重庆仪表厂生产的，使用情况良好。但管道加油车上的流量计经常损坏， 出现流量计齿轮磨损严重或发生卡死现象，这可以证明水击压力对管路的产生了破坏作用。

　　通过以上分析可以看出，固定管道长度将加剧水击压力的影响，这种影响将大大超出管道加油车本身消除水击的能力，并造成仪表和管路附件的损坏。

　　结论：在机场加油地井与使用罐距离过长时，皮囊蓄能器对水击压力的减小量是固定的，应急流量控制器在消除水击方面的作用不明显。在机场油库设计时，可考虑合理布置油罐与加油管道的位置管线，缩短管道长度，有效控制水击压力的产生，有利设备正常运行。

　　参考文献

　　1.蒲家宁.管道水击分析与控制[M].机械工业出版社，1991：54～255

　　2.薛水发.机场管线加油系统水击过程的数值模拟及安全评价[D],石油大学(北京)硕士学位论文，北京:1995

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