原油管道输送技术

原油管道输送技术中国石油大学（华东）储运工程系2009年5月20日安家荣主要内容一、输油管道概况二、输油泵站的工作特性三、输油管道的压降计算四、原油管道的温降计算五、输油管道运行工况分析与调节六、热油管道的日常运行管理七、含蜡原油管道的石蜡沉积八、提高输油系统效率的途径管道是石油生产过程中的重要环节，是石油工业的动脉。在石油的生产过程中，自始至终都离不开管道。我们可以把石油的生产过程简单的表示为：用户炼油厂矿场油库转油站联合站计量站油井矿场油气集输系统长输管道原油管道成品油管道一、输油管道概况长输管道是长距离输油管道的简称，它是指流量大，管径大，运距长的自成体系的管道系统。可简单地表示为：首站收油计量加压加热中间站收油加压加热末站收油计量发油长输管道总是由输油站和线路组成。首站、末站和中间站统称为输油站。对于原油管道，首站一般在油田，末站一般为炼厂和港口。为了保证管道的连续运行，首末站一般建有较大的库容，而中间站一般只设一座旁接油罐或事故罐，用以调节流量的不平衡（旁接油罐流程）或事故泄压（密闭流程）。输油管道一般由离心泵提供压能，电动机为原动机。对于加热输送的管道，由于沿程散热，为了保持油品的温度，沿线还要设加热站，所用燃料一般为所输原油或渣油。为了保证管道的正常运行，全线设有有效的通讯系统，以调度、指挥生产。通讯线路是长输管道的生命线，主要的通讯方式有：有线电话、微波通讯、卫星通讯、网络通讯、无线电通讯。通讯方式的选择主要根据管线所处地区的环境和管线的具体情况确定，一般多采用微波通信系统。对于多雾山区，可采用网络通讯为主，卫星通讯为辅的通讯系统，以确保通讯的安全和畅通。之所以说通讯线路是长输管道的生命线，是因为如果通讯系统不畅通就会给管道造成重大安全事故。1、输油管道发展概况管道工业有着悠久的历史。中国是最早使用管道输送流体的国家。早在公元前的秦汉时代，在四川的自贡地区就有人用打通了节的竹子连接起来输送卤水，随后又用于输送天然气。据考证，最早的输气管道是在1875年前后在中国四川建成,当时的人们为了输送天然气，把竹子破成两半，打通中央的竹节再重新组合起来，并用麻布绕紧，石灰糊缝将其用做输气管道，长达100多公里。现代油气管道始于19世纪中叶，1859年，在美国宾夕法尼亚州的泰特斯维尔油田打出了第一口工业油井，所生产的原油起初用马车拉运，导致了严重的交通拥挤。1886年，美国又铺设了一条口径为200mm，长为139km的输油管道。美国在1879年建成了泰德—瓦特输油管道(Tide—WaterPipeline)，被称为全世界第一条长距离输油管。该管道从柯里亚尔通往威廉港，管道直径152mm，全长174km，年输量50×104ｔ。1865年，在该油田建造了第一条用于输送原油的管道，管道直径为50mm，长约8km，输量127m3/d，用往复泵驱动,每桶油的运价由马车运输时的2.5～5美元降至1美元。1920年前，管道均采用丝扣连接，因此管径较小。1920年，在管道铺设中开始采用气焊，随后又被电焊所取代。金属焊接工艺的发展和完善促进了大口径、长距离管道的发展，同时也促进了新管材的使用。但真正具有现代规模的长输管道始于第二次世界大战。当时由于战争的需要，美国急需将西南部油田生产的油运往东海岸，但由于战争，海上运输常常被封锁而中断，这就促使美国铺设了两条输油管道。一条是原油管道，叫“BigInch”，管径610mm，全长2016km，日输油能力47700m3，投资近1亿美元，由德克萨斯到宾夕法尼亚。另一条为成品油管道，叫“LittleBigInch”，管径500mm，全长2640km，日输能力为37360m3，政府投资7500万美元。其中原油管道于1943年建造投产，成品油管道1944年投产运行。从20世纪60年代起，输油管道向大口径、长距离的方向发展，并出现许多跨国管线。较著名的有：1964年，原苏联建成了苏联－东欧的“友谊”输油管道，口径为1020mm,长为5500km。1977年，建成了第二条“友谊”输油管道，在原苏联境内与第一条管线平行，口径为1220mm，长为4412km，经波兰至东德。两条管线的输量约为1亿吨/年。1977年，美国建成了世界上第一条伸入北极圈的横贯阿拉斯加管道，口径为1220mm，全长为1287km，其中900km管道采用架空保温铺设。年输量约为1.2亿m3，不设加热站，流速达3m/s，靠摩擦热保持油温不低于60℃，投资77亿美元。1988年，美国建成了从西部圣巴巴拉至休斯顿的原油管道，管径762mm，总长2731km，年输油能力约为1600万吨。同时，成品油管道也获得了迅速发展。典型的是美国的科罗尼尔成品油管道系统。干线口径为750、800、900、1000mm，总长为8413km，输油能力为1.4亿吨/年，采用顺序输送，输送的油品种类多达100多种。2、长输管道的发展趋势1、建设高压力、大口径的大型输油管道；2、采用高强度、高韧性、可焊性良好的管材；4、采用先进的输油工艺和技术；3、采用新型、高效、露天设备；a.设计方面，采用航空选线；b.采用密闭输送工艺流程，减少油气损耗和压能损耗；c.采用计算机自控、遥控技术；d.用化学药剂（减阻剂、降凝剂）降低能耗。3、管道运输的特点(1)长距离输油管道分类①原油管道(crudeoiltrunkline)：特点是输量大，运距长，管径大，分输点少。起点一般为油田，终点一般是炼厂或港口。②成品油管道(productspipeline)：特点是所输油品品种多，批量多，分油点多，采用顺序输送。起点一般为炼厂，终点一般为消费地区的储油库和分配油库。(2)管输的特点下表是美国1975－1980年各年原油和成品油运输中各种运输工具所占的比例：％年管道水运公路铁路总运量(亿吨)197548.0222.0628.421.5018.32197648.0221.8628.751.3719.45197747.9521.7228.941.3920.56197846.2423.6828.881.2021.24197946.6623.4528.681.2120.96198046.2125.5727.041.1819.92由上表看出，管道运输是原油和成品油的主要运输方式。我国已把管道、铁路、水路、公路和空运并列为5种主要的运输方式。下表为我国1991~2000年原油运输中的各种运输工具所占的比例.年份运输总量铁路水运管道年万吨%%%199118615.607.2026.90199218311.507.2026.2066.60199318309.139.1024.2066.70199417790.988.2825.2766.45199517507.099.8023.0067.20199617125.969.9021.1568.97199717037.0010.4019.3070.20199818186.539.7117.5972.70199917811.2710.1415.1974.67200018911.288.9712.3678.67注:(1)1998-2000年水运不包括进口运量390kt、2640kt和16950kt。(2)运输总量均未包括汽车运量(每年3000kt-5000kt)。下表为2000年国内成品油运输中各种运输方式比例铁路水运公路管道%%%%中国石油62.919.411.85.9中国石化61.623.914.51.8全国61.422.713.32.6管道运输的特点：①运量大，固定资产投资小（与铁路相比）。⑥管道运输适于大量、单向、定点的运输，不如铁路、公路运输灵活。⑤占地少，受地形限制小。④运价低，耗能少。③便于管理，易于实现集中控制，劳动生产率高。②受外界限制少，可长期稳定连续运行，对环境的污染小。一条720管线的输量约等于一条单线铁路的运量，但造价不如铁路的1/2。管线埋于地下，基本不受恶劣气候的影响，油气污染和噪声污染都比铁路小得多。原苏联管线运价约为铁路的1/2，美国约为铁路的1/7-1/10，我国目前基本与铁路持平。管线埋于地下，地面仍可耕种。铁路的坡度一般不能超过30度，而管线不受坡度的限制，有利于翻山越岭，取捷径，起终点相同的两地间，管线的长度一般要比铁路短30%。4、我国输油管道概况1958年以前，我国输油管道还是一个空白。1958年，我国修建了第一条长输管道：克拉玛依—独山子原油管道。随着我国石油工业的发展，20世纪70年代开始兴建大型输油管道，我国管道工业进入第一个发展高潮,建设的管道主要是原油管道。到目前为止,我国铺设的百公里以上的原油长输管道60余条,管径为159～720，形成了具有一定规模的原油管网(见全国油气管线分布图)。我国管道工业继第一个发展高潮之后，于20世纪90年代中期逐渐进入第二个发展高潮，而且目前已经处在发展高潮之中。此次发展高潮以天然气管道和成品油管道建设为主。近几年来，我国已经建成的或正在兴建中的成品油管道有：1973年建成的跨越世界屋脊的格尔木-拉萨的成品油管道（也是我国的第一条成品油管道）、抚顺至营口的成品油管道、北京至塘沽的成品油管道、兰州-成-渝成品油管道、镇海至萧山成品油管道、鲁皖成品油管道（起点为青岛大炼油）、珠江三角洲成品油管道、茂名至昆明成品油管道、乌鲁木齐-兰州的西部成品油管道、兰州-郑州-长沙的成品油管道、和计划建设的抚顺-郑州的成品油管道等，逐步形成了规模较大的成品油管网（全国油气管道分布图）。已经建成和正在兴建的大型输气管道有：陕京输气管道、西气东输管道（正在建二线）、涩北西宁兰州天然气管道、忠县至武汉天然气管道、安平-济南-青岛输气管道、川气东送管道、环珠江三角洲液化天然气管道、海南-香港天然气管道、平湖至上海的海底天然气管道等（全国油气管道分布图）。正准备兴建的管道还有中俄天然气管道、中俄原油管道(正在建设)，远景规划可能还有吐库曼斯坦至中国的天然气管道、西西伯利亚至中国天然气管道，以及苏里格气田的外输管道等。截止2003年底，我国油气管道总长45899km，其中大陆地区的原油管道总长15915km，成品油管道共计6525km，海底管道2126km。加上近几年修建的成品油和原油管道，总里程已超过55000km。由于离心泵具有排量大、扬程高、效率高、流量调节方便、运行可靠等优点，在长输管道上得到广泛应用。长距离输油管道均采用离心泵，很少使用其他类型的泵。离心泵的型式有两种：(1)多级（高压）泵:排量较小,又称为并联泵；(2)单级（低压）泵:排量大，扬程低，又称为串联泵。1、长输管道用泵一般来说，输油泵站上均采用单一的并联泵或串联泵，很少串并联泵混合使用，有时可能在大功率并联泵或串联泵前串联低扬程大排量的给油泵，以提高主泵的进泵压力。二、输油泵站的工作特性长距离输油管道是耗能大户，而输油主泵输油管道的主要耗能设备，因此提高输油主泵的效率是提高输油管道经济效益的重要途径。如果将我国目前输油管道的输油主泵效率由70%左右提高85%左右，输油电耗将减少20%以上。因此，在输油管道的日常管理中，加强对输油主泵的维修保养，使其始终处于高效状态，对提高输油管道的经济效益非常重要。输油泵原动机⑴电动机⑵柴油机⑶燃气轮机输油泵的原动机应根据泵的性能参数、原动机的特点、能源供应情况、管道自控及调节方式等因素决定。分为：电动机具有体积小、重量轻、噪音低、运行平稳可靠、便于实现自动控制等优点，对于电力供应充足的地区一般均采用电动机作为原动机。其缺点是调速困难，需要专门的调速装置。但对于电网覆盖不到的地区，是否采用电动机要进行经济比较。如果需要架设长距离输电线路，采用电动机是不合适的。与电动机相比，柴油机有许多不足之处：体积大、噪音大、运行管理不方便、易损件多、维修工作量大、需要解决燃料供应问题。其优点是可调速。对于未被电网覆盖或电力供应不足的地区，采用柴油机可能更为经济。燃气轮机单位功率的重量和体积都比柴油机小得多，可以用油品和天然气作燃料，不用冷却水，便于自动控制，运行安全可靠，功率大，转速可调。一些退役的航空发动机