第6章 管道运输

第6章管道运输2/28/20241一、管道运输的概念管道运输是利用管道输送气体、液体和粉状固体的一种运输方式，其运输形式是靠物体在管道内顺着压力的方向循序移动来实现的。管道运输的发展与能源工业，特别是石油、天然气工业的发展密切相关。2/28/20242管道运输已有130多年的历史，在各主要工业国均已成为独立的技术门类，形成了庞大的工业体系，与铁路、公路、水路和航空运输等并列为五大现代运输方式之一。管道运输是利用管道，通过一定的压力差而完成的物品（多为液、气体货物）运输的一种运输方式。只限于特定对象和固定流向。2/28/20243二、管道运输的优缺点（一）优点

1、运量大

2、百万~亿吨/年占地少

3、建设周期短费用低安全可靠连续性强

4、耗能少、成本低、效益好（二）缺点

1、承运货物单一

2、不容随意扩展管线

3、经常需要与其他运输方式结合

4、维护与维修成本大2/28/20244三、输油管道运输长距离输油管道是连接油田、炼厂、油库或其它用油单位的长距离输送原油或成品油的管道。原油管道的起点大多是油田，终点则可能是炼油厂，或转运原油的港口、铁路枢纽。成品油管道的起点常是炼油厂或成品油库，沿途常有较多的支线分油或集油。2/28/20245成品油管道输送的货物除了石油炼制产品外，还包括油、气田生产的液态烃和凝析汽油等。由于所输的油品品种繁多，成品油管道常采用顺序输送的方法，在同一管道里分批连续地顺序输送多种油品，甚至可将质地最轻的液化石油气和重质燃料油，以及它们中间油品用同一条管道输送。输油管道也可按输油品的轻重不同，分为轻油管道和重油管道。由于轻重油品的粘度和凝固点相差较多，常需采用不同的输送方法。2/28/202461.输油管道的组成长距离输油管道由输油站和管线两大部分组成。输油管道的起点称为首站，其任务是集油，经计量后加压向下一站输送，故首站的设备除输油机泵外，一般有较多的油罐。输油管道沿途设有中间泵站，其任务是对所输送的原油加压、升温。中间站的主要设备有输油泵、加热炉、阀门等设备。输油管道末站接受输油管道送来的全部油品，供给用户或以其它方式转运。2/28/202472.输油管道的主要设备及其工作原理（1）离心泵与输油泵站①离心泵泵是一种将机械能（或其它能）转化为液体能的水力机械，它也是国内外输油管线广泛采用的原动力设备，是输油管线的心脏。②输油泵站输油泵站的基本任务是供给油流一定的能量（压力能或热能），将油品输送到终点站（末站）2/28/20248（2）输油加热炉在原油输送过程中对原油采用加热输送的目的是使原油温度升高，防止输送过程中原油在输油管道中凝结，减少结蜡，降低动能损耗。通常采用加热炉为原油提供热能。2/28/20249（3）储油罐油罐是19世纪60年代发展起来的一种储存石油及其产品的设备。油罐按建造方式可分为地下油罐（罐内油品最高液面比邻近自然地面低0.2m以上者）、半地下油罐（油罐高度的三分之二左右在地下）和地上油罐（油罐底部在地面或高于地面者）三种；按建造材料分为金属油罐、非金属油罐；按罐的结构形式分为立式圆柱形油罐、卧式油罐、双曲率形油罐三类。2/28/202410（4）管道系统输油系统一般采用有缝或无缝钢管，大口径者可采用螺旋焊接钢管。无缝钢管壁薄、质轻、安全可靠，但造价高。多用于工作压力高、作业频繁的主要输油管线上。2/28/202411（5）清管设备油品运输过程中，管道结蜡使管径缩小，造成输油阻力增加、能力下降，严重时可使原油丧失流动性，导致凝管事故。处理管道结蜡有效而经济的方法是机械清蜡，即从泵站收发装置处放入清蜡球或其它类型的刮蜡器械，利用泵输送原油在管内顶挤清蜡工具，使蜡清除并随油输走。进行管道清蜡要求不导致管道明显变形，且清蜡工具易通过；同时，清蜡器具应有足够强度，在清蜡过程中不易变形和损坏。2/28/202412（6）计量及标定装置为保证输油计划的完成，加强输油生产管理，长输管线上必须对油品进行计量，及时掌握油品的收发量、库存量及耗损量。现代管道运输系统中，流量计已不仅仅是一个油品计量器，它还是监测输油管运行的中枢。如通过流量计调整全线运行状态、校正输油压力与流速、发现泄漏等。计量系统包括流量计、过滤器、温度及压力测量仪表、标定系统及排污管等五部分组成。2/28/2024133.管道防腐管道和储罐被腐蚀会造成穿孔从而引起油、气、水的跑漏甚至爆炸。根据金属管道腐蚀的机理，可将其分为两大类：一是化学腐蚀，即金属表面与周围介质发生作用而导致的破坏。二是电化学腐蚀，它是指在腐蚀过程中有电流产生的腐蚀。2/28/202414四、天然气管道运输1.输气管道的组成输气管道系统主要由矿场集气管网、干线输气管道（网）、城市配气管网以及与此相关的站、场等设备组成。这些设备从气田的井口装置开始，经矿场集气、净化及干线输送，再经配气管网送到用户，形成一个统一的、密闭的输气系统。2/28/2024152.输气管道运输设备及工作原理（1）矿场集气集气过程指从井口开始，经分离、计量、调压、净化和集中等一系列过程，到向干线输送为止。集气设备包括井场、集气管网、集气站、天然气处理厂、外输总站等。（2）输气站输气站又称压气站。核心设备是压气机和压气机车间。任务是对气体进行调压、计量、净化、加压和冷却，使气体按要求沿着管道向前流动。2/28/202416（3）干线输气干线是指从矿场附近的输气首站开始到终点配气站为止。由于输气管道输送的介质是可压缩的，其输量与流速、压力有关。压气站与管路是一个统一的动力系统。压缩机的出站压力就是该站所属管路的起点压力。终点压力为下一个压气站的进站压力。（4）城市配气城市配气指从配气站（即干线终点）开始，通过各级配气管网和气体调压所按用户要求直接向用户供气的过程。配气站是干线的终点，也是城市配气的起点与枢纽。气体在配气站内经分离、调压、计量和添味后输入城市配气管网。2/28/2024173.增加输气管输气能力输气管道在生产过程中常需要进行扩建或改造，目的在于提高输气能力并降低能耗。当输气管最高工作压力达到管路强度所允许的最大值时，可采用铺设副管、倍增压气站两种方法来提高输气能力。前者需要扩建原有压气站、增加并联机组；后者是通过在站间增建新的压气站、减少站间管路长度，从而获得输气管通过能力的提高。2/28/202418五、固体料浆管道运输用管道输送各种固体物质的基本措施是将待输送固体物质破碎为粉粒状，再与适量的液体配置成可泵送的浆液，通过长输管道输送这些浆液到目的地后，再将固体与液体分离送给用户。目前浆液管道主要用于输送煤、铁矿石、磷矿石、铜矿石、铝钒土和石灰石等矿物，配制浆液的主要是水，还有少数采用燃料油或甲醇等液体作载体。2/28/202419尽管有许多人认为管道输送固体物质是经济、可靠的方法之一，固体料浆管道的输送技术也确实有了较大的发展，但在料浆管道的优化设计与计算方法等方面还缺乏经过实践验证的、普遍适用的工艺技术。固体料浆管道的输送技术还在继续探索和发展之中。2/28/2024201.料浆管道系统的组成料浆管道的基本组成部分与输气、输油管道大致相同，但还有一些制浆、脱水干燥设备。以煤浆管道为例，整个系统包括煤水供应系统、制浆厂、干线管道、中间加压泵站、终点脱水与干燥装置。它们也可分为三个不同组成部分：浆液制备厂、输送管道、浆液后处理系统。2/28/2024212.料浆管道设备（1）浆液制备系统以煤为例，煤浆制备过程包括洗煤、选煤、破碎、场内运输、浆化、储存等环节。（2）中间泵站中间泵站的任务是为煤浆补充压力能。停运时则提供清水冲洗管道。输送煤浆的泵也可分容积式与离心式两种，其特性差异与输油泵大致相同。（3）后处理系统煤浆的后处理系统包括脱水、储存等部分。2/28/202422由于管道中流动的浆液是固液两相的混合物，其输送过程中除了要保证稳定流动外，还要考虑其沉淀的可能，尤其是在流速降低情况下，不同流速、不同固体粒径及浓度条件下，浆液管道中可能出现均质流、非均质流、半均质流三种流态。非均质流浓度分布不均，可能会出现沉淀，其摩阻高，输送费用大。从整个系统来看，要保证系统的经济性需要考虑并确定合理的颗粒大小及浆液浓度。细颗粒含量多时虽然可以降低管输费用，但制浆、脱水费用增加。2/28/202423六、世界管道运输发展史中国是世界上最早使用管道运输流体的国家，早在公元前200多年，古人已建造用打通的竹管连接起来的管道，用于运输卤水。这可以说是现代管道运输的雏形。2/28/202424现代管道运输始于19世纪中叶，1865年10月，美国人锡克尔用管径50毫米的熟铁管，修建了世界上第一条9千米长的管道，用于输送石油，他在沿线设了三台泵，每小时输油13立方米。然而它的进一步发展则是从20世纪开始的。2/28/202425第二次世界大战期间，美国修建了当时称雄世界的两条长距离管道：一条是原油管道，从得克萨斯州到宾尼亚州，全长2158千米、管径600毫米，日输原油47770立方米；另一条是成品油管道，从得克萨斯州到新泽西州，全长2745千米，日输成品油37420立方米。随着二次大战后石油工业的发展，管道的建设进入了一个新的阶段，各产油国竞相开始兴建大量石油及油气管道。2/28/20242620世纪60年代开始，输油管道的发展趋于采用大管径、长距离，并逐渐建成成品油输送的管网系统。同时，开始了用管道输送煤浆的尝试。全球的管道运输承担着很大比例的能源物资运输，包括原油、成品油、天然气、油田伴生气、煤浆等。其完成的运量常常大大高于人们的想象(如在美国接近于汽车运输的运量)。2/28/20242720世纪70年代以后，由于科学技术的发展，管道运输又有长足进步，一些大型管道相继问世，1972年前苏联与东欧各国建成“友谊”输油管道，总长9700千米，管径为1220和820毫米，年输原油为1亿吨。沿线每隔80～110千米设在一泵站，安装有离心泵油泵和程序控制系统，保证输油管正常工作。1977年，美国在阿拉斯加州也建设了世界著名的输油管道，这是一条伸入北极圈的管道，全长1277千米，管径1220毫米，沿线穿越3条山脉、34条河流和长700千米的冻土带。2/28/202428世界著名的输气管道当属横贯加拿大全境的管道，管道总长8500千米，管径500～1000毫米，中间设46座压气站。年输气量达300亿立方米。整个系统的管道和压气站，由多伦多市中心控制室用计算机进行遥控，并在屏幕显示有关数据。日常维护使用双螺旋桨飞机在低空50米巡逻飞行，并定期派出人员在地面检查。2/28/202429六、我国管道运输我国现代的管道运输起步较晚，发展也比较缓慢。1958年，建成卡拉玛依一乌鲁木齐长距离输油管道，全长295千米。1963年在四川修建了从川南到重庆的输送天然气管道，全长54.7千米。2/28/202430西气东输一线项目2002年7月4日正式开工建设。它是我国油气管道建设史上距离最长的输气管道，总长3900公里，2004年开始向上海等城市商业供气。于2004年年底全线建成供气。2/28/202431“西气东输二线”是由中石油独资建设的我国第二条西气东输管线，主供气源为引进土库曼斯坦、哈萨克斯坦等中亚国家的天然气，国内塔里木、准噶尔和鄂尔多斯盆地气源联网备用或作补充气源。该线设计输气规模300亿立方米/年，实际供气能力260亿立方米，该管线西起新疆的霍尔果斯，途经新疆、甘肃、宁夏、陕西、河南、安徽、湖北、湖南、江西、广西、广东、浙江和上海13个省、自治区、直辖市，主线全长5700公里，其中国外1700公里，国内4000公里，加上支线共长7000公里。2/28/202432西气东输三线工程全线包括1干8支3库1LNG应急调峰站。干支线沿线经过新疆、甘肃、宁夏、陕西、河南、湖北、湖南、江西、福建和广东共10个省、自治区，干线、支线总长度为7378公里。干线设计压力12～10兆帕，管道直径1219毫米/1016毫米，设计输量300亿立方米/年。2/28/2024332/28/202434中国已将一条起点在缅甸的天然气管道投入运营。中缅两国于2013年7月28日为这条近800公里长的线路举行了正式的开通典礼。此外，一条输油管道正在修建中，把通过印度洋运输到缅甸的中东石油引入中国。通过这条天然气管道每年能往中国输送120亿立方米天然气，通过输油管道每年能将2200万吨石油输送至中国。2/28/2024352/28/2024362/28/2024372/28/202438七、管道运输的现状目前世界上共有美国、瑞士、中国3个国家正在研究真空管道磁悬浮技术，我国已经开始着手试验了，美国和瑞士还在理论阶段。在公路，铁轨，空中，水域的四种交通渠道之外，德国波鸿大学的研究人员又提出了未来交通的“第五个选择”，这就是地下货物自动运输渠道。2/28/202439天然气管道运输设备的组成及其工作原理输气管道的组成输气管道系统主要由矿场集气网、干线输气管道（网）、城市配气管网以及与此相关的站、场等设备组成。这些设备从气田的井口装置开始，经矿场集气、净化及干线输送，再经配气网送到用户，形成一个统一的、密闭的输气系统。2/28/202440输气管道运输设备及工作原理1、矿场集气集气过程从井口开始,经分离、计量、调压、净化和集中等一系列过程，到向干线输送为止。集气设备包括井场、集气管网、集气站、天然气处理厂、外输总站等。2/28/2024412、输气站又称压气站。核心设备是压气机和压气机车间。任务是对气体进行调压、计量、净化、加压和冷却,使气体按要求沿着管道向前流动。由于长距离输气需要不断供给压力能,故沿途每隔一定距离(一般为110~15