《管道工程》输油管道

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1、管道工程,管道工程,第7章 输油管道,7.1 输油管道概况,7.2 输油泵站的工作特性,7.3 输油管道的压能损失,7.4 等温输油管道运行工况分析与调节,7.5 热油管道的温降计算,7.6 热油管道的摩阻计算,7.7 热油管道的日常运行管理,7.8 热输含蜡原油管道的石蜡沉积,7.9 热油管道的启动投产,7.10 热油管道的停输温降及再启动,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：,7.1 输油管道概况,输油管道,1、输油管道的发展历史,1879年，在美国的宾夕法尼亚铺设了一条口径为150mm，长为17

2、.4km的输油管道。,1886年，美国又铺设了一条口径为200mm，长为139km的输油管道。,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，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。现代管道始于19世纪中叶，1859年，美国宾夕法尼亚打出了第一口油井，所生产的原油起初用马车拉运，从而导致了严重的交通拥挤。直到1865年，才建造了第一条用于输送原油的管道。直径为50mm，长为10km，输量为2.8 m3/h,用往复泵驱动。,7.1 输油管道概况,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

3、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，口径为600mm，长度为2158km，输量为47700m3/d(1500万吨/年)，由德克萨斯到宾夕法尼亚。另一条为成品油管道，口径为500mm，包括支线全长为2745km，输量为3760m3/d(1300万吨/年)，由德克萨斯到新泽西，同时还铺设了一条输气管道，口径为600mm，长为2035km，由西南部到东海

4、岸。,7.1 输油管道概况,从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。,7.

5、1 输油管道概况,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。,7.1 输油管道概况,2、长输管道的发展趋势,(1) 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

6、算机自控、遥控技术。d.用化学药剂（减阻剂、降凝剂）降低能耗。,7.1 输油管道概况,3、管道运输的特点, 运量大，基建费用低（与铁路相比） 。, 管输适于大量、单向、定点的运输，不如铁路、公路运输灵活。, 占地少，受地形限制少。, 运价低，耗能少。, 便于管理，易于实现集中控制，劳动生产率高。, 受外界限制少，可长期稳定连续运行，对环境 的污染小。,输油管道概况,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

7、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%。,7.1 输油管道概况,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40余条,管径为159720,形成了具有一定规模的原油管网(见全国油气管线分布图)。,7.1 输油管道概况,我国管道工业继

8、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管道有，西气东输管道、涩北西宁兰州天然气管道、兰州成都重庆成品油管道、茂名至昆明成品油管道、忠县至武汉天然气管道、宁波上海南京进口原油管道、环珠江三角洲液化天然气管道、镇海至萧山成品油管道，以及平湖至上海的海底天然气管道等。正准备兴建的管道还有中俄天然气管道、中俄原油管道，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。,7.1 输油管道概况,返回,阿尔善-赛汉塔

9、拉原油管道,在东北和华北地区，先后建成了庆铁线、铁大线、铁秦线、秦京线、铁扶线、抚鞍线和任京线，形成了规模较大的东北管网，担负了大庆油田、辽河油田、华北油田的原油外输任务。,在华东华北地区，先后建成了鲁宁线、濮临线、沧临线、中洛线、东临线、东黄线、东黄复线、东辛线、临济线，形成了规模较大的华东原油管网，担负了胜利油田、中原油田的原油外输任务。另外，已经停止运行的任沧线实际上已将东北和华东两大管网连为一体。,在华中地区，魏荆线担负了河南油田的原油外输任务。在华南地区，湛茂线担负了茂名石化的供油任务。在内蒙境内阿赛线担负了二连油田的原油外输任务。,在西北地区，克独线、克乌线担负了克拉玛依油田的原油

10、外输任务；花格线担负了青海油田的原油外输任务；马惠宁线、靖咸线担负了长庆油田的原油外输任务；库鄯线担负了塔里木油田的原油外输任务。,四川油田管网,马惠宁线,花格线,魏荆线,7.1 输油管道概况,7.2 输油泵站的工作特性,1、长输管道的泵机组类型,输油泵站的作用:,输油管道,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：,多级（高压）泵:排量较小,又称为并联泵；,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

11、的进泵压力。,串联泵具有排量大、扬程低、效率高的特点。我国试制的KS型串联泵比并联泵效率高10%左右，而国外生产的串联泵比国内多数管道采用的并联泵效率高出18%左右。,7.2 输油泵站的工作特性,长距离输油管道是耗能大户，而等温输油管道的耗能设备主要是输油主泵，因此提高输油主泵的效率是提高等温输油管道经济效益的主要途径。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，在成品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。,7.2 输油泵站的工作特性,(2) 原动机, 电动机, 柴油机, 燃气轮

12、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的原动机。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

13、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经改型后可用于驱动离心泵。对于偏远地区的大型油气管线，采用燃气轮机可能是比较好地选择。如前面提到的横贯阿拉斯加管线采用的就是改型后的航空燃气轮机。,7.2 输油泵站的工作特性,2、离心泵的工作特性,对于电动离心泵机组，目前原动机普遍采用异步电动机，转速为常数。因此H=f(q)，扬程是流量的单值函数，一般可用二次抛物线方程H=a-bq2表示。,对于长输管道，常采用H=a-bq2-m的形式，其中a、b为常数，可根据泵特性数据由最小二乘法求得；m与流态有关;q为单泵排量。采用上式描

14、述泵特性，与实测值的最大偏差2%。,7.2 输油泵站的工作特性,3、改变泵特性的方法,改变泵特性的方法主要有：,(1) 切削叶轮,a,b与叶轮直径D0 对应的泵特性方程中的两个常系数,7.2 输油泵站的工作特性,(2) 改变泵的转速,n调速后泵的转速，r/min,n0调速前泵的转速，r/min,a,b与转速n0 对应的泵特性方程中的两个常系数,式中：,7.2 输油泵站的工作特性,4、输油泵站的工作特性,输油泵站的工作特性可用H=f(Q)表示,输油泵的基本组合方式一般有两种：串联和并联,(1) 并联泵站的工作特性,7.2 输油泵站的工作特性,并联泵站的特点 ：,泵站的流量等于正在运行的输油泵的流

15、量之和，每台泵的扬程均等于泵站的扬程。即：,7.2 输油泵站的工作特性,设有n1台型号相同的泵并联，即,注意 ：,泵并联运行时，在改变运行的泵机组数时，要防止电机过载。,则：,7.2 输油泵站的工作特性,例如两台泵并联时，若一台泵停运，由特性曲线知，单泵的排量qQ/2，排量增加，功率上升，电机有可能过载。,7.2 输油泵站的工作特性,(2) 串联泵站的工作特性,7.2 输油泵站的工作特性, 各泵流量相等，q=Q,设有n2台型号相同的泵串联，则：, 泵站扬程等于各泵扬程之和：,特点：,7.2 输油泵站的工作特性,(3) 串、并联泵机组数的确定,选择泵机组数的原则主要有四条：,满足输量要求；,充分

16、利用管路的承压能力；,泵在高效区工作；,泵的台数符合规范要求（不超过四台）。,7.2 输油泵站的工作特性, 并联泵机组数的确定,其中 :,Q为任务输量，q为单泵的额定排量,显然 不一定是整数 ，只能取与之相近的整数，这就是泵机组数的化整问题。,如果管线的发展趋势是输量增加，则应向大化，否则向小化。一般情况下要向大化。,由此可见并联泵的台数主要根据输量确定，而泵的级数（扬程）则要根据管路的允许工作压力确定。另外根据规范规定，泵站至少设一台备用泵。,7.2 输油泵站的工作特性,串联泵,其中：H 为管路的许用强度（允许承压能力）H 为单泵的额定扬程。,一般来说，串联泵的应向小化，如果向大化，则排出压力可能超过管子的许用强度，是很危险的。而且向大化后，泵站数将减少，开泵方案少，操作不灵活。串联泵的额定排量根据管线任务输量确定。,7.2 输油泵站的工作特性,(4) 串、并联组合形式的确定, 从管特性和地形方面考虑，串联泵更适合于地形平坦的地区和下坡段，这种情况下管路特性较陡，所以也可以说串联泵更适合于管路特性较陡的情况。这一点可以用如图所示的特性曲线解释。,