国内外石油管道输送技术发展综述.docx

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国内外石油管道输送技术发展综述

国内外石油管道输送技术发展综述

一、前言本世纪初至今全世界的石油工业取得了引人注目的进展。

石油工业的发展也给管道工业的发展注入了活力,使管道运输成为除铁路、公路、水运、航空运输以外的五大运输体系之一。

使用管道不仅可以完成石油、成品油、化工产品和水等液态物质的运输,而且可以运送如煤浆、面粉、水泥等固体物质。

现今研究成果表明,对管道系统进行改进后还可以将非粉状固体（如邮件）通过管道达到运输的目的。

因此,管道工程的研究对我国石油工业的发展和能源的利用等方面都将有其重要的现实意义。

二、管道工业历史回顾现代管道运输起始于19世纪中叶。

1859年由于美国宾夕法尼亚州泰特斯维尔油田的开发和大批炼油厂的投产,因原始的运输方式即用马车运送原油的方式难以满意石油工业初期发展的要求,管道运输应运而生。

萨缪尔、凡·赛克尔（ＳａｍｎｅｌＶａｎＳｙｃｈｅｌ）于1865年首先在油区内铺设了第一条输油管道,该管道的管径为50ｍｍ,全长约8ｋｍ,日输量127ｍ3,每桶油的运价由马车运输的2.5～5美元降至1美元。

继此之后,1877年由哥伦比亚公司在该州又建起一条76ｍｍ管径、96ｋｍ、日输能力为5565ｍ3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途输油管。

该管道从柯里亚尔通往威廉港,管道直径152ｍｍ,全长174ｋｍ,年输量500000ｔ。

美国的第一条长距离输气管道于1891年在印第安纳州到芝加哥之间铺设成功,全长193ｋｍ。

我国管道运输历史悠久,据考证,最早的输气管道是在1875年前后,在中国X省建成。

当时的人们为了把气田中的天然气完成运输任务,他们把竹子破成两半,打通中央的竹节再重新组合起来,用麻布绕紧,石灰糊缝将其用做输气管道,长达100多ｋｍ。

管道工业的进一步发展是在二次世界大战期间。

由于战斗对石油产品的需要和德国海上部队对运送石油船舶海上航线的封锁,当时的美国政府修建了两条长距离输油管道,一条管道叫“大叫径（ＢｉｇＩｎｃｈ）”原油管道,管径610ｍｍ,全长20XXｋｍ,日输油能力47700ｍ3,投资近1亿美元。

另一条是成品油管道,叫“次大口径（ＬｉｔｔｌｅＢｉｇＬｎｅｈ）”,管道管径500ｍｍ,全长2640ｋｍ,日输能力为37360ｍ3,政府投资7500万美元。

以上原油管道于1943年建筑投产,成品油管道1944年投产运行。

管道运输真正作为商业性运输手段,并经历不同恶劣环境考验的历史时期是在60年月之后。

其主要表现在以下几条世界瞩目的输油管道的建成投产。

1964年前苏联建起第一条“友情输油管”,油管直径1020ｍｍ,全长5500ｋｍ。

1977年又修建了第二条“友情输油管”,直径1220ｍｍ,全长4412ｋｍ,两条管道共建44座输油站。

1983年前苏联又建起一条输送天然气到西欧的管道。

该管道长达4450ｋｍ,直径1420ｍｍ,工作压力75ＭＰａ,投资76亿卢布,这几条管道充分显示了前苏联在管道设计和建筑方面的实力。

美国在管道运输中也存在惊世之举,其中于1977年建成投产的横贯阿拉斯加的原油输送管道最引人注目。

该管道全长1276.8ｋｍ,管径1220ｍｍ,总计投资77亿美元。

该输油管道不仅距离长、口径大、采用不加热输送方式,而且是第一条进入北极地区的原油管道。

另一条克服恶劣环境影响的管道应属1983年投产的阿拉伯东西原油管道,该管道全长1202ｋｍ,管径1220ｍｍ,年输能力1亿多吨,耗资24亿美元。

该管道不仅穿越了浩瀚的沙漠地区而且经过了岩石结构复杂的熔岩流和沙特阿拉伯的高原地带。

目前,全世界大型输油管总长超过200万ｋｍ,并且以每年4～5万ｋｍ的速度递增。

尽管我国是最早使用管子输送液体的国家,但直到解放初期我国尚无一条长距离输油管道。

1957年随着克拉玛依油田的开发和独山子炼厂的扩建,诞生了我国第一条长距离输油管道,该管道全长147ｋｍ,管径150ｍｍ。

1965年成功油田开头建设由东营至辛店炼厂的输油管道,管径426ｍｍ,全长约80ｋｍ。

70年月开头随着大庆油田的开发,迫切需要解决原油外输问题,因此在1970年8月3日国家批准兴建东北地区输油管道,第一期工程是大庆至扶顺,干线全长593ｋｍ,管径720ｍｍ,年输能力2000万吨。

以后的20年内我国管道工业有了较大进展,到1989年我国的油气管道总数是433条。

其中原油管道219条,共8155ｋｍ,输气管道214条,共6975.5ｋｍ。

三、国外管道工业发展方向1采用大口径、高工作压力管道在管道设计过程中,采用大口径、高压力的管道一方面可以削减管道的基建投资,另一方面可以降低输油成本,工作压力凹凸是衡量管道建设科技高度发达与否的重要标志。

目前在美国阿拉斯加输油管道、苏联的两条“友情输油管道”以及沙特阿拉伯所建的东西原油管道口径均为1220ｍｍ。

输气管道的口径由60年月的910ｍｍ发展到现今的1420ｍｍ。

管道的输送压力也有上升趋势。

美国阿拉斯加输油管道的工作压力高达8.3ＭＰａ,横贯阿拉斯加输气管道的工作压力高达11.8Ｍｐａ,它们是目前世界上工作压力最高的管道。

管道操作压力的提高对管线的财质提出了较高要求。

在国外的输油管道采用可焊性好、冲击韧性强和强度高的材质,如阿拉斯加输油管采用Ｘ65级钢,前苏联和加拿大采用Ｘ70级钢。

2采用先进的输油工艺密闭输送是国外普遍采用的输油方式。

该种输油方式与旁接油罐输油方式相比具有节约建设投资（可节省中间站储油设备投资）,削减蒸发损耗（中间站不设大型油罐,可避免收发油时的油品蒸发损失）,余压能被利用和便于全线自动掌握等优点,因此国外在输油道道设计中优先选用该种输油工艺,另外,国外生产的原油大多是低凝固点,低含蜡原油,因此采用常温输送具有得天独厚的优势,为节省热能消耗创造了有利条件。

3高效和牢靠的输送设备输油设备主要有加热炉、输油泵、阀门。

国外对加热炉的热效率特殊重视,多采用烟气回收系统,加热炉有的热效率高达92%。

（我国新近设计制造的加热炉效率一般为85%以上）。

国外输油管道的输油泵有以下特点。

品种多,价格全,有充分选择的余地;效率高,泵效率均在85%以上,（我国输油泵的泵效率为61%～73%）;高效区适应性强,即η—Ｑ曲线中高效区宽;牢靠性好,露天安装寿命可达20年。

国外管道的阀门口径大,工作压力高,即保证密封性能且开关敏捷,耐久性好。

4提高自动化水平国外新建的管道多为全线集中掌握设计。

旧的管道系统也在不断朝这方向努力。

提高自动化水平可以节约能源的人力,并保证安全运行。

详细操作时设一中心掌握室,在总控室可以通过微波监控各站的主要运行参数和状态,依据运行状况的变化或报警信号由电子计算机提出合理的处理方案,调度人员分析推断后下达指令调整运行参数,或由电子计算机实行闭环掌握。

5采用转变原油流变性的方法输送含蜡高凝点的原油对于高含蜡原油管道输送通常采用以下方法:

①加热输送;②用轻烃馏份稀释原油;③与低含蜡原油掺混输送;④采用化学添加剂（降凝剂或流淌改进剂、蜡晶抑制剂）;⑤用水作成乳化液或形成水环;⑥对原油进行热处理。

在含蜡原油中添加流淌改进剂改善原油流变特性是近年来热门的输油方式之一。

有的流淌改进剂可以降低含蜡原油的凝固点,变加热输送为常温输送。

而有的添加剂可以转变原油流淌特性,降低沿程摩阻系数,起到减阻增输的作用。

埃及曾在倾点为15～20℃的含蜡原油中添加1500～2000ｐｐｍ降凝剂,将原油的倾点降至2℃,不仅可用于常温输送工艺,而且解决了停输后再启动的问题。

前苏联曾采用流淌改进剂,添加浓度为0.15%,使某含蜡原油的粘度降低2.5～3倍以便管输。

1984年澳大利亚某输油管道,全长1100ｋｍ,经过添加剂处理后的原油可在最低地温10℃条件下全年常温输送。

水力输送的详细作法是先用混合器把水和原油混合成水包油蜡的悬浮液,在悬浮液中颗粒状油蜡会以管壁向管中心移动,而掺进的水靠近管壁流淌。

油水混合物的摩阻损失主要是靠近管壁的水与管壁的摩擦造成的,而水的粘度很小,因此产生了降阻效果相当明显。

ｓｈｅｌｌ石油公司1961年曾对印尼加里曼丹含蜡原油管线作了工业试验。

他们将水力输送的原理用在含蜡为33%,凝固点40.6℃,管径508ｍｍ,输油管长度为238ｋｍ的输油管上进行成功。

原油热处理是一项首先由英国石油公司和布尔马赫石油公司在60年月研究成功的技术,即先把高蜡原油加热至凝点以上某一温度,再掌握一定的冷却速度,一步或分步降低至常温然后管输。

该项成果1962年获英国专利。

经过热处理后,他们曾把含蜡10%,倾点为27℃的原油,在当地最低地温为18.3℃左右的条件下完成了常温输送。

该管道全长1158ｋｍ,年输量475万吨。

70年月之后,前苏联、埃及等国也积极开展了对原油热处理输送的研究,并取得较大进展。

6开展对“界面减阻”理论的探讨从仿生学的角度动身,海洋中的海豚和鲨鱼都能高速游动。

通过研究人们发觉,海豚的减阻与其表皮的柔性有关,它能保持其身体四周为层流边界层;而鲨鱼表皮很粗糙,很难形成层流边界层。

经对鲨鱼皮的研究表明,它是在湍流边界层的条件下取得减阻效果的。

鲨鱼这种表皮结构可以带来减阻效果启发人们在刚性壁面上加工沟槽的流淌试验研究。

另外,人们发觉在金属管子的内壁涂覆或粘贴某种材料、降低表面张力、削减流体对壁面的浸润性,将其变为憎液表面也可以达到减阻的作用。

据悉美国进行的管道人工沟槽研究可达5～7%的减阻效果,并将此技术应用现场试验中。

日本研究人员使用直径为508ｍｍ管内侧刻有“Ｖ”字型沟槽的氯乙烯管子用空气作了试验,结果表明,有沟槽的管子的确比无沟槽的管子空气阻力小。

四、近年来我国输油工艺的改进和技术措施

由于我国生产的原油多属高含蜡、高凝固点、高粘度原油,因此我国多数管道仍采用加热输送。

无论从输油成本以及设备投资方面都比常温输送高出许多,并且我国大部分输油管道都建在70年月,为了保证安全运行和提高企业经济效益,旧管输工艺的改进和新建管道先进技术研开发是当前管输工作的重点。

我国从事管道科研人员近年来在这方面取得了较大进展。

1对原有输油工艺的改造以我国目前运行线路最长、管输能力最大的“东八三”管为例,该管道建于70年月初,由大庆至铁岭为主干线,铁岭再分输至抚顺、大连和秦皇岛。

由于该管道始建时间早,所以无论从安全运行角度还是能源利用方面都存在缺陷,因此对该条管道输油工艺的改造最先列入议事日程。

首先完成的技术改进是将先泵后炉工艺改为先炉后泵。

改进后进泵的油温增加,原油粘度大幅度下降提高了泵的效率。

另外由于进加热炉原油压力下降从而是也就改善了加热炉安全牢靠性。

另一重要的改进是将旁接油罐流程改成全线密闭输送。

旁接油罐中间站的油罐容积较大,不可避免的会造成大量蒸发损耗而且设备投资较大。

再者上站油流的剩余压头不能充分利用,也会有一部分能量损失。

另外旁接罐流程不利于全线的自动掌握。

依据我国管输工艺的特点,中国石油天然气管道局对密闭输送工艺开展研究并于1988年完成了铁—秦线密闭输油工艺改造。

近年来,铁—大线通过引进国外技术也将原有旁接油罐流程改为密闭输送工艺,使我国现有输油管道技术开头跨上一个新台阶。

2采用热处理、常温输送方式含蜡原油的热处理,就是将原油加热到某温度后以一定的冷却速度和方式冷却下来,转变原油中的蜡晶结构,达到改善原油低温流变特性的目的。

因此热处理是实现原油常温输送节约能源的一条重要途径。

我国首先应用热处理技术是在克拉玛依———独山子（简称克独线）原油管道上。

克独输油管道1958年开头建设,1959年正式投产,全长147ｋｍ,中间5个热泵站。

1959年投产后至1961年采用全年各站加热输送工艺,1964年在调查研究的基础上,通过对0号原油的热处理加工,完成了首站一次加热,中间站不再加热的输油工艺,经济效果相当明显。

1981年濮阳———临邑原油输油管道也采用了热处理输油工艺。

详细操作的先将原油在道站加热至95℃左右,换