中国油气管网的现状.docx

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中国油气管网的现状

一．中国油气管网的现状

目前,国内原油的运输方式主要有铁路、水路和管道运输三种方式。

2002年国内共有输油（气）管道2.6×104km,输送量为25800×104t,周转量为685×108t/km,分别占当年全国货运量和周转量的1.98%和1.67%。

而中国石化仅拥有油气管道4500km,通过管道输送的原油占全部加工量的32%左右;作为外输主要通道的天然气管道近500km;成品油管道仍在建设的准备阶段,尚未建立完整的成品油管道系统。

二．现有管道运输技术综述

实际液体是有粘性的，当其在管道中流动时，为克服液体分子之间、液体与管壁之间因相对运动而产生的流动阻力，液流的一部分机械能转化为热能、声能等形式，产生能量损失。

一般情况下，长距离输油管道中的沿程水头损失占总水头损失的90%左右。

若流体能够润湿管道内壁，则直接与壁面接触的流体质点会粘附在管壁上，因其速度为零，所以粘性流体沿管道的输送必然是剪切流动，即距管壁越远，流速越大，沿管道径向存在速度梯度。

若流体速度梯度特别是壁面附近流体的速度梯度越大，则距壁面相同距离处流体的速度越大，沿管道截面的平均速度或输量越大。

能够增大流体沿管道径向的速度梯度但无需增加管道压力的技术就是减阻增输技术。

此外，流体沿管道轴向的流动速度与沿管道径向的速度梯度的协同程度也会对流动过程产生影响，降低该协同程度，亦可获得减阻增输的效果，改善输油管道的输送性能。

我国原油多为三高原油，流型复杂，流动性能差。

高粘原油胶质含量大，凝点高，常温下粘度可达数千甚至上万倍单位粘度（mm／s），且粘度随温度按一定规律变化。

高含蜡原油凝点高，当温度高于析蜡温度时，粘度往往较低；当温度降至接近凝点时，粘度急增。

上述两类原油只有在高于一定温度时才属于牛顿流体，当温度低于某一数值时便表现出非牛顿流体的特性，对于这样的原油，采用等温输送是很困难的。

高粘油虽不凝固，但在管道中流动　时，水力摩阻非常大。

减阻增输技术的应用可显著改善原油的输送性能，降低管道两点间的摩擦阻力降，提高原油的输量。

成品油不存在易凝、高粘、含蜡等问题，输送工艺流程较原油简单得多，输送方式多为顺序输送。

但成品油管道输送油品种类的多样性、油品性质的差异性以及混油段的产生等，对减阻增输技术提出了更高的要求。

三．相关技术介绍

（一）加热输送

对于易凝、高粘原油，常采用加热输送的方式，通过提高油温降低原油粘度，减小管输摩阻；同时保证油流温度高于原油凝点，以防发生凝管事故。

加热原油所需的燃料费和泵送原油所需的电费是评价加热输送工艺经济性的两项重要指标。

优化工艺包括，采用“先炉后泵”流程；改进加热炉结构，提高传热效率，进行余热回收；采用节能型输油泵、热煤炉、热管加热炉等高效输油设备，减少油电消耗，降低输油成本。

（二）热处理输送

将原油加热到一定温度，使其中的石蜡熔化并溶解在原油体相中，再以一定的降温速度和方式（静态或动态）使原油冷却。

在一定的温降过程中，原油体相中析出的蜡重新结晶，由于胶质、沥青质的作用，形成低表面能的蜡晶团，改善了含蜡原油的低温流动特性，可实现含蜡原油的常、低温输送或延长一定温度下的输送距离。

热处理输送不仅解决了低输量安全运行的问题，也提高了管道运行的经济效益。

但热处理改善原油流动性的效能是有限的，主　要体现在处理效果及其稳定性上，单独应用该工艺已不多见。

（三）物理场处理输送

1.磁处理

使原油通过设置在管外壁、具有一定磁场强度和磁场形式的磁处理段（外磁式），或通过置于管内的磁场区间（内磁式），利用磁场作用，使石蜡分子及其聚合体产生磁感应，共振破碎、弥散蜡晶；增强石蜡与胶质的相互作用，减少石蜡直接向管壁析出结晶的概率，降低蜡晶表面能，阻碍蜡晶聚结，改善原油流动性的同时，也起到防蜡、防垢的作用。

原油磁处理作用属于一种暂态物理过程，随着时问的推移，磁处理效果将逐渐恢复到未经磁处理前的状态。

保持磁处理的时效性以满足长输管道的输送要求，确定最佳磁处理条件等问题尚需进一步　深入研究。

2.微波处理

微波作用于介电材料时，可使其内部介质发生极化，产生功率消耗，表现出热效应。

微波具有穿透性，相对于由表及里的常规加热方式，微波能量可被材料内部和表面同时吸收。

鉴于微波加热效率高、速度快、清洁无污染，以及具有非热效应的独特优势，采用微波辐射对原油进行降凝、降粘等物理改性，无疑是一种实现原油高效、经济、清洁、快速净化与输送的可行方法。

经微波处理，稠油发生热裂解的同时亦发生非热效应意义上的化学裂解，使焦质、沥青质含量减少，降低稠油粘度，且在低温下不反弹。

但其作用机理特别是各参数间的相互关系有待进一步研究。

（四）改质输送

原油改质是通过脱蜡、脱沥青、热裂化、加氢裂化等炼制加工方法改变原油的化学成分，提高轻馏分油的含量，改善原油的流动性，提高长输管道的操作弹性。

该方法需要在原油长输管道首站设置一套初加工装置，成本较高，但技术前景看好。

加氢裂化是加氢和催化裂化过程的有机结合，实现重质油轻质化的同时，防止焦炭的大量生成，脱除原料中的杂质，改质效果明显，轻质油收率高。

近年来，强作用物理场、离子溶液等也被应用到原油改质工艺中。

（五）加剂输送

添加化学添加剂可显著改善原油的流动性。

然而，对于长输管道，剪切对原油流动性的累积影响相当显著。

定量模拟管输的剪切和热力条件，准确获得加剂原油流动性的变化，已成为加剂输送技术发展中亟待解决的关键性问题。

应在定量准确模拟的基础上，进一步发展和完善加剂改性原油管输特性的计算机模拟技术。

1.降凝剂

降凝剂又称蜡晶改良剂或倾点抑制剂，是烃的衍生物或酯的共聚物，一般具有长烷烃主链和极性侧链。

通常，加降凝剂处理后的改性原油，其凝点较未处理的原油下10。

C左右，低温下的粘度可下降80度左右，为在维持运行压力基本不变的情况下，降低原油进站温度提供了保障。

由于原油改性属于物理变化，因此原油的析蜡温度不变。

当输油管道的运行温度降低时，将有更多的蜡和胶质、沥青质析出，与凝油及其他杂物一起粘附在管壁上。

这样，既降低了传热系数，又减少了管道的有效输送截面，正好符合低输量管道的运行要求，对管道低输量情况下提高原油流速、减少散热损失十分有利。

但对于大输量管道，流通面积的减小势必造成流动阻力的增加，需定时清管。

在工业应用中，含蜡原油对降凝剂有很强的选择性，选择适　用范围不同的两种或数种降凝剂进行复配，可扩大其使用范围，获得更好的降凝效果。

降凝剂产品先后经历了液态溶液——固态——粉末分散型悬浮的发展过程。

2.降粘剂

油溶性降粘剂主要基于原油降凝剂的开发技术，针对胶质、沥青质分子呈层次堆积状态，借助高温或溶剂作用下堆积层隙“疏松”的特点，使降粘剂分子通过氢键、静电力和色散力扩散“渗”入到胶质或沥青质分子层之间，破坏原来的胶质、沥青质结构，以降低稠油粘度。

稠油对降粘剂具有很强的选择性，降粘剂作用机理亦随稠油组分、结构的差异有所不同。

3.减阻剂

管输油流随着管道摩阻的增加，其层流部分逐渐减少，紊流部分相应增加。

紊流状态下，大部分能量消耗在涡流和其他随机运动中，油流的压力损失呈非线性迅速增大。

通过注入油相减阻剂，改变管壁附近过渡区油流的运动状态，扩大已有的层流区，存储漩涡变化时的应变能，抑制其运动，减少油流的能量损耗，降低摩擦损失，可获得在原输量下降低运行压力或在原输送压力下增加输量的效果。

减阻增输效果与管内油流的紊流程度、管输条件、加剂浓度、管道当量直径、管壁粗糙度等有关。

可用于油相减阻的化学添加剂大致分为高分子聚合物和表面活性剂两大类。

对高聚物减阻增输机理的研究已经比较透彻，EP系列减阻剂业已工业化生产并应用于国内外多条在役管道，效果显著，经济社会效益巨大。

成品油减阻剂仍处在工业应用试验阶段，研制技术的关键在于获得一种可流动、减阻性能优越、成分简单且对成品油质量无不良影响的减阻聚合物及其配方产品。

4.乳化剂

原油中含有胶质、沥青质等天然乳化剂，当原油含水后，易形成w／o型乳状液，使其粘度急剧增加，通过向原油中注入乳化剂水溶液（其活性大于原油中的天然乳化剂活性），在适当的温度和剪切作用下，使原油以微小的液滴分散在水中，形成具有一定界面膜强度、比较稳定o／w型乳状液，即实现w／（）型乳状液的反相，可将输油时原油与管的摩擦以及油相之间的内摩擦，转化为水与管壁及水相间的摩擦，从而大大降低管输摩阻。

5.稀释剂

作为稀释剂的低粘油可以是轻质原油、天然气凝析液或原油的馏分油。

稀释剂加入原油后可使混合油中蜡、胶质、沥青质的浓度，析蜡温度，原油的粘度和凝点下降。

稀释剂的密度、粘度越小，其降凝降粘效果越明显。

掺稀输送可直接利用常规的原油输送系统，在停输期间不会发生凝管，在稀油供应充足且有保障的情况下是一种行之有效的方法。

但由于掺稀油会对原油物性产生影响，且需要建设稀油专输管道，因此应考虑原油加工（后处理）方案和综合经济效益。

（六）低粘液环输送

低粘液环输送是一种特殊的两相流输送技术。

输送过程中，通过向稠油中掺人一定量的低粘度、不相溶液体（一般为水），将油流的速度控制在一定范围内（0．84～1．30　m／s），形成环状流，将粘度大的稠油作为芯流引入输送管道中，使其被水环包围，不与管壁接触，这层水环可吸收管壁和流体间存在的剪切应力，降低流动阻力。

在相同温压条件下，采用液环输送，压力损失小且与油品粘度关系不大。

长距离输送经泵加压时，如何不破坏水环和经泵后再形成水环也是一个难题。

通过在泵后管道中安装起旋器，利用旋流离心或可实现水环再生。

此外，工艺运行中还需解决好管道结垢、腐蚀、后处理（脱水）等问题。

（七）旋流输送

圆管螺旋流输移物料是一种不同于直流扩散作用的输送新方式，其流速分布的特殊性决定了其输送方式的优越性（断面浓度分布均匀、能耗低、输送距离远等）。

运用螺旋流进行原油输送，其效果受诸多因素的影响，其中最主要的是螺旋流的速度分布。

（八）仿生非光滑表面减阻输送

物体表面具有优异的减阻、减摩、抗粘附、抗磨损特性，使其成为仿生学研究和应用的一个新领域。

1.沟槽减阻

沟槽减阻源于鲨鱼皮的减阻效果，大量研究证实，顺流方向上的微小沟槽表面可有效降低壁面摩阻，各种沟槽形式中，以V形沟槽的减阻效果最好，目前公认的最大减阻幅度约8%。

为了微观流动结构研究沟槽减阻原理，PIV、LDV、热线风速仪等高精设备的应用越来越　多。

由于管内壁沟槽的机械加工相对困难、减阻效果与改善设备投资对比不明确，现阶段沟槽减阻在油气储运行业的研究还停留在试验阶段。

随着减阻机理研究的不断深入、制管工艺的长足发展，沟槽减阻必将在油气管输节能降耗领域发挥越来越大的作用。

2.柔顺（弹性）壁面减阻

快速游动时，随着流体阻力的增加，海豚皮形态由光滑渐变为非光滑，产生“自适应表面”。

柔顺壁面减阻即是受此启示而发展起来的一种减阻方法。

壁面经过柔顺化后，近管壁粘性底层的厚度增加，边界层的速度梯度减小，从而减少了边界面上的剪切力及其做功所耗散的能量；同时柔顺壁面吸收了相干结构早期猝发所产生的压力脉动，抑制其发生，导致猝发频率的下降，从而产生了延迟转捩、减小管壁摩阻的效果。

根据海豚皮的“自适应性”，国内外学者广泛开展了自适应表面敷料的研制和壁面减阻的试验研究。

多数人造海豚皮利用富有弹性的特殊橡胶制成，由表及里依次为光滑而柔软的“表皮层”；富有弹性，内有无数细小、中空突，之间起充满胶体溶液的“真皮层”；起界面连接作用的“支持层”。

为获得理想的形变特性，敷料的固有频率及其厚度需满足一定的要求。

在实际应用中，粘弹性敷料与紊流压力之间存在相互干，导致敷料界面发生位移，从而降低敷料的“缓冲”功能和使用年限。

这一点有待进一步研究解决。

3.疏液性表面减阻

润湿性是材料表面的重要特征之一。

近年来，随着对微纳尺度的深入研究和加工工艺的发展，疏液性表面成为一项新型减阻技术而备受关注。

石油管道运行一段时间后，壁面上难免附着沉积物，通过机械清管或油流冲刷可以暂时消除管道因当量直径减小导致的流阻增加。

疏油或双疏（疏油疏水）界面的研制、应用及其工程化，可以从根本上防止沉积物的形成，增大管道流通面积，在管道减阻增输技术领域极具应用前景。

该方法能够减小管壁与原油之间的粘附及其相互作用，使原油在管壁表面形成部分滑移。

一般地，疏液性表面可通过在疏液材料面构建粗糙结构和在粗糙表面上修饰低表面能物质两种方法进行制备，且仅当材料疏液性和表面粗糙度有机结合时才能表现出减阻效果。

近年来，疏液性表面逐渐发展了多种有效的制备方法，但表面经济实用性、耐摩性、牢固性等技术难题仍有待于进一步解决。

（九）液体弹性波输送

原油管道普遍存在结蜡、结垢、凝管、堵塞等现象，严重影响了管输能力与效率。

血液与原油都是粘弹性的非牛顿流体，二者之间具有许多相同或类似的流变特性和动力学特征。

脉搏波是血管输送血液最重要的特征之一，心血管脉搏波传输机制服从于一个最佳的经济模式，脉搏波产生、传播过程中产生的剪切效应和压力传递效应，直接导致血液流变特性的改变与改善，并对血管进行“冲刷”和“清扫”，使血管输送系统达到高效输送，防止血液凝固和血管堵塞。

针对原油，陈李斌提出了基于液体弹性波应用的管输工艺，其技术方案、路线可简述为液体弹性波振荡效应与水锤效应的迭加。

该工艺的创新性在于，充分利用了物理、力学方法，通过水锤的人为产生和调节控制技术，在原油管输系统内产生安全有效的压力传递、振荡剪切，从机理上改变了原油流动特性，防止蜡晶聚集、析出和垢质的形成，从而达到降粘减阻、疏通管道的目的；其科学性在于，综合利用了机电一体化、水力系统优化控制等高新技术，可实现不同工况下的自动调节和无人值守，有效提高了管道输油的应变能力。

这一技术为解决易凝高粘含蜡原油的长距离输送提供了新工艺，为管道的清蜡、防垢、减阻增输提供了新方法。

研究开发液体弹性波应用技术，对于管流输送和管流控制，具有重要的理论、实践意义和诱人的应用前景。