国内外石油管道输送技术发展综述

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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 年代研究成功的技术 , 即先把高蜡原油加热至凝点以上某一温度 ,再 控制一定的冷却速度 ,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 1813 ℃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 年代之后 ,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。
61 开展对“界面减阻”理论的探讨 从仿生学的角度出发 ,海洋中的海豚和鲨 鱼都能高速游动 。通过研究人们发现 ,海豚的 减阻与其表皮的柔性有关 ,它能保持其身体附 近为层流边界层 ;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动试验研究 。 另外 ,人们发现在金属管子的内壁涂覆或 粘贴某种材料 、降低表面张力 、减少流体对壁面 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实验 中 。日本研究人员使用直径为 5018mm 管内侧 刻有“V”字型沟槽的氯乙烯管子用空气作了实 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 。
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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 常温输送高出很多 ,并且我国大部分输油管道 都建在 70 年代 ,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。
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 年代 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 。
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1964 年前苏联建起第一条“友谊输油管”, 油管直径 1020mm ,全长 5500km 。1977 年又修 建了第二条“友谊输油管”,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 715MPa ,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造方面的实力 。
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 127618km ,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 年胜利油田开始建设由东营至辛店炼厂的输油 管道 ,管径 426mm ,全长约 80km 。70 年代开始 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 697515km 。
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1997 年
年 。国外管道的阀门口径大 ,工作压力高 ,即保 证密封性能且开关灵活 ,耐久性好 。
41 提高自动化水平 国外新建的 管 道 多 为 全 线 集 中 控 制 设 计 。 旧的管道系统也在不断朝这方向努力 。提高自 动化水平可以节省能源的人力 ,并保证安全运 行 。具体操作时设一中心控制室 ,在总控室可 以通过微波监控各站的主要运行参数和状态 , 根据运行情况的变化或报警信号由电子计算机 提出合理的处理方案 ,调度人员分析判断后下 达指令调整运行参数 ,或由电子计算机实行闭 环控制 。 51 采用改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 (降凝剂或流动改进剂 、 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动改进剂改善原油流 变特性是近年来热门的输油方式之一 。有的流 动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 。而有的添加剂可以改变原油 流动特性 ,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 动 改 进 剂 , 添 加 浓 度 为 0115 % ,使某含蜡原油的粘度降低 215~3 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 。 水力输送的具体作法是先用混合器把水和
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 ,在中国四川建成 。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 。由于战争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 ( Big Inch ) ”原 油 管 道 , 管 径 610mm ,全长 2016km ,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 (Little Big L neh) ”,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 年建造投产 ,成 品油管道 1944 年投产运行 。
的运价由马车运输的 215~5 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 55615m3 的输油管道 。美国在 1879 年建成了 泰德 —瓦特输油管道 ( Tide - Water Pipeline) , 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 50 ×104t 。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 。
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足石油工业初期 发展的要求 ,管道运输应运而生 。萨缪尔 、凡· 赛克尔 ( Samnel Van Sychel) 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
三 、国外管道工业发展方向
11 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 管道一方面可以减少管道的基建投资 ,另一方 面可以降低输油成本 ,工作压力高低是衡量管 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“友谊输油 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 年代 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 813MPa ,横贯阿拉斯加输气 管道的工作压力高达 1118Mpa ,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 。 21 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省 建设投资 (可节约中间站储油设备投资) ,减少 蒸发损耗 源自文库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 自动控制等优点 ,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 ,为节约热能消耗创造 了有利条件 。 31 高效和可靠的输送设备 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别重视 ,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 ; 可靠性好 ,露天安装寿命可达 20
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 靠近管壁流动 。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 管线作了工业实验 。他们将水力输送的原理用 在含蜡为 33 % ,凝固点 4016 ℃,管径 508mm , 输油管长度为 238km 的输油管上进行成功 。
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管道技术与设备
1997 年
设 计 与 研 究
国内外石油管道输送技术发展综述
王为民 抚顺石油学院 辽宁省抚顺市 113001
【摘要】首先对国内外管道输送工业的历史 进行了回顾 。然后介绍了国外管道工业在采用 大口径 ,高工作压力管道 ,先进的输油工艺 ,高 效可靠的输送设备 ,提高自动化水平及先进的 输入高含蜡原油技术等方面所采取的新技术及 发展方向 。最后给出了近年来我国输油工艺的 改进和技术措施 。 叙词 :输油管道 管道动输 发展动向
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 。
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