输油管道设计与管理

长 度（ km）
阿赛线翻越点
计算长度：管道起点与翻越点之间的距离称为管道 的计算长度
四、输油管道的调节
(1) 调节的分类 管道的调节就是人为地对输油工况加以控制。从广义上说， 调节分为输量调节和稳定性调节两种情况。 (2) 输量调节方法
① 改变泵站特性
A、切削叶轮（或更换不同直径的叶轮）：
Q D Q D
管路的水力坡降定义：管道单位长度上的摩阻损失称为 水力坡降。
H 层 流 区 过 渡 区 紊流区
△Z
QLJ 输油管道的工作特性曲线
Q
水力摩阻系数的计算 我国常用的各区水力摩阻系数的计算公式见下表。
流态
层流
划分范围
Re<2000
1
λ ＝f(Re,ε) λ =64/Re
59 .7
紊 流
水力光滑区
3000<Re<Re1=
H D H D
2
N D N D
3
B 、改变多级泵的级数，减小泵的扬程，从而降低管线输量。这种方 法适用于装备并联离心泵的管道。要求降低输量时，拆掉若干级 叶轮，而需要恢复大输量时则将拆掉的叶轮重新装上。 C、改变运行的泵机组数，从而可大幅度改变输量。对于装备串联泵的 管道，采用这种方法是很方便的。对于装备并联泵的管道，采用这 种方法时经常还要改变运行的泵站数。 D、改变运行的泵站数。输量大幅度变化时常采用这种方法。
8/7
Re 2.51 0.3164 5 当Re 10 时 Re 0.25 2 lg
混合摩擦区 粗糙区
59.5

8 / 7
<Re<Re2
1
6.8 1.11 1.8 lg Re 7 . 4
665 765lg Re>Re2=
h2，显
然 h2 h1 ，因此采用串联泵较经济，可适应输量的
H △h2 △h1
C A B 并联 串联 并联单泵 串联单泵
Q1 Q2 上坡段串联泵与并联泵的比较
Q
如图所示，正常运行时两台泵运行，输量为 Q1 ，当输量需降
为Q2=1/2Q1时，并联泵只开一台泵即可，节流损失为 h1，而
串联泵仍需开两台泵，节流损失为 h2，显然 h2 h1 。 因此，对于管路特性较平（地形较陡）的情况，并联泵更能 适应流量的较大变化。
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 (3) 采用新型、高效、露天设备 (4) 采用先进的输油工艺和技术
a. 设计方面，采用航空选线、GPS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.采用计算机自控、遥控技术。 d.用化学药剂（减阻剂、降凝剂）降低能耗。
10
e 0.627 0.127 lg d
流 粗糙区
λ
5、离心泵与管路的联合工作
管路工作特性定义： 已定管路输送某种已定粘度油品时，管路所需压头和流 量的关系称为管路工作特性。泵站与管路的工作点为A点。 H HA
泵站特性曲线
A
管路特性曲线 QA Q
(1) 多泵站与管路的联合工作
① 旁接油罐输油方式（也叫开式流程） 优点 安全可靠，水击危害小， 对自动化水平要求不高。 缺点 ●油气损耗严重 ●流程和设备复杂，固定资产投资大 ●全线难以在最优工况下运行，能量浪费大 Q1 Q2
6、翻越点
如果使一定数量的液体通过线路上的某高点所需的压 头比输送到终点所需的压头大，且在所有高点中该高 点所需的压头最大，那么此高点就称为翻越点。
Hf
F
H
Lf
例：阿赛线2#站至3站翻越点
1700 1600 1500 1400
高程 总 高度
高度（m）
1300 1200 1100 1000 900 -50 0 50 100 150 200 250 300 350 400
E、改变泵的转速
Q n Q n
H n H n
2
② 改变管路特性
改变管路特性主要是节流调节。节流调节就是人为地调 节泵站出口阀门的开度，增加阀门的阻力来改变管路特 性以降低管道的输量。这是一种最简单易行的方法，但 能量损失比较大（与调速相比）。我国管道建设初期设 备条件差，至今仍大量使用节流法，能量浪费严重，目 前正在逐步改进。这种方法一般用于输量变化不大的情 况，当需要大幅度改变输量时，应首先考虑采用改变运 行的泵机组数和泵站数的方法。
输油管道输送工艺技术
一、输油管道概况
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：
油井 计量站 联合站 转油站 矿场油库
矿场油气集输系统 原油管道
炼油厂
成品油管道
用户
长输管道
1、输油管道的发展历史
1865 年美国建造了第一条输送原油管道，直径 50mm 长为 10km。 1977 年，俄罗斯建成了第二条“友谊”输油管道，口径为 1220mm,长为4412km。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 。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。 成品油管道典型的是美国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。
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。 3、管道运输的特点 输油管道概况 管线埋于地下，基本不受恶 管线埋于地下，地面仍可耕种。铁路 劣气候的影响，油气污染和 原苏联管线运价约为铁路的 1/2， 的坡度一般不能超过 30度，而管线不 噪声污染都比铁路小得多。 ① 运量大，基建费用低（与铁路相比） 。 ，我国 美国约为铁路的 1/7-1/10 受坡度的限制，有利于翻山越岭，取 目前基本为1/3-1/2。 ② 受外界限制少，可长期稳定连续运行，对环境 的污染小。 捷径，起终点相同的两地间，管线的 长度一般要比铁路短30%。 ③ 便于管理，易于实现集中控制，劳动生产率高。 ④ 运价低，耗能少。 ⑤ 占地少，受地形限制少。 ⑥ 管输适于大量、单向、定点的运输，不如铁路、公路运 输灵活。
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， 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159 ～720,形成了具有一定规模的原油管网。 20世纪 90 年代进入第二个发展高潮，此次发展高潮以天然气管道 和成品油管道建设为主。我国已经建成的或正在兴建中的管 道有，西气东输管道、兰州成都重庆成品油管道、中亚输气 管道、中俄原油管道、中哈原油管道等， (见全国油气管线 分布图)。
三、输油管道的压能损失
1、管路的压降计算
根据流体力学理论，输油管道的总压降可表示为：
H hL h z j zQ
其中：hL为沿程摩阻 hξ为局部摩阻 (zj-zQ) 为计算高程差
2、水力摩阻系数的计算
计算长输管道的：
LV2 hL D 2g

1 1.74 2 lg
3、流量压降综合计算公式—列宾宗公式
v m Q 2 m L 即得到列宾宗公式： hL 5 m D 不同流态下的A、m、β值
流态
A
m
β
层流
水力光滑区 紊 混合摩擦区
64
0.3164
1
0.25 0.123 0
4.15
0.0246 0.0802A 0.0826λ
例：阿赛线首站工艺流程图
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 q>Q/2 ，排量 增加，功率上升，电机有可能过载。
H
管路
并联 单泵
Q/2
q
Q
(2) 串联泵站的工作特性
Q
q1,H1 q2,H2
Hc
例：阿乌宝线3#站工艺流程图
(3) 串、并联组合形式的确定
① 从经济方面考虑，串联效率较高，比较经济。我国并联泵 的效率一般只有 70%左右，而串联泵的效率可达 90%。串 联泵的特点是：扬程低、排量大、叶轮直径小、流通面积 大，故泵损失小，效率高。 ② 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。而并联泵更适合 于上坡段，管路特性相对较平。
(3) 稳定性调节方法
① 改变泵机组转速 如果泵站上装有可调速泵机组，可以利用这种方法进行 压力调节。从节省能量角度讲这是一种较好的方法。但 如果只从压力调节方面考虑采用调速泵机组一般是不合 理的。
② 回流调节
回流可以单泵也可以全泵站进行。大型输油泵的特性曲线 比较平缓，为了调节不大的压力就需要大量回流，耗费较 多的能量。回流就是通过回流管路让泵出口的油流一部分 流回入口，这种情况下泵的排量大于管路中的流量，靠泵 排量的增加降低泵的扬程，从而达到降低出站压力的目的。 采用这种方法时要防止原动机过载，一般很少采用。 ③ 节流调节
③ 串联泵便于实现自动控制和优化运行。 A、不存在超载问题 B、调节方便 C、流程简单 D、调节方案多 国内早期建设管线基本上都是并联泵组合形式，而我 国大部分管线处于平原地带，高差很小，因而造成节流损 失大，调节困难，不易实现密封输送。因此，东部管线改 造的一个重要任务是并联泵改串联泵，进而改旁接油罐流 程为密闭流程，实行优化运行。
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。 H 泵站特性曲线 HA A
管路特性曲线 QA Q
3、输油泵站的工作特性
输油泵的基本组合方式一般有两种：串联和并联 q1 Q Hc q2
工作特点
●每个泵站与其相应的站间管路各自构成独立的水力系统 ●上下站输量可以不等（由旁接罐调节） ●各站的进出站压力没有直接联系 ●站间输量的求法与一个泵站的管道相同
② 密闭输油方式（也叫泵到泵流程） Q 优点 ●全线密闭，中间站不存在蒸发损耗； Q
●流程简单，固定资产投资小； ●可全部利用上站剩余压头，便于实现优化运行。 缺点： 要求自动化水平高，要有可靠的自动保护系统。 工作特点 ：全线为一个统一的水力系统，全线各站 流量相同，并且流量由全线所有泵站和全线管路总特 性决定；
H
A
△h2
△h1
B C
并联
串联 并联单泵 串联单泵
Q1 Q2 Q 平坦地区或下坡段串联泵与并联泵的比较
如图所示，正常运行时，串、并联泵均需两台泵工作，
工作点为A ，流量为Q1。当需将输量降为Q2=1/2Q1时，串、
并联泵均只开一台泵即可。工作点分别为B、C。串联泵 的节流损失为 h1 ，并联泵的节流损失为 较大变化。
四川油田管网
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二、 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: 不断向油流提供一定的压力能，以便其能继续流动。 由于离心泵具有排量大、扬程高、效率高、流量调节方便、 运行可靠等优点，在长输管道上得到广泛应用。
(1) 长输管道用泵
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,扬程高； 单级（低压）泵:排量大，扬程低。 一般来说，输油泵站上均采用单一的单级泵或多级泵，很 少单级多级泵混合使用，有时可能在大功率单级泵或多级泵前 串联低扬程大排量的给油泵，以提高主泵的进泵压力。 长距离输油管道是耗能大户，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。
在西北地区，克独线、克乌线担负了克拉玛依油田的原 在东北和华北地区，先后建成了庆 油外输任务；花格线担负了青海油田的原油外输任务； 铁线、铁大线、铁秦线、秦京线、 马惠宁线、靖咸线担负了长庆油田的原油外输任务；库 阿尔善-赛汉 铁扶线、抚鞍线和任京线，形成了 鄯线担负了塔里木油田的原油外输任务。 规模较大的东北管网，担负了大庆 塔拉原油管道 油田、辽河油田、华北油田的原油 外输任务。