第六章管道运输案例

管道运输 （Piping Transport） 管道运输 普通货物运输是货物随着运输工具的移动，把货物运送到目的地 管道运输的运输工具本身就是管道，是固定不动的，只是货物本身在管道内移动. 换言之 管道运输是运输管道和运输工具合二为一的一种专门运输工具 管道运输已有130多年的历史，在各主要工业国均已成为独立的技术门类，形成了庞大的工业体系，与铁路、公路、水路和航空运输等并列为五大现代运输方式之一。 管道运输是利用管道，通过一定的压力差而完成的物品（多为液、气体货物）运输的一种运输方式。 只限于特定对象和固定流向。 第一节 管道运输概述 一、管道运输 管道是指用管子、管子联接件和阀门等联接成的用于输送气体、液体或带固体颗粒的流体的装置。通常，流体经鼓风机、压缩机、泵和锅炉等增压后，从管道的高压处流向低压处，也可利用流体自身的压力或重力输送。管道的用途很广泛，主要用在给水、 排水、供热、 供煤气、长距离输送石油和天然气、农业灌溉、水力 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 和各种工业装置中。 管道 - 管道的联接 管子、管子联接件、阀门和设备上的进出接管间的联接方法，由流体的性质、压力和温度以及管子的材质、尺寸和安装场所等因素决定，主要有螺纹联接、法兰联接、承插联接和焊接等4种方法: ①螺纹联接：主要适用于小直径管道。联接时，一般要在螺纹联接部分缠上氟塑料密封带或涂上厚漆、绕上麻丝等密封材料，以防止泄漏。在1.6兆帕以上压力时，一般在管子端面加垫片密封。这种联接方法简单，可以拆卸重装，但须在管道的适当地方安装活接头，以便于拆装。 ②法兰联接：适用的直径范围较大。联接时根据流体的性质、压力和温度选用不同的法兰和密封垫片，利用螺栓夹紧垫片保持密封。在需要经常拆装的管段处和管道与设备相联接的地方大都采用法兰联接。 ③承插联接：用于铸铁管、 混凝土管、 陶土管及其联接件之间的联接，只适用于在低压常温条件下工作的给水、排水和煤气管道。联接时，一般在承插口的槽内先填入麻丝、棉线或石棉绳，然后再用石棉水泥或铅等材料填实，还可在承插口内填入橡胶密封环，使其具有较好的柔性，容许管子有少量的移动。 ④焊接联接：这种联接的强度和密封性最好，适用于各种管道，省工省料，但拆卸时必须切断管子和管子联接件。 管道运输是一种由大型钢管、泵站和加压设备等组成的运输系统完成运输工作的运输方式。 管道运输不仅运输量大、连续、迅速、经济、安全、可靠、平稳以及投资少、占地少、费用低，并可实现自动控制。除广泛用于石油、天然气的长距离运输外，还可运输矿石、煤炭、建材、化学品和粮食等。 管道运输可省去水运或陆运的中转坏节，缩短运输周期，降低运输成本，提高运输效率。 当前管道运输的发展趋势是:管道的口径不断增大，运输能力大幅度提高;管道的运距迅速增加;运输物资由石油、天然气、化工产品等流体逐渐扩展到煤炭、矿石等非流体。中国已建成大庆至秦皇岛、胜利油田至南京等多条原油管道运输线。 架空管道 、 地面管道 、 地下管道 输油管道 、 输气管道 、 固体料浆管道 1 2 3 二、管道运输的分类 按敷设工程分 按所输送的物品分 按用途分 集输管道 、 输油（气）管道 、 配油（气）管道 三、 管道运输的优缺点 （一）管道运输的优点 有利于环境保护 设备运行比较简单，易于自动化和集中遥控 不受气候影响，可以长期稳定运行 投资相对小，占地面积少，受地理条件限制少 运量大 （二）管道运输的缺点 管道内长期积存所运输的原料 永远是单向运输，机动灵活性小 运输对象单一，不具有通用性 永远是单向运输，机动灵活性小 固定投资大 第二节 管道运输工艺 一、管道运输的基本设施 管道 储存库 压力站（泵站） 控制中心 二、管道输油工艺 管道输油工艺是指实现管道油品输送的技术和方法。主要工艺是根据油品性质和输量，确定输送方法和流程、输油站类型与位置，选择管材和主要设备，制定运行方案和输量调节措施。 （一）油品输送方法 根据油品性质和管道所处的环境确定。 轻质成品油和低凝固点、低黏度的原油常采用等温输送方法。 轻质成品油采用顺序输送方法 易凝高黏油品目前常用加热、掺轻油稀释、热处理、水悬浮、加改性剂和减阻剂等输送方法 。 1 油品顺序输送 油品顺序输送是在一条管道中按一定顺序连续输送多种油品的管道输油工艺。 顺序输送的油品主要是汽油、煤油、柴油等轻质油品类，以及液化石油气类和重质油品类。 采用何种方法，由管道的输送条件和允许混油量等决定。 油品顺序输送成为成品油长距离管道输送的主要方式。 2 易凝、高黏油品输送 易凝油品是指凝固点高于管道所处环境温度的高含蜡量的原油和重油。 易凝高黏油品常采取降黏和减阻等方法输送。 工艺流程 � 加热� 加速流动 稀释 改变蜡的结构形态 改变油品的液流形态 （二）输送流程 1 开式流程 上站来油直接进入油泵的进口汇管，与汇管旁接的常压油罐仅用于缓冲上、下游泵站输量的不均衡，根据旁接油罐的升降来调节输量，不作计量用。 开式流程的各泵站只为站间管道提供压力，不能调制各泵站的压力。 2 闭式流程 闭式流程是在中间泵站不设油罐，上站来油直接进泵，沿管道全线的油品在密闭状态下输送。 全线各泵站相互串联，各站数量相等。 优点： 避免蒸发损耗，减少能量损失； 站间的余压可与下站进站压力叠加，简化了泵站流程，便于全线集中监控； 可统一调配全线运行的泵站系数和泵机组合，以最经济地实现输油目的。 （三）泵站设置 油品在输油首站加压进入管道后，在流动中要克服摩擦阻力，能量不断减少，长距离输送油品，必须建立中间加压泵站。 （四）管道事故防护 输油管道上某个泵站突然停电或事故停泵，或阀门误关使上站来油在进站处突然受阻，油流的动能转化为压力能,会使进站处的压力骤然升高,这种因流速迅速变化而引起压力变化的现象称为水击。水击产生的压力可能超过管道和设备的强度极限而造成破坏，在密闭输送时须有防止水击破坏的措施。 进站处产生的水击压力波会沿管道向上游传播，与原来的运行压力叠加;虽然水击压力在传播过程中逐渐衰减，但叠加后的压力仍可能超过管道强度容许值，因而在进站处须设立超压保护装置。 自动泄压阀 自动越战流程 等温输送管道，采取： 增加各泵站上的运行机组数; 在管道沿线增建泵站; 在可能情况下提高管道的工作压力;沿管道平行铺设副管等。 三、管道输气工艺 管道输气工艺指实现天热气管道输送的技术和方法。 主要是根据气源条件及天然气组分，确定输气方式、流程和运行方案，现代天然气管道输送则普遍采用压气机提供压力能，对所输送的天然气的质量也有严格的要求。 （一）输气流程 输气管道沿线各压气站与管道串联构成统一的密闭输气系统，任何一个压气站工作参数发生改变都会影响全线。 � 输出天然气 加热、降压、分离、计量 脱水、除硫化氢和二氧化碳 降尘、增压、冷却 增压 储气 调压、计量 供气 （二）压气站设置 提高天然气压力或补充天然气沿管道输送所消耗的压力，需设置压气站。 起点压气站是否建设，取决于气田压力。 中间压气站 的数目主要由输送距离和压缩比决定。 站距主要由输气量确定。 （三）末端储气 利用输气管道末端的工作特点作为临时储气手段。 中间各段的起终点流量基本相同，而末端的起终点天然气流量和压力则随终点外输量的变化而变化。 四、固体料浆管道的输送工艺 制浆 管道输送 固液分离 一、输油管道运输 长距离输油管道是连接油田、炼厂、油库或其它用油单位的长距离输送原油或成品油的管道。 原油管道的起点大多是油田，终点则可能是炼油厂，或转运原油的港口、铁路枢纽。成品油管道的起点常是炼油厂或成品油库，沿途常有较多的支线分油或集油。 其终点和分油点则是转运油库或分配油库，在该处用铁路油槽车或汽车油罐车将各种型号的成品油送给城镇的加油站或用户，或用支线将油品直接送给大型用油企业。 成品油管道输送的货物除了石油炼制产品外，还包括油、气田生产的液态烃和凝析汽油等。 由于所输的油品品种繁多，成品油管道常采用顺序输送的方法，在同一管道里分批连续地顺序输送多种油品，甚至可将质地最轻的液化石油气和重质燃料油，以及它们中间油品用同一条管道输送。 输油管道也可按输油品的轻重不同，分为轻油管道和重油管道。由于轻重油品的粘度和凝固点相差较多，常需采用不同的输送方法。 1. 输油管道的组成 长距离输油管道由输油站和管线两大部分组成。 输油管道的起点称为首站，其任务是集油，经计量后加压向下一站输送，故首站的设备除输油机泵外，一般有较多的油罐。输油管道沿途设有中间泵站，其任务是对所输送的原油加压、升温。中间站的主要设备有输油泵、加热炉、阀门等设备。输油管道末站接受输油管道送来的全部油品，供给用户或以其它方式转运，故末站有较多的油罐和准确的计量装置。 输油站包括首站、末站、中间泵站等。 输油管道的线路（即管线）部分包括：管道、沿线阀室、穿越江河、山谷等的设施和管道阴极防腐保护设施等。为保证长距离输油管道的正常运营，还设有供电和通讯设施。 长距离输油管道的组成如图5-1所示 图5-1 长距离输油管道组成 1－井场；2－输油站；3－来自油田的输油管；4－首站罐区和泵房；5－全线调度中心；6－清管器发放室；7－首站锅炉房；8－微波通讯塔；9－线路阀室；10－维修人员住所；11－中间输油站；12－穿越铁路；13－穿越河流；14－跨越工程；15－车站；16－炼厂；17－火车装油线桥；18－油轮码头。 我国是世界上最早使用管道输送天然气的国家之一。1600年左右，竹管输气已有很大发展。但第一条现代意义的输气管道却是l963年在四川建成的管径426mm、长度55km的巴渝管线。从全世界来看，18世纪以前主要是用木竹管道输送，1880年首次出现蒸汽机驱动的压气机，19世纪90年代钢管出现后，管道运输进入工业性发展阶段。到20世纪80年代，全世界的输气管道约近90万km。美国、西欧、加拿大及前苏联国家均建成了规模较大的输气管网甚至跨国输气管道。 二、天然气管道运输 1. 输气管道的组成 输气管道系统主要由矿场集气管网、干线输气管道（网）、城市配气管网以及与此相关的站、场等设备组成。这些设备从气田的井口装置开始，经矿场集气、净化及干线输送，再经配气管网送到用户，形成一个统一的、密闭的输气系统。 2. 输气管道运输设备及工作原理 （1）矿场集气 集气过程指从井口开始，经分离、计量、调压、净化和集中等一系列过程，到向干线输送为止。集气设备包括井场、集气管网、集气站、天然气处理厂、外输总站等。 （2）输气站 输气站又称压气站。核心设备是压气机和压气机车间。任务是对气体进行调压、计量、净化、加压和冷却，使气体按要求沿着管道向前流动。 （3）干线输气 干线是指从矿场附近的输气首站开始到终点配气站为止。 由于输气管道输送的介质是可压缩的，其输量与流速、压力有关。压气站与管路是一个统一的动力系统。压缩机的出站压力就是该站所属管路的起点压力。终点压力为下一个压气站的进站压力。 （4）城市配气 城市配气指从配气站（即干线终点）开始，通过各级配气管网和气体调压所按用户要求直接向用户供气的过程。配气站是干线的终点，也是城市配气的起点与枢纽。气体在配气站内经分离、调压、计量和添味后输入城市配气管网。 3. 增加输气管输气能力 输气管道在生产过程中常需要进行扩建或改造，目的在于提高输气能力并降低能耗。 当输气管最高工作压力达到管路强度所允许的最大值时，可采用铺设副管、倍增压气站两种方法来提高输气能力。前者需要扩建原有压气站、增加并联机组；后者是通过在站间增建新的压气站、减少站间管路长度，从而获得输气管通过能力的提高。 三、固体料浆管道运输 用管道输送各种固体物质的基本措施是将待输送固体物质破碎为粉粒状，再与适量的液体配置成可泵送的浆液，通过长输管道输送这些浆液到目的地后，再将固体与液体分离送给用户。目前浆液管道主要用于输送煤、铁矿石、磷矿石、铜矿石、铝钒土和石灰石等矿物，配制浆液的主要是水，还有少数采用燃料油或甲醇等液体作载体。 尽管有许多人认为管道输送固体物质是经济、可靠的方法之一，固体料浆管道的输送技术也确实有了较大的发展，但在料浆管道的优化设计与计算方法等方面还缺乏经过实践验证的、普遍适用的工艺技术。固体料浆管道的输送技术还在继续探索和发展之中。 1. 料浆管道系统的组成 料浆管道的基本组成部分与输气、输油管道大致相同，但还有一些制浆、脱水干燥设备。以煤浆管道为例，整个系统包括煤水供应系统、制浆厂、干线管道、中间加压泵站、终点脱水与干燥装置。它们也可分为三个不同组成部分：浆液制备厂、输送管道、浆液后处理系统。 2. 料浆管道设备 （1）浆液制备系统 以煤为例，煤浆制备过程包括洗煤、选煤、破碎、场内运输、浆化、储存等环节。 （2）中间泵站 中间泵站的任务是为煤浆补充压力能。停运时则提供清水冲洗管道。输送煤浆的泵也可分容积式与离心式两种，其特性差异与输油泵大致相同。 （3）后处理系统 煤浆的后处理系统包括脱水、储存等部分。 由于管道中流动的浆液是固液两相的混合物，其输送过程中除了要保证稳定流动外，还要考虑其沉淀的可能，尤其是在流速降低情况下，不同流速、不同固体粒径及浓度条件下，浆液管道中可能出现均质流、非均质流、半均质流三种流态。非均质流浓度分布不均，可能会出现沉淀，其摩阻高，输送费用大。 从整个系统来看，要保证系统的经济性需要考虑并确定合理的颗粒大小及浆液浓度。细颗粒含量多时虽然可以降低管输费用，但制浆、脱水费用增加。 第三节 管道运输未来趋势及应用 管道运输发展趋势： 管道的口径不断增大，运输能力大幅度提高； 管道的运距迅速增加 运输物资由石油、天然气、化工产品等流体逐渐扩展到煤炭、矿石等非流体。 一 中国管道运输的发展趋势 建设大口径、高压力的大型管道 采用高强度、韧性及可焊性良好的管材 高度自动化 我国最早的一条石油管道于四十年代初期铺设，是从印度边境境通到我国云南昆明的石油管道（是为了军事需要），由于该管道质量较差，效率很低，使用时间不长便弃之不用了。 1974年12月27日，中国第一条“地下大动脉”——大庆油田至秦皇岛输油管道建成输油，这条管道全长1152公里，对中国运输技术的发展，国民经济建设起了重要作用。 中俄管道 主要在远东地区 安大线（由俄罗斯安加尔斯克油田至中国大庆的石油运输管线，西起俄罗斯伊尔库茨克州的安加尔斯克油田,向南进入布里亚特共和国,绕过贝加尔湖后,一路向东，经过赤塔州,进入中国,直达大庆。） 安大线和安纳线 1994年，俄罗斯石油企业向中方提出了修建从西伯利亚到中国东北地区石油管道的建议。 2003年1月： 日本首相小泉飞抵莫斯科，与普京总统签署了俄日能源合作计划，并提交了修建安纳线的建议。 2004年6月，俄工业和能源部长宣布俄未能通过安大线的方案 。 中哈管道 中哈石油管道全程近3000公里，阿特劳—阿拉山口管道段全长988公里。西起哈萨克斯坦中部的阿塔苏，抵达中国境内的新疆阿拉山口口岸，再延伸到新疆独山子，从阿拉山口岸到独山子的中国境内距离大约为260多公里 。 中缅管道 西气东输 西气东输是将中国塔里木和长庆气田的天然气通过管道输往上海。管道全长4000公里左右，设计年输气量120亿立方米。起点自塔里木轮南，由西向东经新疆、甘肃、宁夏、陕西、山西、河南、安徽、江苏，终点到上海市。 西气东输二线工程 西气东输二线工程西起新疆霍尔果斯口岸，南至广州，东达上海，途经新疆、甘肃、宁夏、陕西、河南、湖北、江西、湖南、广东、广西、浙江、上海、江苏、安徽等14个省区市，管道主干线和八条支干线全长9102公里。 二 国外管道运输的发展趋势 发展城市地下物流 管道运输 管道运输形式： 气力输送管道、浆体输送管道、囊体输送管道 新型“真空管道运输”工具可6小时内环游地球 真空管道运输（Evacuated Tube Transport）是一种无空气阻力、无摩擦的运输形式。设计者声称这种运输方式比超高速火车和飞机更安全、更廉价、噪声更小。 　　乘客坐在一个设有6个座的乘客舱当中，然后被逐渐加速到令人惊讶的6500公里/小时。这意味着从纽约到洛杉矶仅需要45分钟，到中国也只要2个小时或者说能在6个小时之内环游地球一圈。如果有一天早上你从伦敦坐上这种真空管道运输工具，那么仅仅45分钟后就可以在纽约下车了。 　　设计者称，这种利用了真空管道的运输形式对环境更加友好。在没有空气阻力和滚动摩擦的因素下，其每度电的运输能力是高速列车的50倍！ 真空管道磁悬浮运输工具，从纽约到洛杉矶仅需要45分钟 乘客坐在一个设有6个座的乘客舱当中，然后被逐渐加速到令人惊讶的6500公里每小时 管道生产管理 管道生产管理是管道运行过程中利用技术手段对管道运输实行统一的指挥和调度，以保证管道在最优化状态下长期安全而平稳地运行，从而获得最佳的经济效益。 包括管道输送计划管理、管道输送技术管理、管道输送设备管理和管道线路管理。前二者又合称为管道运行管理，它是生产管理的中心。 管道输送计划管理 根据管道所承担的运输任务和管道设备状况编制合理的运行计划，以便有计划地进行生产。管道输送计划管理首先是编制管道输送的年度计划，根据年度计划安排管道输送的月计划、批次计划、周期计划等。然后根据这些计划安排管道全线的运行计划，编制管道站、库的输入和输出计划，以及分输或配气计划。另一方面，根据输送任务和管道设备状况，编制设备维护检修计划和辅助系统作业计划。 管道输送技术管理 根据管道输送的货物特性，确定输送方式、工艺流程和管道运行的基本参数等，以实现管道生产最优化。管道输送技术管理的内容包括随时检测管道运行状况参数，分析输送条件的变化，采取各种适当的控制和调节措施调整运行参数，以充分发挥输送设备的效能，尽可能地减少能耗。对输送过程中出现的技术问题，要随时予以解决或提出来研究。管道输送技术管理和管道输送计划管理都是通过管道的日常调度工作来实现的。 管道输送设备管理 对管道站、库的设备进行维护和修理，以保证管道的正常运行。管理的内容主要包括:①对设备状况进行分级，并进行登记;②记录各种设备的运行状况;③制定设备日常维修和大修计划;④改造和更新陈旧、低效能的设备;⑤保养在线设备。 管道线路管理 对管道线路进行管理，以防止线路受到自然灾害或其他因素的破坏。管理内容主要包括:①日常的巡线检查;②线路构筑物和穿越、跨越工程设施的维修;③管道防腐层的检漏和维修;④管子的渗漏检查和维修;⑤清管作业和管道沿线的放气、排液作业;⑥管道线路设备的改造和更换;⑦管道线路的抗震管理;⑧管道紧急抢修工程的组织等。 技术手段 管道运输线路长，站、库多;输送的货物易燃、易爆、易凝或易沉淀，且在较高的输送压力下连续运行。这样，就要求管道生产管理具有各种可行的技术手段，主要有管道监控、管道流体计量、管道通信。管道监控是利用仪表和信息传输技术测试全线各站、库和线路上各测点的运行工况参数，作为就地控制的依据，或输给控制室作为对全线运行工况进行监视和管理的依据。将收集到的运行工况参数，经分析、判断后，下达调度指令，调节或改变运行工艺。管道流体计量是为管道管理提供输量和油、气质量的基本参数，是履行油品交接、转运和气体调配所必须的。管道通信是管道全系统利用通信系统交流情况，传递各种参数信息，下达调度指令，实现监控。通信系统对管道管理水平的提高起着重要的保证作用。通信线路有明线载波、微波、甚高频和特高频等，作为电话、电传打字及监控信号等的常用信道。为确保通信的可靠性，常用一种以上信道，有的管道用微波或同轴电缆作主要通信手段，而以甚高频、特高频作辅助通信手段。有的管道还用通信卫星作备用手段。海洋管道多用电离层散射等进行站间或管道全系统通信。 人有了知识，就会具备各种分析能力， 明辨是非的能力。 所以我们要勤恳读书，广泛阅读， 古人说“书中自有黄金屋。 ”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识， 培养逻辑思维能力； 通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平， 培养文学情趣； 通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。 有许多书籍还能培养我们的道德情操， 给我们巨大的精神力量， 鼓舞我们前进。 * *