交通运输学-管道运输系统课件.pptx

1、2022-8-10管道运输系统概述管道输送工艺第一节第二节管道运输生产运行控制与管理第三节管道运输系统规划设计第四节管道运输系统前景展望第五节管道运输系统生产过程及其优点和局限性分析管道运输系统基本设施管道运输系统的发展一二三小节管道运输是继铁路、公路、水路和航空之后的第五种运输方式。管道运输系统实际包括管输介质的运输和存储。对于石油行业，它包括油气集输和油气的长距离运输、各转运枢纽的储存和装卸等，是连接产、运、销各环节的纽带。管道运输系统有许多区别于其他运输方式的特点：1.运行地点连续、物料基本固定 管道既是货物的通道也是输送工具，在正常情况下管道运输都是连续地进行，受管道的限制运输的地点和

2、路由不能变化。2.管道的形式和输送方式存在差别 原油管道主要承担油源到炼厂之间的运输，管道的口径大、分支少、输油量大、品种少、分输注入少。一、管道运输系统生产过程及其优点和局限性分析 3.管道运输的优缺点 1）管道运输的优点 （1）基本不占用土地：长距离输送管道主要是埋地敷设，管道上方仍可耕作。（2）可靠性好：气候变化对埋地管道影响不大，管道可以常年运行，具有高度的可靠性。（3）投资少：一条DN700（700mm直径）的管道基本与一条铁路的运力相当，前者的投资要低很多。（4）效率高：管道运输是通过增压设备驱动物料流动达成运输的目的，其能量的利用率远高于公路、铁路和空运。一、管道运输系统生产过程

3、及其优点和局限性分析 （5）损耗低：现代的油气管道都采用密闭（与外界隔绝）的输送方式，在输送过程中几乎没有损耗。2）管道运输的局限性 （1）主要适用于大量、单向、定点运输，不如车、船运输灵活。（2）管道口径与输量相关性强输量调节范围小，输油管道不宜停输。（3）管存物料不能取代。一、管道运输系统生产过程及其优点和局限性分析 管道运输系统与其他运输系统具有很大的差异性，其中最主要的差别在于：管道运输系统中，运输工具都是固定的，不需要凭借运输工具的移动来完成运输任务，因此，管道运输系统所需的基本设施也异于其他运输系统。图 8-1 长距离输油管道的流程示意图1井场 2输油站 3来自油田的输油管道 4首

4、站灌区和泵房 5全线调度中心 6清管器发放室 7首站锅炉房 8微波通信塔 9线路阀室 10维修队员住所 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炼油厂 17火车装油栈桥 18油轮码头二、管道运输系统基本设施 凡是用于接收储存和发放原油或石油产品的企业和单位都称为油库。不同类型的油库其功能也不相同，大体上可以分为以下几种：1.油田用于集积和中转原油 油田原油库和海上采油设置的油库其功能就是收集油井生产的原油，并将原油净化、稳定、调和后，用铁路油罐车装车外运或用长输管道向外输油。这种油库储存品种单一，收发量大，周转频繁。2.油料销售部门用于平衡消费流通领域 油料销售

5、部门的分配油库和部队的供应油库都是直接面向消费单位的油料流通部门，它们的主要功能是要保证油料供应，满足市场和部队需要。二、管道运输系统基本设施 3.企业用于保证生产 炼油厂、石油化工厂的原油库、半成品和成品油库以及机场、港口、发电厂、内燃机火车的机务段等油库是企业附属油库，这些油库的主要功能是要保证企业生产的正常进行。4.储备部门用于战略或市场储备，以保证非常时期或市场调节需要 储备油库的主要功能是为国家或企业储存一定数量的备用油料，以保证企业生产和市场稳定以及紧急情况下的用油。二、管道运输系统基本设施 1.管道发展概述 管道输送的起源可以追溯到公元16世纪,我国古代熬盐工人将自流井天然气利用

6、竹木管运输,开启了天然气熬盐的时代。现代管道运输始于19世纪中叶，1859年8月，美国宾夕法尼亚州的泰特斯维尔打出第一口油井，开始了油溪地区的石油开发。2.我国油气管道建设的主要发展历程 （1）原油管道 （2）成品油管道 （3）天然气管道三、管道运输系统的发展管道分类输油管道输送工艺输气管道输送工艺一二三小节 输送管道常按所输送的物品不同而分为：原油管道、成品油管道、天然气管道和固体料浆管道（前两类常统称为油品管道或输油管道）。1.原油管道 原油的性质差别非常大，不同地区所产油品其黏度可能相差成千上万倍，凝固点温度可能相差5060。用管道输送时，要针对所输原油的物性，采用不同的输送工艺。2.成

7、品油管道 成品油管道输送汽油、煤油、柴油、航空煤油和燃料油，以及从油气中分离出来的液化石油气等成品油（油品）。每种成品油在商业上有多种牌号，常采用在同一条管道中按一定顺序输送多种油品的工艺，成品油沿管道单向输送，这种工艺能保证油品的品质和准确地分批运到交油点，如同铁路的车站。一、管道分类 3.天然气管道 输送天然气和油田伴生气的管道，包括集气管道、输气干线和供配气管道。就长距离运输而言，输气管道系指高压、大口径的输气干线。这种输气管道约占全世界管道总长的50。4.固体料浆管道 固体料浆管道是20世纪50年代中期发展起来的，70年代初已建成能输送煤炭料浆管道，其输送方法是将固体粉碎，掺水制成浆液

8、，再用泵按液体管道输送工艺进行输送。运输管道按用途不同又可分为集输管道、输油（气）管道和配油（气）管道3种。一、管道分类 输送管道常按所输送的物品不同而分为：原油管道、成品油管道、天然气管道和固体料浆管道（前两类常统称为油品管道或输油管道）。1.输油管道的水力、热力特性 油品在管道输送过程中因克服高程差及摩擦损失而压力下降，因散热至周围环境而温度下降。一定意义上讲，管道输送的过程就是压能与热能的供给与消耗的过程。因此，管道的水力、热力特性是输油管道工艺设计及运行控制的核心问题。1）输油管道的水力特性 输油管道的压能消耗主要有两部分，一部分用于克服地形高差，另一部分是摩擦损失。二、输油管道输送工

9、艺 2）输油管道的热力特性 当管内油温高于环境温度时，输送过程中管内油流向外散热并使温度按指数规律下降。图 8-3 不同输量下的沿线温降曲线二、输油管道输送工艺 3）不加热输送的特点 对于黏度和凝点均较低的油品，一般采取不加热输送方式（如大多数国外原油、成品油等）。不加热输送的管内油品，在进入管道不久，其油品温度就与环境温度趋于相同。但当管道输量较大、流速较高时，由于油流与管壁摩擦，会使油流温度升高。对于在高寒地区输送原油，这是可利用的，但对于轻质原油及成品油管道是要避免的。4）加热输送的特点 对于易凝、高黏原油，因其油品的凝固点远高于环境温度，或在环境温度下油品的黏度很高，必须采取措施以降凝

10、、降黏。加热输送是一种常用的方法，即在管输过程中，随着油流温度的降低，适时地通过加热站对油品进行再加热。二、输油管道输送工艺 2.输油泵站的连接方式 长距离管道各泵站间相互联系的方式（也称输油管道的输送方式）主要有3种，即：“通过油罐”输送方式、“旁接油罐”输送方式以及“从泵到泵”输送方式，如图所示。图 8-4 输油管道的3种输送方式二、输油管道输送工艺 1）“通过油罐”方式 来油先进入油罐，再被输油泵从油罐中抽出、加压后输往下站，其特点是油品全部通过油罐。该方式可避免各种杂质和管道内空气直接进入输油泵，但是操作繁杂、轻质油品在油罐蒸发损耗大。2）“旁接油罐”方式 来油同时进入油罐和输油泵，经

11、加压输入下站，只有少量油品进出油罐。调节输油量的变化，轻质油品的蒸发损耗明显减少。3）“密闭输送”方式中间站不接入连通大气的油罐，来油直接进入输油泵，全线是一个密封管道输送系统。“密闭输送”方式是最先进的输油技术，具有明显的三大优点：无轻质油品蒸发损失、省去沿线油罐投资和充分利用输油泵的剩余压能。二、输油管道输送工艺 3.输油管道的泵机组 为管道提供压能的是沿线各泵站的输油泵，用串联或并联方式连接的单级和多级离心泵（往复活塞泵、旋转式容积泵也曾使用过）。动力可以用电动机、汽轮机、燃气轮机、大型柴油机、柴油发电装置、天然气发动机等。4.管道系统工作点 1）泵站特性 2）管道水力特性 3）系统工作

12、点图 8-5 泵站与管道的工作点二、输油管道输送工艺 5.管道的供热设备 加热系统是加热输送管道的关键设备,也是主要的耗能对象.对输油管道加热炉的要求是热效率高、流动阻力小,能适应管道输送量变化,可长期安全运行。6.最优管道直径 同公路建设一样，管径越大，输送量越大。一般地讲，在一定压力等级下，对于某一输送量，存在一个最小管径，同时，从经济观点考虑，还在一个最优管径。图 8-6 一定管道某一输送量时的最佳管径二、输油管道输送工艺 7.泵站布置 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。每个泵站供给油品的最大压力能，受泵的管材性能和

13、强度的限制。输送距离越长，所需的中间泵站越多。8.不同油品的管道顺序输送 在同一管道内，按一定顺序连续地输送几种油品，这种输送方式称为顺序输送。输送成品油的长距离管道一般都采用这种输送方式。用同一条管道输送几种不同品质的原油时，为了避免不同原油的掺混导致优质原油“降级”，或为了保证成品油的品质，也采用顺序输送。二、输油管道输送工艺 9.易凝高黏原油的输送工艺 我国各油田所产原油按其流动性质可分为两大类：第一大类是轻质原油，这在我国原油产量中只占很小的份额，第二大类是易凝高黏原油，包括含蜡量较高的高凝点原油。对于这种高黏易凝原油，可采用以下方法输送。1）加热输送工艺 升高温度可以降低黏度改善原油

14、的流动性，因此常采用加热的方法输送这类原油。2）含蜡原油的改性输送工艺 原油改性输送即是通过一定方法改善原油的流动性。3）稠油的降黏输送工艺 （1）稠油的稀释输送。（2）稠油的乳化降黏输送。二、输油管道输送工艺 天然气产地（气田）往往远离天然气消费中心，因此在整个天然气工业体系中的一个重要环节就是运输问题。与输油不同，天然气的管道输送必然是上、中、下游一体化的，开采、收集、处理、运输和分配是在统一的连续密闭的系统中进行的。1.天然气的基本性质与管输气质要求 1）天然气的密度。2）天然气的黏度。3）天然气的含水量与露点。4）管输天然气的气质要求。管输天然气是指进入干线输气管道的净化天然气，也可称

15、为商品天然气。三、输气管道输送工艺 2.输气管段的水力特性 输气管段的水力特性是指其流量与压力随轴向位置与时间的变化规律以及流量与压力的关系。根据输气管道的运行参数（流量、压力、温度等）是否随时间变化，可以将其工况分为稳态工况与非稳态工况（又称瞬态工况）。3.输气管段的热力特性与水合物 1）热力特性 输气管段的热力特性也是指其沿线的温度变化规律。图 8-9 给出了油管和气管的温降曲线（To为环境温度、TQ为起点温度、TZ为终点温度）。2）水合物 水合物是天然气的某些组分。图 8-9 温降曲线-输气管，-输油管三、输气管道输送工艺 4.压缩机组与压气站 压缩机和与之配套的原动机统称为压缩机组。压

16、缩机组是干线输气管道的主要工艺设备，同时也是压气站的核心部分。压气站的基本功能是利用压缩机提高气体的压力，以满足管道沿线的供气流量与压力要求。1）压缩机 目前在干线输气管道上采用的输气压缩机有两种类型，即往复式压缩机和离心式压缩机。根据两种压缩机的特点，往复式压缩机主要适用于中、小流量而压缩比较高的场合。离心式压缩机主要适用于大、中排量而压缩比较低的场合。2）原动机 干线输气管道上用于驱动输气压缩机的原动机有燃气轮机、蒸汽轮机、燃气发动机、柴油机和电动机，其中用得最多的是燃气轮机和燃气发动机，它们的主要优势是直接利用管道中输送的天然气作为燃料，因而不受能源供应的制约。三、输气管道输送工艺 5.

17、压气站及其与管路的匹配 输气管道上配置了输气压缩机的站场称为压气站或压缩机站。压气站中的主要工艺设备是压缩机组，此外，通常还包括气体除尘器、气体冷却器、清管装置等工艺设施。在管道起、终点及沿线进气、分气点的某些条件为给定的前提下，一条输气管道的稳态运行参数主要取决于全线各管段的特性、每个压气站中各台运行的压缩机的转速、特性及其连接方式，这种现象称为压气站与管路的匹配。6.供气系统调峰 1）调峰概念 供气流量与用气流量并不是在任何时候都是平衡的，由此就提出了所谓供气调峰问题：设法消除供气流量与用气流量的不平衡。三、输气管道输送工艺 2）LNG调峰 众所周知,天然气在通常的温度、压力范围内为气态.

18、然而,当温度降低到-161以下时，其在常压下就转化为液态，即LNG。3）长输管道末段储气 一条输气管道的末段是指从该管道的最后一个压气站到干线终点的管段。管道末段储气能力是指其最大与最小气体充装量之差。输气管道末段的储气能力与管道的横截面积成正比，因此，增大管径是提高末段储气能力的有效方法。三、输气管道输送工艺小节概述管道运输生产运行控制系统一二管道运输生产运行控制方法三运行计划编制四安全运行与节能五 管道生产管理是指管道运行过程中利用技术手段对管道运输系统实行统一指挥和调度，以保证管道在最优化状态下长期安全而平稳地运行，从而获得最佳经济效益的生产组织工作。它包括管道输送计划管理、管道运行控制

19、与输送技术管理、管道输送设备管理和管道线路管理，前两项又统称管道运行管理，是生产管理的中心（也称管道调控中心）。管道输送计划管理是指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。一、概述 管道运行控制与输送技术管理 是指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。管道输送设备管理 是指对管道站、库的设备进行维护和修理，以保证管道的正常运行。管道线路管理 是指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。一、概述 管道是一个点多、面广、线长，上下游相互影响，且具有自平衡能力的系统。管道中的每一点出现问

20、题都会影响整个管道的运行参数。目前，在油气管道上普遍应用SCADA系统。油气管道SCADA系统主要由控制中心计算机系统、远程终端装置（Remote Terminal Unit，RUT）、数据传输及网络系统组成，属于分散型控制系统。现代的SCADA系统控制层次通常为三级：控制中心级、站控级和设备控制级，在某些大型管道系统中还设有分中心控制级。二、管道运输生产运行控制系统图 8-11 西气东输管道 SCADA站控系统硬件配置图二、管道运输生产运行控制系统 1.输油管道工况的调节 要改变长输管道的输送量时，为了完成输油任务、维持管道的稳定和高效经济运行，需要对系统进行调节。改变泵站的耗能或供能特性，

21、均可以调节输油管道的工况。2.输气管道工况的调节 同样，要改变长输气管道的输送量时，为了完成输气任务、维持管道的稳定和高效经济运行，需要对系统进行调节。3.输油管道的水击及控制 输油管道密闭输送的关键之一是解决“水击”问题。三、管道运输生产运行控制方法 4.清管 清管是保证输油、气管道能够长期在设计输送量下安全运行的基本措施之一。原油管道的清管，不仅是在输油前清除遗留在管内的机械杂质等堆积物，还要在输油过程中清除管内壁上的石蜡、油砂等凝聚物。5.管道的泄漏检测技术 管道泄漏检测主要有两个目的：一是防止泄漏对人及环境造成危害和污染。二是管道输送流体的泄漏损失。可以说泄漏检测系统是一种一旦管道发生

22、事故，即可将损失控制在最小范围内的安全设备，其检漏装置应具有以下功能：（1）能够准确可靠地检测出泄漏。（2）检漏范围宽，并能精确测出泄漏位置。（3）检漏速度快。（4）检漏装置易调整维修。三、管道运输生产运行控制方法 调度是将短期生产计划付诸实施的具体安排，调度计划是企业内部在短期内组织生产活动的行动依据。在原油、成品油及天然气的管道生产运行管理中均需要制订相应的运行计划。1.运行计划编制的目的 顺序输送多种油品且多点分输（注入）的成品油管道的调度管理涉及油源、销售、管道系统的协调与优化问题，制订能够满足委托方及接收方客户的需求并确保管道安全、高效运营的运行计划，是调度管理中最为核心的任务。2.

23、运行计划编制的基础 编制输送计划的基本条件是：（1）根据输送对象确定出合理的输送顺序。（2）尽可能满足所有委托者的要求。（3）能够适应管道运行的水力条件和达到优化运行。四、运行计划编制 3.运行计划分类 从运行时间上，输送计划又分为月计划、10日输送计划以及24（或48）h输送计划。4.运行计划编制软件 为了能很好地完成输送分输任务，调度计划人员需利用辅助工具提前编制合理的管道运行调度计划。目前，世界上的大型成品油管道的分输调度计划的制订都是由计算机协助完成的。四、运行计划编制 油、气管道的优化运行不仅应在满足管道沿线市场需求的条件下，最充分利用管道通过能力，降低能耗费用，而且要减少各种损失，

24、以获得最佳经济效益。使管道安全、平稳、经济地运行是管道经营者的追求目标。管道运行费用中，动力费用和人工费用通常是主要的两项。动力费用优化应保证各管输商品在输送计划预定的时间到达目的地，同时使动力费用最小。减少动力费用就是要确定输送时优化的全线运行设备的配置。五、安全运行与节能 管道运输系统规划设计及建设包括多学科内容，由于管道本身的输送能力受到设备、地形、温度等诸多外在因素的限制，因此在初期规划时，就必须妥善考虑。如果规划时未详加注意,则在兴建完成之后将造成难以弥补的缺陷严重地影响输送安全,其次整条管道是路线兼运输工具，在维护上必须借助相关专业科技。小节我国管油气道运输系统的技术状态展望一二

25、我国大规模管道建设迟于发达国家30多年，20世纪90年代以后进入管道高速发展时，如今已建成各类油气管道总长度约15万km成为管道大国，经过多年的发展形成了自己的技术特点，挤入了管道技术世界强国之林。1.管道建设 高压力、大管径、新材料是我国管道建设的特点。2.管道的通信与调控 我国的管道普遍采用以光纤技术为主卫星技术为辅的通信手段，采用就地控制、站场控制和调控中心远程控制三级控制模式，实现了全国范围内超大规模的管道集中调控。管道的控制完全建立在计算机网络系统上，借助于SCADA软件平台实现对管道的运行监视与操作控制。一、我国管油气道运输系统的技术状态 图 8-12 中石油管道通信网络图一、我国

26、管油气道运输系统的技术状态 3.管道的运行技术 1）多种原油同管道输送 我国原油需求量大、来源多，不同产地原油物性差别大，给管道输送带来挑战。2）水力瞬变与大落差管道控制 现代的管道都采取输送介质与外界隔绝“密闭”输送方式，密闭输油管道全线构成统一的水力系统，管道任何一点流动参数发生变化都将迅速波及全线。一、我国管油气道运输系统的技术状态 3）成品油管道顺序输送 成品油管道沿线一般都设有多个分输站、注入站或支线，如同铁路的车站，成品油是沿管道单向输送。4）管道的完整性管理 在政府和企业对安全生产高度重视的背景下，对油气管道企业提出了完整性管理的要求。一、我国管油气道运输系统的技术状态 我国汽车

27、产销量多年居世界首位，汽车数量超过美国指日可待。在新能源汽车大规模普及之前燃油的需求无可替代，天然气作为治理污染的清洁能源需求旺盛。在此背景下今后几十年内油气管道仍将较快发展，也会不断有新技术应用到管道运输系统中。信息化技术高速发展的时代，大数据、物联网技术进入管道，建立数字化管道是大势所趋。例如 （1）智能化管道应急体系 （2）清管器的智能化跟踪 （3）油气管道可靠性设计二、展望1.试叙述管道运输系统与其他运输系统的异同点。2.输油管道系统有哪些基本设施组成?其主要设施的功能和作用是什么?3.输气管道系统有哪些基本设施组成?其主要设施的功能和作用是什么?4.输送管道有哪几类?各有什么特点?5.试叙述输油管道的输送方式。6.试叙述供气系统调峰的概念。7.油、气管道输送有哪些控制系统，试叙述其功能特点。复习与思考题