什么是管道输油工艺?

什么是管道输油工艺?

[拼音]：guandao shuyou gongyi

[外文]：technology of pipelining oil

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。

输送方法

油品的输送方法，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、低粘度的原油常采取等温输送方法，即炼油厂或油田采出的油品直接进入管道，其输送温度等于管道周围的环境温度。油品开始进入长输埋地管道时的温度可能不等于入口处的地温，但由于输送过程中管内油品与周围介质间的热交换，在沿线大部分管段中，油温将等于地温。对轻质成品油大多采用顺序输送方法（见油品顺序输送）；对易凝高粘油品目前常用加热、掺轻油稀释、热处理、水悬浮、加改性剂和减阻剂等输送方法（见易凝高粘油品输送）。

输送流程

管道沿线上下两泵站之间的连接方式，有开式流程和密闭流程两种，如图1所示。

开式流程

上站来油通过中间泵站的常压油罐输往下站的输送流程。最初的开式流程（图1a）每个中间泵站有不少于两个的油罐。上站来油先进入收油罐，再进入发油罐，使上站来油压力泄为常压，站内油泵从发油罐抽油输往下站。收发油罐可互相倒换使用，借此调节上下游泵站输量的不平衡，并可用于计量各站的输量。目前采用的开式流程（图1b）是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，根据旁接罐油面的升降来调节输量，不作计量用。开式流程的各泵站只为站间管道提供压力能，不能调制各泵站的压力。

密闭流程

从40年代开始，随着输油自动化水平的提高和离心泵的广泛采用，输油管道逐渐改用密闭流程（图1c）。密闭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。全线各泵站是相互串联工作的水力系统，所以各站输量相等。同开式流程相比，密闭流程的优点是：避免油品在常压油罐中的蒸发损耗；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；在所要求的输量下，可统一调配全线运行的泵站数和泵机组的组合，以最经济地实现输油目的。但密闭流程运行时，任何一个泵站或站间管道工作状况的变化，都会使其他泵站和管段的输量和压力发生变化，这就要求管道、泵机组、阀件、通信和监控系统有更高的可靠性。

泵站-管道系统的工作特性

指的是输油管道的输量与沿线各泵站工作压力之间的变化关系。油品沿管道流动，需克服油品与管壁之间以及管内流速不同的油流之间的摩擦阻力。克服摩擦阻力所需的能量，由泵站以压力能的形式提供。因此，由泵站和管道组成的输油系统的输量，决定于泵站和管道两者能量供求的平衡，即决定于泵站和管道的输量与压力的变化。

泵站的工作特性

指的是泵站的输量(Q)与其提供的压力能 (H)之间的变化关系。目前输油管道采用离心泵输油，离心泵供给液体压力能的大小，表现为泵出口和进口的压力差，常以液柱高度表示，称为扬程。离心泵在一定转速下输送某种液体时，在某一排量下只能给出一个扬程；当排量改变时，其扬程也随之改变。表示离心泵的排量(q)与扬程(Hp)之间变化关系的曲线，称为离心泵的工作特性曲线，如图2的曲线1。该特性也可由方程Hp=f(q)表示。泵站的工作特性曲线，系由站上各离心泵的工作特性曲线按照其串联和并联的组合方式叠加而绘出的，如图2的曲线2。亦可用方程H＝f(Q)表示。

管道的工作特性

指的是通过管道的油品输量与所需的压力能之间的变化关系。将一定量的油品输往目的地，须克服管道起点高程(Z1)与终点高程(Z2)间的高程差(Z2-Z1)，还须克服油品沿管道流动时的摩擦阻力(hl)。hl的大小决定于油品的输量Q、管内径D、管长l、管内壁的粗糙程度和输送温度下油品的粘度。hl可按下述管道摩擦阻力公式计算：

式中v为管道内油品的平均流速；g为重力加速度；λ 为沿程摩擦阻力系数，其大小取决于油品在管道中的流动状态和管内壁的粗糙程度。管内的流动状态有层流和紊（湍）流之分，决定于流速、管内径、粘度和内壁粗糙度。如用液柱高度H表示管道输送油品所需的压力能，则其函数关系为

即为管道工作特性的方程。该方程表示在Q-H坐标上，就是管道工作特性曲线，如图2的曲线3。

管道特性方程表明，在一定的输量Q、输送距离l和高差下，管径D愈大，则H值愈小；油品粘度愈大，管内壁愈粗糙，则λ值增大，H也随之增大。在诸因素中，管径变化对H值的影响最大。在等温输送的管道中，地温随季节变化，油品的粘度随温度而异，所以尽管输量相同，克服流动时的摩擦阻力所需的压力能也不相等。

输油系统的工作点

对于开式流程，泵站的工作特性曲线与由该泵站提供压力能的站间管段的工作特性曲线的交点，即为该段输油系统的工作点，如图2中的a、b点。它表示该系统要保持能量供求的平衡，只有在此交点对应的输量下才能稳定运行，否则就要采取相应的调节措施。开式流程的整个管道是由若干个站段的输油系统组成的，全线的输量受输量最小的站段的限制。

密闭输送流程中，各泵站是相互串联的统一系统，因此该系统的工作点是由各泵站的工作特性曲线串联叠加而成的总泵站特性曲线与总管道特性曲线的交点，如图3中的C点。该点对应的Q即为流过全线的输量，相应的H


是各泵站提供的压力能之和，也就是管道全线所需的总压力。

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，受泵和管材的性能和强度的限制。输送距离愈长，所需的中间泵站愈多。沿线各中间泵站的位置，是在管道设计时用水力坡降线在管道纵断面图上作图所初步选定、并经现场勘察确定的（图4）。纵断面图的横坐标是管道实长，纵坐标是管道沿线的高程。各泵站提供的压力能按纵坐标的比例用液柱高度H表示在图上。水力坡降线是斜率等于油品流过单位管长的压力降（用液柱表示）的斜线。从H线的顶点往下作水力坡降线，该线沿油品的流向逐渐降低，表示油品的压力能不断减少。纵断面线与水力坡降线之间的垂直距离，表示油流在该点所具有的压力能，称为动水压力。对于开式流程，当动水压力降低到等于旁接油罐的油面高度时，表明油流已不能再继续前进，必须建立中间泵站为油品增压。对于密闭流程，除了要求有一定的进站压力外，各泵站提供的压力能不一定等于油品通过它与下一泵站之间的管道所需的能量；当前者大于后者时，剩余压力可传递给下一泵站，所以每个中间泵站出口处油品的压力能是它的进口处上站剩余压力与本站提供的压力之和。密闭流程在确定泵站位置时，灵活余地较大。

在地形起伏较大的地区，输油管道的末段通过高峰时，油品自该高点至终点所得的位能可能大于为克服流动时的摩擦阻力所需的能量，这样的高点称为翻越点。油品过翻越点后不仅可以自流，还会因位能有余而使流速加快，从而在管道中出现不满流。不满流不仅浪费能量，还会使水击压力增大；在顺序输送的管道上，则会导致混油量增大。为避免不满流的危害，防止停输时管内油品的静水压力可能超过管道强度的容许值，在翻越点之后要采取措施增加摩阻，如在管道沿线高差很大的管段上设减压站，并设置分隔静水压力的截断阀等。

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。水击压力的大小与流速的变化成正比，原油管道在流速瞬时减少1米/秒处的初始水击压力约为9～10千克力/厘米2。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。常用的自动泄压阀，在压力上升到控制值时自动开启，将部分油流泄放入事故放空罐，避免压力继续上升。在突然停电时，因管内油流的惯性，泵站出站处压力会突然降低，产生降压波。降压波沿管道向下游传播，可能使管内压力降到油品输送温度的饱和蒸汽压以下，并使部分油品汽化而形成气袋或液柱分离现象。密闭输送的中间泵站上都设有自动越站流程，当进站压力上升，出站压力下降到前者超过后者时，越站单向阀自动开启，使油流越站输送，可起到一定的保护作用。

为了提高现有管道的输送能力，对等温输送管道，可采取以下方法：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。