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輸油管道設計與管理

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課程名稱：輸油管道設計與管理
第一章    輸油管道概況和勘察設計
第二章   等溫輸油管道的工藝計算
第三章   加熱輸送管道的工藝計算
第五章    熱油管道的運行管理
第六章     順序輸送
第一節    輸油管道概況
第二節   輸油管道勘察設計概述
第一章  輸油管道概況和勘察設計
管道輸送是石油生產過程中的重要環節，管道是石油工業的動脈。在石油的生產過程中，自始至終都離不開管道。我們可以把石油的生產過程簡單表示為：
一、概述
用戶
煉油廠
礦場油庫
轉油站
聯合站
計量站
油井
礦場油氣集輸系統
長輸管道
原油管道
成品油管道

第一節  輸油管道概況
長輸管道是長距離輸油管道的簡稱，它是指運距長、流量大、管徑大的自成體系的管道系統。可簡單地表示為： 
首站
收油
計量
加壓
加熱
中間站
收油
加壓
加熱
末站
收油
計量
發油
輸油管道概況
長輸管道總是由輸油站和線路組成。首站、末站和中間站統稱為輸油站。 
對于原油管道，首站一般在油田，末站一般為煉廠和港口。 
 為了保證管道的連續運行，首末站一般建有較大的庫容，而中間站一般只設一座旁接油罐或事故罐，用以調節流量的不平衡（旁接油罐流程）或事故泄壓（密閉流程）。 
輸油管道一般由離心泵提供壓能，電動機為原動機。對于加熱輸送的管道，由于沿程散熱，為了保持油品的溫度，沿線還要設加熱站，所用燃料一般為所輸原油或渣油。 
輸油管道概況
輸油管道概況
為了保證管道的正常運行，全線設有有效的通訊系統，以調度、指揮生產。通訊線路是長輸管道的生命線，主要的通訊方式有：有線電話、微波通訊、衛星通訊、網絡通訊、無線電通訊。通訊方式的選擇主要根據管線所處地區的環境和管線的具體情況確定，一般多采用微波通信系統。對于多霧山區，可采用網絡通訊為主，衛星通訊為輔的通訊系統，以確保通訊的安全和暢通。
之所以說通訊線路是長輸管道的生命線，是因為如果通訊系統不暢通就會給管道造成重大安全事故。例如93年轟動全國的713東辛線盜油泄漏案（原油泄漏近萬噸）就與通訊系統不暢通有關。
二、輸油管道發展概況
管道工業有著悠久的歷史。中國是最早使用管道輸送流體的國家。早在公元前的秦漢時代，在四川的自貢地區就有人用打通了節的竹子連接起來輸送鹵水，隨后又用于輸送天然氣。據考證，最早的輸氣管道是在1875年前后在中國四川建成, 當時的人們為了輸送天然氣，把竹子破成兩半，打通中央的竹節再重新組合起來，并用麻布繞緊，石灰糊縫將其用做輸氣管道，長達100多公里。現代油氣管道始于19世紀中葉，1859年，在美國賓夕法尼亞州的泰特斯維爾油田打出了第一口工業油井，所生產的原油起初用馬車拉運，導致了嚴重的交通擁擠。
1886年，美國又鋪設了一條口徑為200mm，長為139km的輸油管道。 
美國在1879年建成了泰德—瓦特輸油管道(Tide—Water Pipeline)，被稱為全世界第一條長距離輸油管。該管道從柯里亞爾通往威廉港，管道直徑152mm，全長174km，年輸量50×104ｔ。 
1865年，在該油田建造了第一條用于輸送原油的管道，管道直徑為50mm，長約8km，輸量127 m3/d，用往復泵驅動,每桶油的運價由馬車運輸時的2.5～5美元降至1美元 。
輸油管道概況
       
       
1920年前，管道均采用絲扣連接，因此管徑較小。1920年，在管道鋪設中開始采用氣焊，隨后又被電焊所取代。金屬焊接工藝的發展和完善促進了大口徑、長距離管道的發展，同時也促進了新管材的使用。但真正具有現代規模的長輸管道始于第二次世界大戰。當時由于戰爭的需要，美國急需將西南部油田生產的油運往東海岸，但由于戰爭，海上運輸常常被封鎖而中斷，這就促使美國鋪設了兩條輸油管道。一條是原油管道，叫“Big Inch” ，管徑610mm，全長2158km，日輸油能力47700m3（30萬桶），投資近1億美元，由德克薩斯到賓夕法尼亞。另一條為成品油管道，叫“Little Big Inch”，管徑500mm，全長2745km，日輸能力為37360m3（23.5萬桶），政府投資7500萬美元。其中原油管道于1943年建造投產，成品油管道1944年投產運行。
輸油管道概況
從20世紀60年代起，輸油管道向大口徑、長距離的方向發展，并出現許多跨國管線。較著名的有： 
1964年，原蘇聯建成了蘇聯－東歐的“友誼”輸油管道，口徑為1020mm,長為5500km，通向捷克和匈牙利 （南線）。

1977年，建成了第二條“友誼”輸油管道，在原蘇聯境內與第一條管線平行，口徑為1220mm，長為4412km，經波蘭至東德（北線）。年輸原油超過1億噸。 
1977年，美國建成了世界上第一條伸入北極圈的橫貫阿拉斯加管道，口徑為1220mm，全長為1288km，其中900km管道采用架空保溫鋪設。年輸量約為1.2億m3，不設加熱站，流速達3m/s，靠摩擦熱保持油溫不低于60℃，投資77億美元。 
輸油管道概況
沙特東-西原油管道，始于東海岸的阿卜凱克，終于西海岸港口城市延布，橫貫沙特阿拉伯中部地區。管徑1220mm，總長1202km，年輸油能力約為1.3億立方米。管道于1983年完成。
輸油管道概況
同時，成品油管道也獲得了迅速發展。著名的是美國的科羅尼爾成品油管道系統。干線口徑為750、820、920、1020mm，總長為8413km，輸油能力為1.4億噸/年，采用順序輸送，輸送的油品種類多達100多種。 
沙特東-西原油管道復線1987年建成，管徑1422mm，總長1206km，完全平行于第一條管道。
三、長輸管道的發展趨勢 
1、建設高壓力、大口徑的大型輸油管道，管道建設向極地、海洋延伸。（海洋原油管道358km，深100多米）
2、采用高強度、高韌性、可焊性良好的管材
   3、高度自動化    
輸油管道概況
 4、不斷采用新技術（安全與經濟） 
         a. 設計方面，采用遙感和數據成像技術、地理信息技術、地球衛星定位系統，選擇最優路線；
         b.管道在線自動檢測技術不斷改進。
三、長輸管道的發展趨勢 
5、應用現代安全管理體系和安全技術，持續改進管道系統的安全。（風險管理技術、管道的完整性管理）
 6、重視管道建設的前期工作。 
輸油管道概況
   四、管道運輸的特點 
1、長距離輸油管道分類
① 原油管道(crude oil trunk line)：特點是輸量大，管徑大，分輸點少。起點一般為油田，終點一般是煉廠或港口。
② 成品油管道(products pipeline)：特點是所輸油品品種多，批量少，采用順序輸送，注油、分油點多，沿線管徑變化。起點一般為煉廠，終點一般為消費地區的儲油庫和分配油庫。
2、管輸的特點
下表是美國1975－1980年各年原油和成品油運輸中各種運輸工具所占的比例：％ 
 年      管道    水運     公路   鐵路   總運量(億噸)
1975   48.02   22.06    28.42    1.50        18.32
1976   48.02   21.86    28.75    1.37        19.45
1977   47.95   21.72    28.94    1.39        20.56
1978   46.24   23.68    28.88    1.20        21.24
1979   46.66   23.45    28.68    1.21        20.96
1980   46.21   25.57    27.04    1.18        19.92
由上表看出，管道運輸是原油和成品油的主要運輸方式。我國已把管道、鐵路、水路、公路和航空并列為5種主要的運輸方式。
輸油管道概況
下表為我國1992~2000年原油運輸中的各種運輸工具所占的比例.
 年份      運輸總量            鐵路                  水運                      管道
   年            萬噸                  %                       %                         % 
 1992      18311.50              7.20                  26.20                    66.60
 1993      18309.13              9.10                  24.20                    66.70
 1994      17790.98              8.28                  25.27                    66.45   
 1995      17507.09              9.80                  23.00                    67.20
 1996      17125.96              9.90                  21.15                    68.97
 1997      17037.00             10.40                 19.30                    70.20
 1998      18186.53              9.71                  17.59                    72.70
 1999      17811.27             10.14                 15.19                    74.67
 2000      18911.28              8.97                  12.36                    78.67

注:  (1)1998-2000 年水運不包括進口運量 390kt、 2640kt和 16950kt。(2) 運輸總量均未包括汽車運量 ( 每年 300萬t-500萬t) 。
輸油管道概況
下表為2000年國內成品油運輸中各種運輸方式比例

鐵路      水運      公路        管道  
                       %           %           %            %
中國石油      62.9       19.4        11.8          5.9
中國石化      61.6        23.9       14.5          1.8
全國              61.4        22.7       13.3          2.6
輸油管道概況
管道運輸的特點：
① 運量大，固定資產投資小（與鐵路相比） 。
⑥ 管道運輸適于大量、單向、定點的運輸，不如鐵路、公路運輸靈活。  
⑤ 占地少，受地形限制小。 
④ 運價低，耗能少。 
③ 便于管理，易于實現集中控制，勞動生產率高。
② 受外界限制少，可長期穩定連續運行，對環境 的污染小。
輸油管道概況
一條720管線的輸量約等于一條單線鐵路的運量，但造價不如鐵路的1/2。
管線埋于地下，基本不受惡劣氣候的影響，油氣污染和噪聲污染都比鐵路小得多。
原蘇聯管線運價約為鐵路的1/2，美國約為鐵路的1/7-1/10 ，我國目前基本與鐵路持平。
管線埋于地下，地面仍可耕種。鐵路的坡度一般不能超過30度，而管線不受坡度的限制，有利于翻山越嶺，取捷徑，起終點相同的兩地間，管線的長度一般要比鐵路短30%。
五、我國輸油管道概況 
1.概況 
1958年以前，我國輸油管道還是一個空白。1958年，我國修建了第一條長輸管道：克拉瑪依—獨山子原油管道。隨著我國石油工業的發展，20世紀70年代開始興建大型輸油管道，我國管道工業進入第一個發展高潮,建設的管道主要是原油管道。到目前為止,我國鋪設的百公里以上的原油長輸管道60余條,管徑為159～720，形成了具有一定規模的原油管網(見全國油氣管線分布圖)。
輸油管道概況
我國管道工業繼第一個發展高潮之后，于20世紀90年代中期逐漸進入第二個發展高潮，而且目前已經處在發展高潮之中。此次發展高潮以天然氣管道和成品油管道建設為主。我國已經建成的或正在興建中的成品油管道有：1973年建成的跨越世界屋脊的格爾木-拉薩的成品油管道（也是我國的第一條成品油管道）、撫順至營口的成品油管道、北京至塘沽的成品油管道、蘭-成-渝成品油管道、鎮海至蕭山成品油管道、魯皖成品油管道（起點為青島大煉油）、珠江三角洲成品油管道、茂名至昆明成品油管道、烏魯木齊-蘭州的西部成品油管道、蘭州-鄭州-長沙的成品油管道、和計劃建設的撫順-鄭州的成品油管道等，逐步形成了規模較大的成品油管網（全國油氣管道分布圖）。
輸油管道概況
已經建成和正在興建的大型輸氣管道有：陜京輸氣管道、西氣東輸管道（正在建二線）、澀北西寧蘭州天然氣管道、忠縣至武漢天然氣管道、安平-濟南-青島輸氣管道、川氣東輸管道、環珠江三角洲液化天然氣管道、海南-香港天然氣管道、平湖至上海的海底天然氣管道等（全國油氣管道分布圖）。
輸油管道概況
正準備興建的管道還有中俄天然氣管道、中俄原油管道，遠景規劃可能還有吐庫曼斯坦至中國的天然氣管道、西西伯利亞至中國天然氣管道，以及蘇里格氣田的外輸管道等。
目前已經修建的成品油和原油管道，總里程已超過55000km。
輸油管道概況
2．我國輸油管道存在的問題 
我國管道工業與發達國家相比還存在一定的差距。俄羅斯的管道運價約為鐵路的1/2～1/4，美國約為1/10，而我國與鐵路運價差不多，甚至有些管線還高于鐵路運價。
究其原因，一方面是由于我國原油多數為易凝或高粘原油，必須采用加熱輸送，能耗大；另一方面是我們的管輸技術與發達國家相比還比較落后，管理水平較低。 
輸油管道概況
歸納起來存在以下幾個問題： 
① 對管道的前期工作重視不夠，油氣資源不落實，盲目建管道，造成管道利用率低 。
 ② 輸油管道主要設備的性能和效率較低。 
③ 老管線自動化水平低下 。
④ 工藝流程落后。上世紀修建的原油管道大多采用旁接油罐流程和先泵后爐流程 。
輸油管道概況
 3．我國管道今后發展的方向 
(1)  東部不會有大的建設任務，重點是完善、改造輸油工藝，采用先進的工藝流程，實行密閉輸油和優化運行，提高管道的自動化水平和管理水平。 
 (2) 管道建設重點向西部轉移。由于西部人稀地廣，自然條件差，需要增大泵站間距，減少操作人員，提高自控水平 。
(3) 發展成品油管道和漿體管道。目前我國成品油主要靠鐵路和公路運輸，運價高，且給鐵路運輸造成很大壓力，因此發展成品油管道系統是我國管道建設的一個重點。 
輸油管道概況
第二節  輸油管道勘察設計概述
長距離輸油管道建設的規模大、投資多，往往是國家的重點工程，對國民經濟發展有重大影響。而其本身從勘察設計、施工，直到投產后的長期安全穩定運行都很復雜，必須慎重對待。
大型長距離輸油管道建設要認真遵守以下程序：
(1)根據資源條件和國民經濟長期規劃、地區規劃、行業規劃的要求，對擬建的輸油管道進行可行性研究，并在可行性研究的基礎上編制和審定設計任務書。
(2)根據批準的設計任務書，按初步設計(或擴大初步設計)、施工圖兩個階段進行設計。初步設計必須有概算，施工圖設計必須有預算。
(3) 工程完畢，必須進行竣工驗收，做出竣工報告(包括竣工圖)和竣工決算。
輸油管道勘察設計概述
 由此可見，大型輸油管道的設計一般分為三個階段：
1.可行性研究（Feasibility Study） 
2.初步設計（Preliminary design） 
3.施工圖設計（Detailing design ） 
 《關于建設項目進行可行性研究的試行管理辦法》指出：可行性研究的任務是根據國民經濟長期規劃和地區規劃、行業規劃的要求，對建設項目在技術、工程和經濟上是否合理和可行，進行全面分析、論證，作多方案比較，提出財務評價與國民經濟評價，為編制和審批設計任務書提供可靠依據。財務評價是從工程項目本身財務角度，根據國家現行財稅制度和現行價格，分析測算項目的效益和費用，考察項目的獲利能力、清償能力，據以判別項目財務上的可行性。國民經濟評價則從國家整體角度考察項目的效益和費用，用影子工資、影子匯率和社會折現率，計算和分析項目給國民經濟帶來的凈效益，據以評價項目在經濟上的合理性，從而確定投資行為的宏觀可行性。
一、可行性研究（Feasibility Study） 
輸油管道勘察設計概述
輸油管道勘察設計概述
可行性研究是分析、評價各種建設方案和生產經營決策的一種科學方法。它要對新建、擴建項目的一些主要問題，如市場需要，資源條件，燃料、動力供應條件，建設規模，以及設備選型等，從技術、經濟和工程等方面進行調查研究，分析比較，并對項目建成后可能取得的技術經濟效果進行預測，從而提出該項目可否建設和如何進行建設的意見，為項目決策提供可靠的依據。
輸油管道勘察設計概述
市場研究 
  這是項目能否確立的依據，如果產品沒有市場，項目也就沒有存在的必要。所以市場研究是可行性研究的前提，主要是解決建設項目的“必要性問題”。 
工藝技術研究 
  主要是解決技術方案和建設條件的“可能性問題”，是可行性研究的基礎。 
經濟效益研究 
  它是可行性研究的核心，解決建設項目的“合理性問題”。
可行性研究的基本內容可集中歸納為三個部分：
輸油管道勘察設計概述
可行性研究報告是項目決策的依據，應按規定的深度做到一定的準確程度。投資估算與初步設計概算的出入一般不得大于10％，否則將對項目重新決策。
1．可行性研究報告的內容
    (1)總論、工程概況、依據與原則。
    (2)論述建設該輸油管道的必要性，并與其它運輸方式比較。
    (3)油源、油品去向的近期、遠期規劃。
    (4)線路情況，包括走向、線路長度、大型穿(跨)越方案、沿線地形、                                       地質概況等。    
(5)輸油工藝方案，包括輸送工藝、輸量、管徑、管材規格、輸送溫度、輸送壓力、輸油站數、主要設備等。
(6)自動控制、通信、供水、供電、熱工、機修等設施的論述，管理機構及人員編制等說明。
(7)環境保護與勞動保護。
(8)經濟分析(財務評價、國民經濟評價、結論與建議)。最后確定推薦方案。
除以上內容外，還應附上工藝流程圖和概算表。
輸油管道勘察設計概述
根據可行性研究報告及其審批意見編制設計任務書。設計任務書是編制設計文件的主要依據，一般包括以下主要內容：
    (1)工程項目的依據。
    (2)管道的起、終點，主要走向及中間進、出油點。
    (3)所輸油品品種、年輸量(近期與遠期)。
    (4)對輸油管道技術水平及某些技術指標的要求。
    (5)建設進度與投資估算。
    (6)各設計階段的期限。
 2．設計任務書的內容
輸油管道勘察設計概述
 二、初步設計（Preliminary design） 
初步設計是在工程項目確立后，根據設計任務書的要求，結合實際條件所做的工程具體實施方案。它是安排建設項目和組織工程施工的主要依據。深度應滿足項目投資包干、招標承包、材料與設備訂貨、土地征購和施工準備等要求，并能據以編制施工圖和總概算。
輸油管道初步設計通常包括以下文字材料與圖紙：
(1) 概述，包括設計依據，設計指導思想、原則與特點，工程概況與主要技術經濟指標，基礎資料與數據。
(2) 工藝部分，包括輸送工藝，水力、熱力及強度計算，管材規格，泵站數及站址，首、末站儲油罐容量及數量。    
輸油管道勘察設計概述
(3)線路，包括線路走向及沿線狀況，線路工程及穿(跨)越工程，管道防腐與保溫。
(4)泵站及加熱站，包括首、末站及中間站工藝流程，泵機組和加熱爐的型號、規格，供電與配電，儀表及自動控制，其它輔助設施，總圖與主要建筑物。
(5) 通信，包括通信方式、通信組織、主要設備。
(6) 環境保護，包括對環境的影響及環保措施。
(7) 管理，包括組織機構、人員編制。
(8) 設備與材料清單。
(9) 總概算。
輸油管道勘察設計概述
三、施工圖設計（Detailing design ） 
根據批準的初步設計和主要設備訂貨情況即可進行施工圖設計。設計人員應根據初步設計及其審批意見所確定的方案，利用勘察及調研所搜集的資料，遵照有關標準、規范，繪出正確、詳細并符合規定的圖紙，滿足施工、非標準設備制造的需要。本階段主要工作內容為：
(1) 組織施工圖階段的勘察工作，修改或補充原初步設計。
(2) 按批準和修改后的初步設計進行線路設計和輸油站設計。線路設計主要包括確定各區段管子的壁厚、防腐絕緣層和保溫層的結構與厚度、線路變坡與轉角結構、管溝挖深、各穿(跨)越工程的結構、線路閥室等。輸油站設計主要包括站址和工藝流程的最后確定；平、立面布置，各單體的安裝設計與計算。
輸油管道勘察設計概述
輸油管道勘察設計概述
    (3)繪制施工圖。施工圖是發給施工單位組織施工的，必須詳盡至全部工程項目的每一個需要建筑安裝的部分。
    (4)材料、設備明細表與預算。
    (5)和施工單位共同編制的施工技術要求和施工組織設計。
主要參考書
 ①原油管道輸送技術，黃春芳編，中國石化出版社，2003 
③成品油順序輸送最優化，石油工業出版社，1989 
②原油和油品管道的熱力與水力計算，石油工業出版社，1986 
④高粘高凝原油和成品油管道輸送，中譯本，石油工業出版社，1987 
⑤輸油管道工作狀態的調節，石油工業出版社，1989 
⑥原油管道工程，曲慎揚編，石油工業出版社，1991 
⑦含蠟原油流變性及管道輸送，羅唐湖編，石油工業出版社，1991
⑧輸油管道規程匯編，中國石化管道儲運公司，中國石化出版社，2003 
                ①油氣儲運 
                ②油氣田地面工程  
                ④journal of pipeline 
                ⑤Oil &amp;amp; Gas Journal 
                ⑥Pipeline Industry
                ⑦Pipes and pipelines Internalional 
雜志
烏魯木齊-蘭州原油管道
魏荊線
花格線
馬惠寧線
魯寧線
甬滬寧線
東黃線
阿賽線
慶鐵線
鐵大線
鐵秦線
秦京線
中洛線
克烏線
克獨線
庫鄯線
輪庫線
湛茂線
惠廣線
全國油氣管道分布圖
在東北和華北地區，先后建成了慶鐵線、鐵大線、鐵秦線、秦京線、鐵扶線、撫鞍線和任京線，形成了規模較大的東北管網，擔負了大慶油田、遼河油田、華北油田的原油外輸任務。
在華東華北地區，先后建成了魯寧線、濮臨線、滄臨線、中洛線、東臨線、東黃線、東黃復線、東辛線、臨濟線、甬滬寧進口原油管道，形成了規模較大的華東原油管網，擔負了勝利油田、中原油田的原油外輸任務和沿江煉廠的供油任務。另外，已經停止運行的任滄線實際上已將東北和華東兩大管網連為一體。
在華中地區，魏荊線擔負了河南油田的原油外輸任務。在華南地區，湛茂線擔負了茂名石化的供油任務；惠州-廣州線擔負了廣州石化的供油任務。
在西北地區，克獨線、克烏線擔負了克拉瑪依油田的原油外輸任務；花格線擔負了青海油田的原油外輸任務；馬惠寧線、靖咸線擔負了長慶油田的原油外輸任務；庫鄯線和輪庫線擔負了塔里木油田的原油外輸任務，在內蒙境內阿賽線擔負了二連油田的原油外輸任務。另外，中哈原油管道（哈薩克斯坦-烏魯木齊）和西部原油管道已建成投產（烏魯木齊-蘭州），形成了我國最長的西部原油管網。
格拉線
蘭成俞管道
茂名-昆明成品油管道
寧波蕭山管道
撫順-營口管道
全國油氣管道分布圖(成品油管道)
北塘線
撫順-鄭州管道
蘭州-鄭州-長沙管道
烏魯木齊-蘭州成品油管道
魯皖管道
格拉線
蘭成俞管道
茂名-昆明成品油管道
西氣東輸管道
陜京輸氣管道
魏荊線
花格線
馬惠寧線
四川油田管網
魯寧線
甬滬寧線
東黃線
阿賽線
慶鐵線
鐵大線
鐵秦線
秦京線
中洛線
克烏線
克獨線
庫鄯線
輪庫線
湛茂線
惠廣線
寧波蕭山管道
撫順營口管道
全國油氣管道分布圖
海南香港線
澀北西寧蘭州氣管線
北塘線
安平濟南青島
川氣東送管道
烏魯木齊-蘭州成品油管道
烏魯木齊-蘭州原油管道

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