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油气管道输送

/oil and gas pipeline transportation/
最后更新 2024-01-06
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使用管道输送石油、石油产品、天然气等流体介质的运输方式。

英文名称
oil and gas pipeline transportation
所属学科
石油与天然气工程

管道运输现已形成独立的技术门类和工业体系,它同铁路运输、公路运输、水路运输、航空运输并列为五种主要运输方式。管道所输送的货物主要是油品(原油和成品油)、天然气(包括油田伴生气)、煤浆以及其他矿浆。

管道运输是随石油开发而兴起的,并随着石油、天然气等流体燃料需求量的增长而发展。各国主要利用管道进行国内和国际间的流体燃料运输,有不少国家在国内已建成油、气管道网。大型国际管道已横跨北美、北欧、东欧乃至跨越地中海连接欧、非两大陆。年输送原油量亿吨以上和天然气百亿立方米以上的大型管道相继建成,对加速流体燃料运输起着重要作用。20世纪70年代固体料浆管道的问世,给大量运输煤炭、铁矿粉、铜矿粉等开辟了新途径,为管道运输开创了新领域,管道运输的发展方兴未艾,但油气管道仍然是管道运输的最主要流体介质。

中国是最早使用管子输送流体的国家。约在公元前200年,中国人就用竹子输送卤水。现代管道运输始于19世纪中叶。1863~1865年开始试用铸铁管修建输油管道。1865年10月,美国人S.V.锡克尔用管径50毫米、长4.6米搭焊的熟铁管修建了一条全长9756米的管道,由美国宾夕法尼亚州皮特霍尔铺至米勒油区铁路车站,沿线设3台泵,每小时输送原油13立方米。1880~1893年相继出现管径100毫米的原油、成品油及天然气管道。这是管道运输的创始阶段,管材、管子连接技术、增压设备和施工专用机械等方面还存在许多问题有待解决。1895年,生产出质地较好的钢管。1911年,输气管道的钢管连接采用了乙炔焊焊接技术。1928年,用电弧焊代替了乙炔焊,并生产出无缝钢管和高强度钢管。至此,管子及其连接技术得到初步解决。

最初油、气管道的增压设备都是以蒸汽为动力直接驱动。19世纪90年代初出现了内燃机,逐渐取代了蒸汽机。1920年由电动机直接驱动的高转速离心泵开始用于管道,缩小了设备的体积,提高了管道输送效率。1949年开始用燃气轮机驱动离心式压缩机。从此,柴油机、燃气轮机和电动机因各具优点,一直并存应用于管道运输。

第二次世界大战期间,美国修建了两条当时管径最大、距离最长的管道。一条是原油管道,管径600毫米,连同支线全长2158千米,从得克萨斯州的朗维尤到宾夕法尼亚州的菲尼克斯维尔,日输原油47770立方米;另一条是成品油管道,管径500毫米,起于得克萨斯州的博蒙特,止于新泽西州的林登,干线及两端支线总长2745千米,日输成品油37420立方米。这两条管道全线各泵站均采用电动离心泵,并设有程序启停和输量调节设施。它们的建成,标志着管道技术有了很大的发展。20世纪50年代,石油开发迅速发展,各产油国开始大量兴建油、气管道。

20世纪70年代以来,随着现代科学和工程技术的发展,以及世界对天然气需求量的日益增加,促使管道朝着大口径、高压力方向发展,管道运输技术又有了较大提高,大型管道相继建成,输送距离也越来越长,出现了规模巨大的管网系统。1972年建成苏联至东欧五国的“友谊”输油管道,管径为1220毫米和820毫米,全系统总长9739千米,年输原油1亿吨。1977年建成纵贯美国阿拉斯加州南北、穿过北极圈的原油管道,管径1200毫米,全长1280千米,设计年输原油1.2亿吨。1963年开始投产,后又不断扩建的美国科洛尼尔成品油管道系统,全长8413千米。苏联1982年完成的乌连戈伊至彼得罗夫斯克的大型输气管道,管径1420毫米,全长2713千米。横贯加拿大输气管道的管径500~1000毫米,全长8500千米。中东国家的管道运输也在迅速发展,如沙特阿拉伯的东西石油管道,管径1220毫米,全长1195千米。

1974年全世界约有74万千米输气管道,其中美国为42.3万千米,苏联为9万千米,欧洲经济共同体为8.4万千米。到1983年,世界输气管道总长增加到91.34万千米。长距离输气管道普遍采用压气机增压输送。1977年全世界约有2700座管道压气站投入运行,总装机功率为2200万千瓦。到1983年则增加到3053万千瓦。输气管道在管材选用、提高输送效率、实现全线自动化等方面的技术也在迅速发展中。管材广泛采用X-60低合金钢(强度极限42千克力/厘米2,并开始采用X-70、X-80等更高强度的材料。为降低管道内的摩擦阻力,426毫米以上的新钢管已普遍采用内涂层。

21世纪初,世界各类管道总长超过200万千米,输油管道的最大管径为1219毫米,输气管道的最大管径为1422毫米。随着海洋油气田的开发,海洋管道逐渐由浅海走向深海。

中国1958年在新疆建成从克拉玛依到独山子的第一条原油管道,全长147千米。1963年在四川建成了第一条长距离的输气管道,将四川南部的天然气输送到四川的重庆市,总长54.7千米。截至2015年,中国已建成原油管道27000千米,成品油管道21000千米,天然气主干管道64000千米。

运输管道常按所输送的介质不同而分为原油管道、成品油管道、天然气管道。①原油管道。用管道输送原油,要针对所输原油的物性采用不同的输送工艺。原油运输是自油田将原油输给炼油厂,或输送到转运它的港口或铁路枢纽,或两者兼而有之。其特点是输量大,运距长,收油点和交油点少,故特别适宜用管道输送。世界上约85%以上的原油是用管道输送的。②成品油管道。将炼油厂生产的大宗成品油采用在同一条管道中按一定顺序输送多种油品的工艺,将其输送到各大城镇附近的成品油库,然后用油罐汽车转运给城镇的加油站或用户。其特点是批量多,交油点多,因此沿线管径多有变化,并且由于交油点多,成品油管道多为管网状。③天然气管道。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。

油气管道输送是通过泵、压缩机等增压设备增压后,克服流体介质在管道内的阻力,使之通过管道流向目的地。管道运输的特点包括:①运量大,一条管径1219毫米的输油管道,年输量可达1亿吨以上。一条管径1219毫米、设计压力12兆帕的管道,可年输天然气300亿~400亿标方以上。②管道多埋于地下,永久占用土地少;管道穿过各种地段,易选取捷径,缩短运距。③受恶劣气候条件的影响较小,可以长期稳定运行。④便于管理,易于远程监控;维修量小,劳动生产率高。⑤易燃的油、气密闭于管道中,既可减少挥发损耗,又较其他运输方式安全。⑥耗能低。⑦运费低。⑧沿途无噪声。⑨漏失污染少。⑩适于定点、量大、单向的流体运输。但管道运输不如其他运输方式灵活,承运的货物比较单一,货源减少时不能改变路线;当输量降低较多并超出其合理运行范围时,优越性则难以发挥。

至2007年底,中国输油管道事业的发展已有48年的历史。原油管道的建设始于1958年克拉玛依—独山子的原油管道,全长147千米,管径159毫米。成品油管道的建设始于1972年的格尔木—拉萨成品油管道。

东北“八三”工程是中国大规模开展输油管道建设的标志。伴随着大庆、辽河、华北和胜利等大型油田的建设,20世纪70年代建成了连接东北、华北和华东地区的东部输油管网,总长约3000千米,除了向沿线各大炼油厂供油外,还通过大连、秦皇岛、黄岛和仪征等水运港口,向南方各炼油厂供油,并向国外出口;到90年代末,随着新疆、塔里木、吐哈、青海和长庆等西部油田的开发,建成了西部连接油田和加工企业的输油管道。同时,中国输油管道建设发展迅速,技术水平大大提高。如已经投运的库—鄯、东—黄复线原油管道已达到当代世界先进水平。

中国原油由于多属石蜡基原油,含蜡量大,黏度和凝固点都较高,因此基本上采用加热输送的方法。进入21世纪,输油管道建设又有新的飞跃发展。随着中国东部、西部油气田的进一步开发和国外油气资源的引入,中国的输油管道建设进入新的发展高潮。2002年建成兰成渝成品油管道,2005年建成从哈萨克斯坦境内的阿塔苏到中国新疆独山子的第一条跨国长距离输油管道,2006年建成西部原油、成品油管道,共同组成西油东送的战略通道,把新疆、甘肃境内的输油管道与东部、西南地区的输油管道及石油化工企业连接起来,形成西部输油管网,实现西部资源与东部市场的对接。

中石化系统建设了大西南、珠三角成品油管道,缓解了珠三角及西南地区油品供应的紧张局面。在长三角地区,建设了甬(宁波)—沪(上海)—宁(南京)沿海原油管道和仪(征)—长(岭)沿江原油管道,把国外的原油资源与石化企业连接起来,结束了28年来长江沿江六大炼油厂原油从长江转运的历史,填补了中国长江以南地区没有原油管道的空白,使华东地区原油管道网与华北、东北地区管网连为一体。

“十二五”期间,为满足中国经济高速发展的需要,输油管道作为连接资源与市场的纽带得到长足的发展。原油管道的建设主要围绕进口俄罗斯原油、哈萨克斯坦原油、沿海进口原油及国内油田生产情况,改扩建和新建相应的输油管道。建设了中俄原油管道、大庆—锦州、独山子—鄯善、兰州—成都、石空—兰州、河间—石家庄、日照—仪征等管道工程,建设原油管道约4000千米。

成品油管道也得到极大的发展,主要建设兰州—郑州—长沙、锦州—郑州成品油干线管道、云南成品油管道及华北、长三角、东南沿海和沿江地区的成品油管道,新建成品油管道约10000千米,每年新增输油能力约8400万吨。

中国输油管道设计全线采用以计算机为核心的全线数据采集和监视控制系统(SCADA)及模拟仿真系统,实现管道系统的全部自动化,中国输油管道的建设速度和技术水平已步入世界先进行列。

中国的现代天然气管道工业多集中在天然气主要产地四川省。1963年建成了第一条巴渝输气管道,管径为426毫米,全长54.7千米。到1983年,已建成从川东经重庆、泸州、威远至成都、德阳等地,沟通四川全省的输气管网,管径426~720毫米,全长2200多千米,设有集配气站178座,年输量50亿~60亿立方米。此外,在大庆、胜利、华北等油田还建有向石油化工厂输送伴生气的管道。

以西气东输管道工程(一、二、三线)、陕京输气管道工程(一、二、三、四线)、中贵天然气管道工程、中缅天然气管道工程等为代表的输气管道建设,快速提升了中国输气管道设计、施工技术和运行管理水平,同时带动了中国冶金、制管、材料及设备制造等相关产业的迅速发展,使输气管道建设总体接近或达到国外天然气管道建设的先进水平。

到2015年底,中国已建成输气管道约64000千米,基本形成了全国输气管道干线网络。未来10年,中国还将建设天然气管道30000千米。

伴随着中国油气消费量和进口量的增长,油气管网规模不断扩大,建设和运营水平大幅提升,基本适应经济社会发展对生产消费、资源输送的要求。①基础设施网络基本成型。西部、漠河—大庆、日照—仪征—长岭、宁波—上海—南京等原油管道,兰州—郑州—长沙、兰州—成都—重庆、鲁皖、西部、西南成品油管道,以及西气东输、陕京线、川气东送、中缅天然气管道等一批长距离、大输量的主干管道陆续建成,联络线和区域网络不断完善。②资源进口通道初步形成。西北、东北、西南方向以及沿海地区四大能源通道建设,有效地保障了中国的油气供应安全。③管道输送规模不断提高。2015年,中国一次运输中原油管道运量达5亿吨,约占原油加工量的95%;成品油管道运量达到1.4亿吨,约占成品油消费量的45%。天然气管道覆盖率不断提高,用气人口从2010年的1.9亿人增加到2015年的2.9亿人。管道和铁路、水路、公路等交通方式分工合作、相互补充,共同形成中国油气运输体系。④油气储备及应急调峰体系初步建成。国家原油储备建设顺利推进,石油商业储备达到一定规模,形成多层次的石油储备体系。地下储气库工作气量达76亿立方米,沿海LNG(液化天然气)接收站储罐容量达到680万立方米,有效保障了重点城市和区域天然气的应急调峰。全国油气管网衔接储运、服务产销的格局初步形成。⑤管道技术装备达到国际先进水平。管道建设中新工艺、新材料、新技术、新设备不断涌现,运营调度中数据采集与监视控制系统(SCADA)系统和现代通信技术广泛应用,智能化、网络化水平大幅提升。大口径、高压力管道设计施工和装备制造技术日趋成熟,高钢级管材、自动焊装备、大型压缩机等主要材料、关键设备自主化水平不断提高。

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