长距离输油管道系统
输油管道系统的组成与分类
输油管道系统的组成与分类输油站长距离的输油管道由输油站和管线两个大部分组成。
管道的起点是一个输油站，通称为“首站”，油品或原油在首站被收集后，经过计量后，再由首站提供动力向下游管线输送。
首站一般布设有储油罐、输油泵和油品计量装置，若所输油品因粘度高需要加热，则亦设有加热系统。
输油泵提供动力使得油品可以沿管线向终点或下一级输油站运动，一般情况下，由于距离长，油品在运输过程中的能量损失明显，需要多级输油站提供动力，直至将油品输送至终点。
终点的输油站通称“末站”，主要是负责收集上游管线输送而来的物料，因此也较多配有储罐和计量系统。
管线长距离的输油管道系统的管线部分主要由以下设备组成：管道本身主体；沿线的阀门及其控制系统；通过河流、公路、山地的穿越设施；阴极保护装置以及简易道路、通讯系统、工作人员的住所等。
长距离的输油管线由钢管焊接而成，管外包裹有绝缘层物质以防止土壤中的腐蚀性化学成分对管线本体造成侵蚀，管线本体内部还可内涂防腐材料以减少输送的油品本身对管线的腐蚀和提高管线管线的光滑度以加大运输量。
每隔一定的距离或跨越大型障碍物时，管线都设有阀门，用以发生事故时阻断物料，以防止事故的扩大及方便维修设备。
通讯设备是用于输油管道的输转调度的重要指挥工具，随着通讯卫星和自动化技术的发展，相关技术已经大量运用于油品的管道输送中。
输油管道有数种不同的分类方法，可以按照管道设计压力、管道侧材质、管道的输送距离、管道所输送的物料等方式进行分类：∙按设计压力分类管道可以分为“真空管道”，即一般表压低于0，如泵的进口管道；“低压管道”，即一般表压在0到1.6Mpa之间的管道，油库的输油管道一般较多采用此类；中、高压和超高压管道，中压管道一般指表压在1.6到10MPa之间的管道，高压管道一般指表压在10到100MPa之间的管道，超高压管道则是表压超过100MPa 的管道，一般油田的油井出口大多为超高压管道；[8]∙按管道材质分类可以分为金属管道和非金属管道，金属管道应用于大部分石油输送工艺，非金属管道多用于卸油码头和汽车供油设施（如：加油站）；∙此外，依据管道的使用情况还可以分为短距离管道和长距离管道以及原油管道和成品油管道等。
输油管道
长距离输油管道组成：输油站、线路和辅助设施。
首战、末站和中间站统称为输油站。
任务：收集原油和石油产品，经加压、计量后向下一站输送热泵站：加热站和输油泵站设在一起称。
长距离输气管道系统组成：全线、站场、就地三级控制组成长距离输油管道的分类（1）油品：原油管道和成品油管道（2）运输：公路运输、铁路运输和水运。
大型输油管道的设计一般分为三个阶段：1.可行性研究2.初步设计3.施工图设计我国《输油管道工程设计规范》规定的流态划分标准是：层流：Re≤2000过渡流：2000<Re≤3000紊流光滑区：3000<Re≤Re1（简称光滑区）紊流混合摩擦区：Re1<Re≤Re2（简称混摩区）紊流粗糙区：Re>Re2（简称粗糙区）长距离输油管的运输特点：1）运输量大、能耗小、运费低。
2）管道大部分埋于地下，占地少，可以缩短运输距离，无噪声，油气损耗小，污染小，密闭安全。
3）适于大量、单向、定点运输石油及其产品，便于管理，易于实现远程集中控制，劳动生产率高。
等温输油管道：指那些在输送过程中油温保持不变的管道。
所谓等温，只是一种近似，原因：1）来油温度不等于地温2）摩擦热加热油流3）沿线地温不等于常数。
在工程实际中，一般总把那些不建设专门的加热设施的管道统称为等温输油管道管道的工艺计算要解决沿线管道内流体的能量消耗和能量供应这对矛盾。
对于等温输油管道不需要考虑热损失，只需考虑泵所提供的能量与消耗在摩阻和高差上的能量相匹配，并根据泵站提供的压力能与管道所需压力能平衡的原则进行工艺计算。
长输管道系统用离心泵优点：具有排量大、扬程高、流量调节方便、运行可靠等优点离心泵的型式有两种：1.多级（高压）泵:排量较小,又称为并联泵；2.单级（低压）泵:排量大，扬程低，又称为串联泵。
管道工艺设计的任务：根据设计委托书或设计任务书规定的输送油品的性质、输量及线路情况，工艺计算来确定管道的总体方案的主要参数：管径、泵站数及其位置等。
长距离管道输送基本知识
油气管道输送的发展概况
世界第一条输油管道 ：1865年10月美国修 建了世界上的第一条输油管道,该管道直径 为50 ㎜,长9.7Km输送能力为二万吨/年.
世界第一条工业输气管道 ：1886年美国建 设了世界第一条工业规模输气管道,该管道 从宾夕法尼亚州的凯恩到纽约州的布法罗, 全长140 ㎞,管径为200 ㎜ .
半年后,又建成了从得克萨斯到新泽西的成品油管道,管道直径500 ㎜,长2700多千 米,输量为1300×104t/a.同时还铺设了一条从美国西南部的东海岸的输气管道,该管 道直径为600 ㎜,长为2000多千米.
水底输油管道的建设,在第二次时间大战期间也得到了发展.苏联军队为了列宁格勒 保卫战的需要,于1942年5月在拉多加湖铺设了一条湖底秘密管道.其管径为100 ㎜, 总长35 ㎞水下27 ㎞.该管道从1942年6月至1943年3月,秘密输送油料4700多吨, 为列宁格勒保卫战的胜利做出了贡献.
油品名称
原油、汽油、溶剂油、煤油 苯
甲苯、二甲苯
最大允许浓度毫克/升
0.3 0.1 0.1
我国主要原油的性质
称 原油性质
油田名
密度克/厘米3ρ20
运动粘度50℃米2／秒
闪点开口℃ 含蜡量％吸咐法
胶 质％
沥青质％ 含 硫％ 含 氮％
大庆 1986年10月
0.8618 2.4×10-5
30.20
9.78
原油输送方式
公路（目前以配送 成品油、LNG LPG为主）
海（水）路 （国际贸易）
管道
油田、炼厂等短 长距离、大口径、
距离、小口径管道
高压力管道
长输管道优点
长距离：可达数千公里 直径大：1000mm以上 输量大：可达千万吨以上 能耗低 便于管理,易实现自动化 埋地铺设不受地形地物影响,缩短运输距离 封闭安全,不受自然因素影响 长期稳定输送
长距离输油管道系统
达90%。串联泵的特点是：扬程低、排量大、叶轮直径小、
流通面积大，故泵内轮阻损失小，效率高。
从管特性和地形方面考虑:
对于地形平坦的地区或下坡段，站间管道较长，管路特
性较陡，泵所提供的能量主要用于克服摩阻损失，大幅度
调整输量时，串联泵站节流损失可能会小一些。
*
二、 输油管道的压能损失
*
（一）管路的压降计算
*
道纵断面图：在直角坐标上表示管道长度与沿线高程变化的图形
01
横坐标：表示管路的实际长度，即管路的里程，常用比例为1：10 000到1：100 000。
02
纵坐标：表示管路的海拔高度，即管路的高程，常用比例为1：500到1：1000。
03
管道的水力坡降线是管内流体的能量压头（忽略动能压头）沿管道长度的变化曲线。
不同流态下得A、m、β值
*
流态
A
m
β
层流
64
1
4.15
紊 流
水力光滑区
0.3164
0.25
0.0246
混合摩擦区
0.123
0.0802A
粗糙区
λ
0
0.0826λ
*
（四）管路的水力坡降
*
定义：管道单位长度上的摩阻损失称为水力坡降。用 i 表示：
或
等温输油管的干线水力坡降
水力坡降与管道长度无关，只随流量、粘度、管径和流态不同而不同
输油管道工艺计算的目的：
2.确定管径、泵型号、泵机组数、泵站数和加热站数及沿线站场位置的最优组合方案，并为管道采用的控制和保护措施提供设计参数。
1.妥善解决沿线管内流体的能量消耗和能量供应这对主要矛盾。
什么叫等温输油管道 ？
油气集输管道漫谈——长距离输油管道
油气集输管道漫谈——长距离输油管道输油管道可以划分为两大类：一类是企业内部的输油管道，例如油田内部连接油井与计量站、联合站的集输管道，炼油厂及油库内部的管道等，其长度一般较短，不是独立的经营系统；另一类是长距离的输油管道，例如将油田的合格原油输送至炼油厂、码头或铁路转运站的管道，其管径一般较大，有各种辅助配套工程，是独立经营的系统，这类输油管道也称干线输油管道。
按照所输送介质的种类，输油管道又可分为原油管道和成品油管道。
1.长距离输油管道的组成长距离输油管道由输油站与线路两大部分组成。
输油站主要是给油品增压、加热。
管道起点的输油站称首站，接收来自油田、炼油厂或港口的油品，并经计量输向下一站。
在输送过程中由于摩擦、地形高低等原因，油品压力不断下降，因此在长距离管道中途需要设置中间输油泵站给油品加压。
对于加热输送的管道，油品在输送过程中温度逐渐下降，需要中间加热站给油品升温。
输油泵站与加热站设在一起的称热泵站。
管道终点的输油站称末站，接收管道来油，向炼油厂或铁路、水路转运。
末站设有较多的油罐以及准确的计量系统。
长距离输油管道的线路部分包括管道本身，沿线阀室，通过河流、公路、山谷的穿（跨）越构筑物，阴极保护设施，通讯与自控线路等。
长距离输油管道由钢管焊接而成，一般采用埋地敷设。
为了防止土壤对钢管的腐蚀，管外都包有防腐绝缘层，并采用电法保护措施。
长距离输油管道和大型穿（跨）构筑物两端每隔一段距离设有截断阀室，一旦发生事故可以及时截断管内油品，防止事故扩大并便于抢修。
通讯系统是长距离输油管道的重要设施，用于全线生产调度及系统监控信息的传输。
主要的通讯方式有微波、光纤和卫星通讯等。
2.长距离输油管道的特点与油品的铁路、公路、水路运输相比，管道运输有以下的优点：（1）运量大。
（2）运费低、能耗少，且口径越大，单位运费越低。
（3）输油管道一般埋设在地下，比较安全可靠，且受环境、气候影响小，对环境的污染小，其运输油品的损耗率比铁路、公路、水路运输都低。
第三章 长距离输油管道
泵站特性曲线
A
管路特性曲线 QA Q
35
1、一个泵站的管道
由断面1-1到2-2列能量方程有：
Hs Hc hc hL ( Z2 Z1 )
式中：
△HS－泵的吸入压力，为常数 HC －泵站扬程 hc －站内损失 hL －沿程摩阻 1 2 2
1
36
Z2-Z1－起终点计算高差
即：
Hc A BQ
42
（一）设计参数
1.计算温度
以管道埋深处全年平均地温作为计算温度
2.油品密度
t 20 (t 20)
1.825 0.001315 20
式中： ρt、ρ0为t℃和20℃时的密度
43
3. 油品粘度
油品粘度一般用粘温指数公式计算：
t 0e t、 0 , 分别为 t 式中：
Q q1 q2 .....qn
17
设有n1台型号相同的泵并联，即 q Q / n1
Hc
Q a b n 1
2m
a
b n12 m
Q2 m
输油泵站的工作特性H=A-BQ2-m 则：
A= a
B
1 n
2m 1
b
18
q1 Q q2 Hc
19
管道的水力坡降线是管内流体的能量压头（忽略动能压头） 沿管道长度的变化曲线。
等温输油管道的水力坡降线是斜率为 i 的直线
46
f 摩阻 损失 Hd 动水 压力
c hL b L i e a g x
47
d
（二）翻越点和计算长度
F Hf H
Lf
49
根据能量平衡，将输量为Q的液体输送到终点所需能量为：
油气储运概论第三章长距离输油管道
五、热油管道的摩阻计算
1、热油管道摩阻计算的特点
由于沿线油温不断变化，粘度也不断变化，单
位长度摩阻也再变化。水力坡降线的斜率也在
变化（增大）；
计算方法为加热站间平均温度法和分段取粘度 平均值法； 加热站与泵站尽可能合并在一起。
2、热油管道摩阻计算方法
（1）分段计算法
热油管道投油：把油品输入经过试运后的管道
投油的方式有两种：冷管直接投油，预热后再
投油。
周围环境温度比较高、油的粘度和凝固点又较 低、管道距离较短时可以采用冷管直接投油。 多数情况是预热后再投油。
投油后管道内是水油顺序输送，在末站存在油
水切割与处理问题。
八、热油管道的停输与再启动
计划检修、事故抢修和间歇输送。
也可以在后一种油品开始进入管路时加一部分
颜色，用比色法测定浓度。此种方法精确度较 差。
四、混油段在管道终点的切割
在顺序输送时，油品到达管道终点须将混油切 割出来。需要知道在何时将A油切换到A油罐，
何时将混油段切换到混油罐，以及何时将B油
切换到B油罐。
操作要根据—种油品中允许混入另一种油品的 浓度来进行。
பைடு நூலகம்
将加热站间分成若干小段，每小段温降不超过2º C；
求每小段平均温度；
由平均温度求相应的粘度；
计算各小段的摩阻；
计算整个加热站间摩阻。
（2）站间平均温度法 适用于流态为湍流，进出口粘度相差不到一倍。
计算加热站间油流的平均温度；
确定油品粘度；
计算站间摩阻。
长距离输送管道工程施工
加热炉区工艺
罐区工艺
一、长距离输送管道概述
油气管道系统：
管道线路工程：包括一般地段管道敷设、特殊地段的管道敷设（丘陵、 山区、沙漠、湿地）、穿跨越（河流、公路、铁路、沟渠等）、阀室、
阴极保护、线路附属工程（水工、里程桩、标志桩、转交桩）；
站场工程：包括土建、工艺、道路、给排水、消防、暖通加热炉等； 电力系统：包括外电和厂区配电；
线路安装工程 长输管道施工主要内容 穿跨越工程 线路土建工程
线路附属工程
二、施工内容及施工工序
施工准备 测量放线 线路交桩 施工便道修筑 作业带扫线 土石方管沟开挖
防腐管运输
布管
现场坡口加工Biblioteka 组对焊接焊道检测及返修
管道就位 补口补伤 电火花检漏 光缆施工 地貌恢复 清管、测径、试压、干 燥、置换
水工保护及附属 工程施工
施工方法相比，工效可以提高40％。分为人工挖土方及机械挖土方。在
长输管道工程中，采用的土石方开挖一般方式为机械开挖。人工挖土方： 施工现场机械无法施工及遇到有地下电缆、光缆、管道等地下设施的地 段，地下设施前后1.5m范围内的沟槽采用人工开挖。 管沟边坡坡度应根据土壤类别、载荷情况和管沟开挖深度确定。深度
风动式空压机，也不能提供电源，采用电动凿岩设备，可采用手持
式燃气凿岩机钻孔。 2、施工中，在平缓地带，可多人同时钻孔，在陡峭地段，则宜从 山上往下进行钻孔施工，且不宜立体作业，避免松动岩石下塌伤人。 3、对于炮孔的间距，按照有关公式计算确定，炮孔装药量的计算， 根据炮孔的布置、爆破形式、地形、类等诸多因素确定。
一、长距离输送管道概述
SCADA系统主要由调度控制中心和后备控制中心的计
算机系统CDS、站控制系统SCS(DCS)、远程终端装置
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? 之和，H c=
Hi 。
设有n 2 台型号相同的泵串联，则：
Hc ? n2H ? n2a ? n2bQ2 ? m
A ? n2a，B ? n2b
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3. 串、并联泵机组数的确定 选择泵机组数的原则 主要有四条：
①满足输量要求； ②充分利用管路的承压能力； ③泵在高效区工作； ④泵的台数符合规范要求（不超过四台）。
（5 ）改变油品的粘度
泵样本是输送200C清水的特性。一般当粘度大于 60×10-6m2/s时，泵的H-Q 特性要进行换算。
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（二） 输油泵站的工作特性
输油泵站的工作特性是指泵站输出的流量Q与压头
H之间变化关系，可用H=f(Q)表示, 即:H=A-BQ 2-m
离心泵的操作方式有串联和并联两种。
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第三章 长距离输油管道
主要内容
? 第一节 概述 ? 第二节 等温输油管道的工艺设计 ? 第三节 热油输送管道的工艺计算 ? 第四节 顺序输送 ? 第五节 输油站 ? 第六节 易凝高粘原油输送工艺
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2
第一节 概述
一、输油管道的分类
经营方式
企业内部输油管道 长距离输油管道
油井
计量站
联合站
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2、改变泵特性的方法
（1 ）切削叶轮
H
?
a????
D D0
2
? ?? ?
?
b????
D D0
m
? ?? ?
Q
2?
m
式中： D0、D－变化前后的叶轮直径 , mm
a、b—与叶轮直径D0 对应的泵特性方程中的两个常系数。
离心泵叶轮的允许切割量
泵的比转数ns
60
120
200
300
500
1 、并联泵站的工作特性
并联泵站的特点 ：
泵站的流量等于正在运行的输油泵的流量之和，每台泵 的扬程均等于泵站的扬程。即：
H c ? A ? BQ 2 ? m ? a ? bq2 ? m
Q ? q1 ? q2 ? .....qn
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2、串联泵站的工作特性
串联泵站的特点：
各泵流量相等，q= Q，泵站扬程等于各泵扬程
(D0-D)/D0
0.20
0.15
0.11
0.09
0.07
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（2 ）改变泵的转速
2
mH?Fra biblioteka????
n n0
????
?
b????
n n0
????
q2? m
式中： n－调速后泵的转速，r/min ； n0－调速前泵的转速，r/min ； a,b－与转速n0 对应的泵特性方程中的两个常系数。
3、埋地管道受气候环境因素影响小，安全可靠； 密闭运输，损耗率低。
4、建设投资小，占地面积小。
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管道运输的局限性
◆适用于大量、单向、定点运输，不如车船灵活。 ◆有一经济、合理的输送量范围； ◆有极限输量 的限制。最大输量受泵和管道限制；
对于 加热管道 ，最小输量受加热设备的限制，输量 减小、温降加快，当输量小到一定时，在下一站之 前油品温度将降至安全极限。
转油站
矿场油气集输系统
原油管道
成品油管道
炼油厂
用户
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长输管道
矿场油库
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油品种类
原油管道 成品油管道
? 长距离成品油管道一般采用多种油品在管道输 送中“顺序输送 ”的方式运行
是否加热
常温（等温）输送管道 加热输送管道
? 汽、煤、柴油等成品油以及低凝低粘轻质原油 的输送一般不需加热；
? 易凝高粘原油或重质燃料油需加热输送。
? 由于离心泵具有排量大、扬程高、效率高、流量调节 方便、运行可靠等优点，在长输管道上得到广泛应用。
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（一） 离心泵的工作特性
1 、 离心泵的特性方程
泵的扬程与排量的变化关系称为 泵的工作特性，H-Q
对于电动离心泵机组，目前原动机普遍采用异步 电动机，转速为常数。因此H=f(q) ，扬程是流量的单 值函数，一般可用二次抛物线方程H=a-bQ 2表示。
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二、长距离输油管道的组成
◆输油站 首站
中间站 末站
◆线路
加热站 输油泵站
输油站功能：
加压 加热 计量（首、末站）
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三、长距离输油管道的特点
与公路、铁路、水路运输相比，管道运输的 优 点为：
1、运输量大
连续运行
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2、运费低、能耗小
原苏联管线运价约为铁路的1/2，美国约为铁路的1/7-1/10 ， 我国目前基本与铁路持平。(基于合理输量)
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四、油品管道输送方式
? 等温输送
? 加热输送
? 加剂输送（添加降凝剂、减阻剂）
? 成品油顺序输送
原油改性输送
原油热处理输送
其它输送方式
原油液环输送
原油磁处理输送
原油稀释输送
原油伴热保温输送
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第二节 等温输油管道的工艺设计
输油管道工艺计算的目的：
1.妥善解决沿线管内流体的能量消耗和能量供应这对主要矛盾。
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一、 输油泵站的工作特性
? 输油泵站的任务就是不断向管道输入油品，并给油流 提供一定的压力能，以便维持管内流动。
? 泵站工作特性就是泵站输出的流量Q与压头H之间变 化关系H=f(Q) ，也就是泵机组的联合工作特性。
? 单台泵机组的工作特性取决于泵的类型和规格，还与 原动机的类型相关。
调速措施： 改变电动机转速；
原动机与泵之间的调速器（如液力耦合器）
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（3 ）进口负压调节
泵进口在负压下运行,泵特性曲线降低； 一般只用于小型离心泵，大型离心泵一般要求正压进泵。
（4 ）多级泵拆级
多级泵的扬程与级数成正比，拆级后，泵的扬程按比 例降低。但级数不能拆得太多，否则，泵的效率会降低。
对于长输管道，为便于工艺计算，离心泵特性常采 用H=a-bQ 2-m的形式，其中a、b为常数，m与流态有关; Q为单泵排量。
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特性曲线
（1）工作特性：Q↑→H↓ （2）效率特性：
最高量左右7％区域为 高效区 （3）功率特性：
N ? QH? g 1000?
H,N,η%
η
N
H
Q
图2-1 离心泵特性曲线
2.确定管径、泵型号、泵机组数、泵站数和加热站数及沿线站场 位置的最优组合方案，并为管道采用的控制和保护措施提供设 计参数。
什么叫等温输油管道 ？
输送轻质成品油或低凝点原油的长输管道， 沿线不需要加热， 油品从首站进入管道，经过一定距离后，管内油温就会等于 管道埋深处的地温，故称为等温输油管道。
油温=地温=常数。