原油管道基础知识

原油管道基础知识管道运输是一种经济、安全、有效的运输方式，自1865年美国建成第一条输油管道以来，已经有一百多年的历史。

近几十年来，管道运输在世界范围内有了飞速发展，目前干线管道总长度已超过280万千米。

管道运输是原油和成品油最主要的运输方式，与公路、铁路、水路、航空统称为五大运输行业。

原油管道运输与其它运输方式相比，具有以下优点：①运输量大。

②便于管理，易于实现全面自动化，劳动生产率高。

③能耗少，运费低。

④运输距离短。

⑤安全可靠、能够长期连续稳定运行。

但是管道运输由于自身的特殊性，也有一些不足之处，它适合于定点、量大、单种物质的单向运输，不如公路、铁路和水路运行方式灵活，同时管道一旦建成后，还受最低输量的限制。

一、原油基础知识天然石油即原油，通常是褐色或黑色的，在常温下呈流动或半流动的粘稠液体，它常与天然气并存，由于原油的产地或油层位置的不同，使原油的性质产生了差别。

绝大多数原油的密度在（0.8～0.98）g/cm3之间，相对密度一般都小于1，流动性的差别也很大。

1.1 原油的化学组成及分类原油不导电，熔点和沸点都比较低；不易溶解于水，易燃烧。

绝大多数原油都有很浓的臭味，这是由于原油中含有一些有臭味的硫化物。

通常将含硫化物大于2%的原油称为高硫原油，低于0.5%的称为低硫原油。

介于0.5%～2%之间的称为含硫原油，对于含硫原油的输送必须要考虑它对管线及金属设备的腐蚀情况。

1.1.1原油的组成原油主要是由碳、氢两种元素构成的，其中碳和氢的质量分数分别是85%、12%左右，其余为硫、氮、氧和金属化合物碳和氢在原油中按一定的数量关系，彼此结合成多种不同性质的碳氢化合物，即是烃类化合物。

烃类化合物是原油的主要组成部分，约占原油总量的80％～ 90％。

以上的正构原油中所含的烃类主要有正构及异构烷烃、环烷烃、芳香烃。

原油内C16烷烃称石蜡，其熔点高于环境温度，若管道输送温度过低将析出蜡晶，并在管内壁结蜡。

原油为胶体溶液，常含有胶质、沥青质，还有砂、各种盐类及金属腐蚀产物等。

原油中硫、氮、氧等元素和碳、氢元素形成的含硫、含氮、含氧化合物统称为非烃类化合物。

原油中非烃类化合物可达原油总量的10％～20％。

1.1.2 原油分类根据原油的成分，可把原油分为蜡基、沥青基、混合基三大类，含蜡量高的原油称为蜡基原油。

沥青质、胶质多的称为沥青基原油。

介于两者之间的称为混合基原油。

不同产地的原油，物理化学性质也有差别。

我们目前已开采出来的大多数原油都属于蜡基原油。

习惯将含蜡高、凝固点高、粘度高的原油称为“三高”原油。

图1 原油的分类1.2 原油的理化性质原油的理化性质是评定原油质量，控制原油输送的重要指标，也是输油管道和站库设计的重要依据。

了解和掌握原油的理化性质对于输油生产管理工作具有十分重要的作用，例如，原油在管道输送时是采用等温输送工艺还是加热输送工艺、输油站建筑物的耐火等级、消防要求、输油设备的防腐都取决于原油的理化性质。

1.2.1密度与相对密度密度是衡量原油及油品的质量指标之一。

根据密度可划分油品的等级，从而确定油品的销售价格。

在计算原油的质量时，必须先测出体积和密度，然后计算其质量。

密度是指单位体积物质的质量，原油在20ºC时的密度为原油的标准密度，单位符号为kg／cm3。

温度对原油密度影响很大，温度升高，体积膨胀，密度减小；温度降低，体积收缩，密度增大。

密度通常不用绝对值，而用规范化了的相对值来表示。

1.2.2粘度原油在输送过程中通常处于流动状态，粘度是评价原油流动性能的指标。

在原油输送过程中，粘度的高低决定着流量和摩阻损失的大小，是决定输油管道运行能耗的重要参数之一。

温度对原油的粘度影响很大，温度升高，粘度降低；相反，温度降低，粘度升高。

原油的粘度可用动力粘度和运动粘度表示。

在实际生产中，较多地使用运动粘度。

粘度的表示：动力粘度μp ；运动粘度νt；条件粘度。

温度对粘度有极其重要的影响，随着温度升高，粘度迅速减小，油品温度降低，则粘度迅速增大。

在说明原油或油品的粘度时，必须注明温度条件，否则粘度数据没有意义。

油品粘度随温度变化的性质称为粘温性能。

1.2.3比热容和发热值在不发生相变和化学变化的条件下，加热单位质量的物质时，温度升高1℃所吸收的热量，称为此物质的比热容。

原油的比热容大约是水的0.5倍。

当原油通过加热炉的温升一定时，原油的比热容越大，管道加热炉消耗的燃油越多。

在其他条件相等时，原油的比热容越大，管道输送时管中原油的温降越小。

１kg固体或液体完全燃烧时所放出的总热量，称为该燃料的发热值。

1.2.4导热系数原油或成品油传导热量的能力用导热系数λ来表示，表示在单位时间内，当原油或成品油沿热流方向流动，使导热体两侧的温差变化为1℃时，通过单位长度所传导的热量。

导热系数是进行油品传热计算的重要参数。

1.2.5蜡熔点、析蜡点、凝点原油中的蜡指的是含16个碳原子以上的烃类。

这些在常温下是固体的烃类，在原油中处于溶解状态，随着温度降低，其溶解度降低，会析出一部分晶体，这种从原油中分离出来的固体烃类，在工业上称之为蜡。

结蜡是指在管道内壁上逐渐沉积了某一厚度的石蜡、胶质、凝油、砂和其他机械杂质的混合物。

影响管壁结蜡强度的因素：＊油温的影响：在接近析蜡温度的高温或接近凝点的低温下输送时，管道中的结蜡均较轻微，但在二者中间却有一个结蜡严重的温度区域。

影响管道结蜡多少的主要因素是原油的结蜡高峰温度区范围。

＊油温及管壁温差的影响：结蜡强度随油温壁温差的增大而增强。

＊流速的影响：随着流速的增大，管壁结蜡强度减弱。

＊管壁越粗糙越易结蜡＊原油组成的影响：当含蜡原油中同时含有胶质和沥青质时能加速形成密实的结蜡层；原油中含水率越大，蜡沉积速率降低；原油中含砂或其他机械杂质会使结蜡强度增大。

＊新管道刚开始运行时，结蜡速度最快，随运行时间延长结蜡增加速度逐渐减慢。

相关概念：①蜡熔点蜡从固态变为液态时的温度称为蜡熔点。

②析蜡点原油析蜡点是分析管线结蜡情况，确定原油出站温度和清蜡周期的依据之一。

原油在静止状态下，开始析出固体蜡的温度称为该原油的析蜡点。

不同产地的原油，含蜡量不同，析蜡点也不同。

一般情况下，含蜡量高，蜡熔点高的原油，析蜡点也高。

③凝点在一定条件下，当原油的温度低于析蜡点，蜡晶开始析出，当温度继续降低，析出的蜡晶互相联接，形成网络结构，从而使原油出现凝固现象，丧失流动性时的温度，叫做原油的凝点。

原油的凝固不同于水的凝固，不是简单地由液态转变为固态，而是原油的凝点也是确定原油进出站油温的重要依据之一，当原油的凝点较高时，常取进站油温略高于原油凝点3～5℃。

在特殊情况下，也有取进站油温等于或低于原油凝点，但此时必须做好一切防范措施，防止管线凝管。

原油凝点的高低，主要取决于原油的化学组成和含蜡量，一般含蜡量越多的原油，其凝点也越高。

两种含蜡量相近的原油，其它组分如胶质、沥青质含量的多少，也会影响凝点，一般含沥青质多的原油凝点低。

1.2.6闪点、燃点、自燃点、爆炸极限原油及产品大部分用作燃料，原油及油品又是很容易着火、爆炸的物质，因而研究与它们着火、爆炸、燃烧有关的性质——如闪点、燃点及自燃点，对原油和油品的安全储存、输送、炼制及产品应用有很重要的意义。

①闪点在标准条件下加热油品，油品蒸发出的蒸气与周围空气形成混合物，当油气浓度达到一定量时，以火焰接近，能自行闪火（闪火时间少于5秒）并立即熄灭的最低温度，称为该油品的闪点。

不同原油有不同的闪点，一般在-20～+100℃之间。

闪点是油品的安全性指标，可燃液体的危险等级就是根据闪点划分的。

由于原油的闪点很低，它和汽油一样被列入一级可燃品之列。

②燃点油品在标准条件下被加热到一定温度，逸出的油蒸气与空气形成的混合气，当火焰接近时即发生燃烧，且着火时间不少于5秒钟的最低温度，称为该油品的燃点。

燃点一般比闪点高20 ℃左右。

③自燃点在规定的条件下加热油品，外界无火焰，油品在空气中自行燃烧的最低温度，称为该油品的自燃点。

油品越轻，其沸点越低，则其闪点、燃点越低，但其自燃点却越高。

重质油料比轻质燃料的火灾危险性大。

④爆炸极限当石油蒸气或可燃气体与空气混合，达到一定的浓度时，一旦接触火源，这种混合气体就剧烈燃烧，发生爆炸。

混合气能产生爆炸时，油品蒸气或可燃气在混合气中的最低比例称为爆炸下限。

其最高比例称为爆炸上限。

爆炸上限和爆炸下限间的浓度范围称为石油蒸气或可燃气体的爆炸极限。

1.2.7油品的蒸气压和馏程原油(油品)在输送和储存的过程中，由于蒸发引起各种各样的问题。

如：油品蒸发造成管路气阻以致油品装卸困难，油品中轻组分大量蒸发降低了油品的质量，增加了油品的蒸发损耗。

油品蒸发易引起火灾，同时也会使人头晕、呼吸困难，甚至窒息死亡。

而油品的蒸发性能通常用蒸气压和馏程两个性质来表示。

①蒸气压油品蒸气压是衡量其挥发性的重要指标。

在同一温度下，油品的蒸气与液相成平衡状态时所产生的压力，称为该油品的蒸气压。

同一温度下蒸气压高的液体比蒸气压低的液体更容易气化。

②馏程在一定外压下，油品的沸点随气化率增大而不断升高。

所以油品的沸点不是一个温度点，而是一个温度范围，这个温度范围称为馏程。

二、化验基础知识在输油泵站，需要进行原油含水、密度、凝点、粘度及温度等参数的测定。

2.1 原油化验分析中常用的玻璃仪器原油化验分析中使用的玻璃器皿有试管、烧杯、量筒、量杯、移液管、滴定管、蒸馏瓶、容量瓶、温度计、密度计、粘度计等。

2.2油品化验2.2.1含水量的测定（蒸馏法）含水量测定仪器：玻璃蒸馏烧瓶，带有干燥管的直管冷凝器，接收器，电加热器。

测定方法：在被测试样中加入溶剂使原油或油品的粘度减小，加热使油水密度差增加，这些都有利于沉降脱水。

溶剂的沸点范围与水的沸点相吻合，在溶剂被蒸出同时也将水蒸出并破坏乳化膜使水能全部从油中分离出来。

冷凝下来的水和溶剂在接收器连续分离，水沉降至接收器下部(带刻度部分)，溶剂返回蒸馏瓶中。

最后读出接受器中水的体积并计算出试样中水的体积分数。

2.2.2密度的测定密度测定仪器：密度计量筒，密度计，恒温浴。

测定方法：将均匀的试样小心地倾入量筒中，将量筒置入恒温水浴中。

把温度计插入试样中并使水银温度计读数示值保持全浸。

再将选好的、清洁干燥的石油密度计轻轻地放在试样中，应有充分的时间让石油密度计静止，使其达到平衡。

即可读取密度计刻度值。

读取密度计的刻度值后，应再次读取试验温度值。

2.2.3凝点的测定凝点测定仪器：试管、套管、水浴、温度计。

测定方法：将从水浴中取出的装有试样和温度计的试管装在套管中，装好的仪器垂直固定在支架的夹子上，并放在室温中静置，直至试管中的试样冷却到35±5℃为止。

然后将这套仪器浸在装好冷却剂的容器中。

当试样温度冷却到预期的凝点时，将浸在冷却剂中的仪器倾斜成为45度，并将这样的倾斜状态保持1分钟，但仪器的试样部分仍要浸没在冷却剂内。