管道运输作业开启未来运输的创业者.ppt

第六章管道运输作业 开启未来运输的创业者 学习目标 知识目标 理解管道的概念 掌握管道运输的概念和特点 理解管道输油工艺 理解管道输气工艺 了解管道运输未来趋势 技能目标 识别管道运输的主要设备 识别和执行管道输油的流程 识别和执行管道输气的流程 职业能力目标 确定管道输油的流程 确定管道输气的流程 第一节管道运输概述第二节管道运输工艺第三节管道运输未来趋势及应用 第一节 管道运输概述 物流聚焦 中缅油气管道工程云南省内项目开工建设2010年9月10日上午 备受关注的中国石油中缅油气管道工程 中国境内段 暨云南1000万吨 年炼油项目建设奠基仪式在云南省安宁市举行 标志着中缅油气管道工程及云南1000万吨炼油项目开工建设 该项目由中国石油天然气集团公司负责建设 由中缅原油管道 中缅天然气管道 炼化基地3部分组成 油气管道起于缅甸西海岸马德岛的皎漂市 经缅甸从云南瑞丽市入境至昆明 其中 输油管道经贵州到达重庆 输气管道经贵州到达广西 国内段原油管道干线长1631千米 天然气管道干线长1727千米 与此同时 在云南省安宁市建设炼化基地项目 这是中缅原油管道配套的下游项目 三大项目计划在2013年建成 原油管道和天然气管道在缅甸境内段分别长771千和793千米 中缅油气管道工程 中国境内段 途径3个省1个直辖市 23个地级市 73个县市 穿越大中型河流56处 山体隧道76处 沿线地形地貌 地质条件复杂 地质灾害严重 是目前我国管道建设史上难度最大的工程之一 中缅油气管道工程是建设国家能源通道的重要举措 也是推动国家西部大开发战略实施的重点工程 项目的建设将在我国西南地区开辟新的油气资源陆路进口通道 有利于促进我国能源进口的多元化 增强国家能源供应保障能力 有利于促进西南地区基础设施建设 优化西南能源结构 促进和带动西南经济社会发展 造福各族人民 那么 究竟什么是管道运输 管道主要用来运输哪些货物 管道运输有哪些特点 管道运输的工艺流程是怎样的 管道未来的发展趋势又是怎样的 本章将解决这些问题 管道运输是运输作业中的一种运输方式 也是目前世界各国运输液态 气体货物商品的主要途径之一 本节将对管道运输的概念 管道的分类以及管道运输的特点进行介绍 一 管道及管道运输的定义 一 管道的定义管道是用管子 管子联接件和阀门等联接成的用于输送气体 液体或带固体颗粒的流体的装置 通常流体经鼓风机 压缩机 泵和锅炉等增压后 从管道的高压处流向低压处 也可利用流体自身的压力或重力输送 管道的用途很广泛 主要用在给水 排水 供热 供煤气 长距离输送石油和天然气 农业灌溉 水力工程和各种工业装置中 管子 管子联接件 阀门和设备上的进出接管间的联接方法 由流体的性质 压力和温度以及管子的材质 尺寸和安装场所等因素决定 主要有螺纹联接 法兰联接 承插联接和焊接等四种方法 螺纹联接主要适用于小直径管道 联接时 一般要在螺纹联接部分缠上氟塑料密封带 或涂上厚漆 绕上麻丝等密封材料 以防止泄漏 在1 6兆帕以上压力时 一般在管子端面加垫片密封 法兰联接适用的管道直径范围较大 联接时根据流体的性质 压力和温度选用不同的法兰和密封垫片 利用螺栓夹紧垫片保持密封 在需要经常拆装的管段处和管道与设备相联接的地方 大都采用法兰联接承插联接主要用于铸铁管 混凝土管 陶土管及其联接件之间的联接 只适用于在低压常温条件下工作的给水 排水和煤气管道 联接时 一般在承插口的槽内先填入麻丝 棉线或石棉绳 然后再用石棉水泥或铅等材料填实 还可在承插口内填入橡胶密封环 使其具有较好的柔性 容许管子有少量的移动 焊接联接的强度和密封性最好 适用于各种管道 省工省料 但拆卸时必须切断管子和管子联接件 知识链接 运输行业中的 地下工作者 管道运输是国际货物运输方式之一 具有运量大 不受气候和地面其他因素限制 可连续作业以及成本低等优点 目前 管道运输已成为中国继铁路 公路 水路 航空运输之后的第五大运输行业 管道运输是利用地下管道将原油 天然气 成品油 矿浆 煤浆都介质送到目的地 2006年末 中国输油 气 管道里程为48226公里 其中输油管24136公里 输气管24090公里 2006年底 管道输油 气 能力为66948万吨 年 其中输油能力57530万吨 年 输气能力9418千万立方米 年 2007年 中国已建油气管道的总长度约6万千米 其中原油管道1 7万千米 成品油管道1 2万千米 天然气管道3 1万千米 中国已逐渐形成了跨区域的油气管网供应格局 随着中国石油企业 走出去 战略的实施 中国石油企业在国外的合作区块和油气产量不断增加 国外份额油田或合作区块的外输原油管道也得到了发展 二 管道运输的定义管道运输是一种由大型钢管 泵站和加压设备等组成的运输系统完成运输工作的运输方式 当今世界大部分的石油 绝大部分的天然气是通过管道运输的 管道还用于运送固体物料的浆体 如煤浆和矿石的浆体 管道运输不仅运输量大 连续 迅速 经济 安全 可靠 平稳以及投资少 占地少 费用低 并可实现自动控制 除广泛用于石油 天然气的长距离运输外 还可运输矿石 煤炭 建材 化学品和粮食等 管道运输可省去水运或陆运的中转坏节 缩短运输周期 降低运输成本 提高运输效率 当前管道运输的发展趋势是 管道的口径不断增大 运输能力大幅度提高 管道的运距迅速增加 运输物资由石油 天然气 化工产品等流体逐渐扩展到煤炭 矿石等非流体 中国目前已建成大庆至秦皇岛 胜利油田至南京等多条原油管道运输线 提示板 管线管标准管线管是把露出地面的油 气或水 通过管线管输送到石油和天然气工业企业 管线管包括无缝和焊接管两种 其管端有平端 带螺纹端和承口端 其连接方式为端头焊接 接箍连接 承插连接等 该管主要材质为B X42 X46 X56 X60 X65 X70等钢级 管线管规范 APISPEC5L 2007 是美国石油学会编制并发布的 在世界各地通用 管线管规格 8 1240 1 200mm标准 ISO3183APISPEC5L 美国石油学会标准GB T9711 中国国家标准用途 用于石油 天然气工业中的气 水 油的输送等 二 管道的分类管道的常见分类如表6 1所示 表6 1管道的分类 知识链接 管道运输价格的构成我国天然气管道运输价格实行严格的政府定价 按照补偿成本获得合理利润的原则核定 实际操作中 管道运输天然气采用老线老价 新线新价的定价方法 目前 我国采用较为普遍的定价方法是两部制定价 两部制定价 由管道预约容量费用和使用费两部分组成 根据固定成本和变动成本在容量费和使用费中的配置比例 两部制又分为完全二部制和修正二部制两种 在完全二部制中 管道运输固定成本通过容量费回收 变动成本通过使用费回收 在修正二部制中 服务总成本按一定的比例分别在容量费和使用费中分摊 或将固定成本中的某些项目 如权益资本收益和所得税计入变动成本 再分别计算容量费和使用费 管道运输运价的两部制收费 固定成本 变动成本分别是固定费用和使用费用收取的依据 管道建设的高投入决定了管道的折旧费用远远高于管道的运营费用 在管道运输价格构成中 固定成本处于主导地位 管道运输的固定成本包括折旧费 生产员工工资及福利费 修理费 管理费用 财务费用 合理的投资回报 所得税等 变动费用包括变动的操作与维护支出 销售费用 动力费用 工艺损耗费用等 三 管道运输的特点管道运输是大宗流体货物运输最有效的方式 不动的管道本身就是运货的载体 油泵或压缩机将能量直接作用在流体上 按管道的铺设方式不同 可将管道分为埋地管道 架空管道 水下管道 按输送介质不同 可以分为原油管道 成品油管道 天然气管道 油气混输管道 固体物料浆体管道 按其在油气生产中的作用 油气管道又可分为矿场集输管道 原油 成品油和天然气的长距离输送干线管道 天然气或成品油的分配管道等 管道运输的特点如表6 2所示 表6 2管道运输的特点 第二节 管道运输工艺 管道运输需要有一些基础设施 采用一定的输送工艺才能实现 本节将对这些基础设施和输送工艺进行介绍 以便读者对管道运输进行进一步地了解 一 管道运输的基本设施管道运输的基本设施包括管道 储存库 压力站 泵站 和控制中心 一 管道管道是管道运输系统中最主要的部分 它的制造材料可以是金属 混凝土或塑胶 完全依靠输送的货物种类及输送过程中所要承受的压力大小而决定 如图6 1所示 左图为输油站内的输油管道 右图为原料工厂内的料浆管道 二 储存库由于管道运输的过程是连续进行的 因此管道两端必须建造足够容纳其所承载货物的储存库 如图6 2所示 左图为储气库 右图为储油库 三 压力站 泵站 压力站是管道运输动力的来源 靠压力推动货物经由管道从甲地输送到乙地 一般管道运输压力的来源可有气压式 水压式 重力式及最新的超导体磁力式 通常气体的输送动力来源靠压缩机来提供 这类压力站彼此的设置距离一般为80 160km 液体的输送动力来源则是靠泵提供 这类的压力站设置距离为30 160km 如图6 2所示 左图为泵站的外部构造 右图为泵站的内部构造 四 控制中心管道运输虽具有高度自动化的特点 但它仍需要有良好的控制中心 并配合最现代的监测器及熟练的管理与维护人员 随时检测 监视管道运输设备的运转情况 以防止意外事故发生时所造成的漏损及危害 二 管道输油工艺管道输油工艺是指实现管道油品输送的技术和方法 即根据油品性质和输量 确定输送方法和流程 输油站类型和位置 选择钢材和主要设备 制定运行方案和输量调节措施 一 油品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 低黏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 对易凝高黏油品目前常用加热 掺轻油稀释 热处理 水悬浮 加改性剂和减阻剂等输送方法 1 油品顺序输送 油品顺序输送是在一条管道中按一定顺序连续输送多种油品的管道输油工艺 顺序输送的油品主要是汽油 煤油 柴油等轻质油品类 以及液化石油气类和重质油品类 同类油品中不同规格或不同牌号的油品 也可按批量顺序输送 不同油田 不同性质的原油 按照炼制要求也可以采取分批顺序输送 根据油品顺序输送的要求 不同的油品之间可以用隔离器或隔离液隔离的方法输送 也可以用相邻的不同油品直接接触的方法输送 这两种方法都会产生混油现象 采用何种方法 由管道的输送条件和允许混油量等决定 多种油品采用顺序输送与采用多条单一油品管道输送相比 具有明显的经济效益 而且产生的混油可以采取技术措施予以处理 因此 油品顺序输送成为成品油长距离管道输送的主要方式 例如 法国成品油管道中成品油 原油输送顺序 如图6 4所示 图6 4法国成品油管道中成品油 原油输送顺序2 易凝高黏油品输送 易凝油品是指凝固点高于管道所处环境温度的高含蜡量的原油和重油 高黏油品是指在温度为50 的条件下其黏度值很高的油品 迄今为止 中国已建的原油输送管道所输送的大多是易凝高黏原油 易凝高黏油品常采取降黏和减阻等方法输送 下表是目前工业生产中所用的方法 表6 3易凝高黏油品输送 2 密闭流程 从20世纪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 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 如图6 6所示 提示板 密闭顺序输送工艺的运用中国石化珠三角成品油管道二期工程 揭阳段 2011年1月在广东揭东县玉湖镇东寮村举行开工典礼 它是广东省的重点建设项目 工程管道全长498公里 投资超过12亿元 管道采用单管密闭顺序输送工艺 以更快捷 更安全 更环保的方式 实现全天候输送0号柴油 90号汽油 93号汽油和97号汽油等油品 该项目建成后 将与一期工程形成一体 成为贯串广东茂名 湛江 深圳 珠海 中山 汕尾 梅州等共15个地级市的成品油输送网络 确保包括揭阳地区在内的广东成品油市场的供给 三 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 受泵的管材性能和强度的限制 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并初步选定 最后经现场勘察确定的 如图6 7所示 左图为成品油泵站的外部构造 右图为成品油泵站的内部构造 即油泵房 四 管道事故防护输油管道上某个泵站突然停电或因事故停泵 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 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 将部分油流泻放人事故放空罐 避免压力继续上升 中间泵站上设自动越站流程 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 如图6 8为管道输油作业现场 左图是输油泵 右图是输油站的外部构造 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 三 管道输气工艺管道输气工艺指实现天然气管道输送的技术和方法 主要是根据气源条件及天然气组分 确定输气方式 流程和运行方案 确定管材 管径 设备 沿线设站的类型及站距等 现代天然气管道输送普遍采用压气机提供压力能 对所输送的天然气的质量有严格的要求 一 输气流程输气流程如表6 4所示 输气管道沿线各压气站与管道串联构成统一的密闭输气系统 任何一个压气站工作参数发生改变都会影响全线 因此 必须采取措施统一协调全系统各站的输量和压力 如调节各站原动机的转速 改变压气机工作特性和采用局部回流循环等 以保持压气机出口压力处于定值 并保障管道 管件和设备处于安全运行状态 输气管道系统如图6 9所示 二 压气站设置为提高天然气压力或补充天然气沿管道输送所消耗的压力 需要设置压气站 是否需要建设起点压气站 取决于气田压力 当气田压力能满足输气的需要时 可暂不建站 长距离输气管道必须在沿线建设若干个中间压气站 中间压气站的数目主要由输送距离和压缩比决定 站距主要由输气量确定 每个压气站都要消耗一部分天然气作燃料 因此输气量逐站减少 从而使各站距也有所不同 在确定站距时 应根据通过该站的实际输气量和进出口压力值 按输气量公式计算 还应综合考虑压气站址的地理 水源 电力 交通等条件 三 末端储气利用输气管道末端的工作特点作为临时储气手段 末端长度对管道管径及压气站站数的确定有影响 因此也是输气工艺应考虑的问题 输气管道末端与中间各段的工作条件的差别是 中间各段的起终点流量基本相同 而末端的起终点天然气流量和压力则随终点外输量的变化而变化 气体外输量少时 多余的天然气就积存在末端 外输量大于输气管前段的输气量时 不足就由积存在末端中的天然气来补充 如图6 10所示 左图为野外管道输气站的作业现场 右图为城市管道输气站的作业现场 四 固体料浆管道的输送工艺固体料浆管道的输送工艺如表6 5所示 知识链接 临界流速在固体料浆管道的输送过程中 因浆液是固液混合物 流态多变 在相同的流速下 当为均质流态时 管道断面上的颗粒均匀悬浮 不会出现固体颗粒沉淀 当为半均质流态时 细颗粒均匀分布在管道断面的上部 大颗粒则在下部 因而下部浓度大 上部浓度小 但也不至于出现固体颗粒沉淀 当为非均质流态时 管道全断面上浓度分布很不均匀 则会出现固体颗粒沉淀 在管道底部形成沉淀层 出现沉淀时的流速为浆液临界流速 只有采用临界流速以上的速度输送浆液 才能使浆液稳定流动 不致形成沉淀层 第三节 管道运输未来趋势及应用 管道运输的发展趋势是 管道的口径不断增大 运输能力大幅度提高 管道的运距迅速增加 运输物资由石油 天然气 化工产品等流体逐渐扩展到煤炭 矿石等非流体 本节将介绍管道未来的发展趋势以及管道在其他方面的应用 一 中国管道运输的发展趋势按照国家的发展规划 未来几年内 我国将要建成纵贯南北 横跨东西的石油天然气管网 这为长输管道的建设提供了发展机遇和空间 中国管道运输的发展趋势如表6 6所示 补充阅读 智利矿难管道应用一个曾经默默无闻的南美小国 在接二连三的灾难面前 用 人间大爱 感动了全球 2010年10月13日 世界聚焦在智利北部沙漠中的圣何塞铜矿 69天前的8月5日 这里发生了全球迄今为止最深的矿难 33名矿工被困地井下700米处 今天 他们终于陆续搭乘 凤凰号 救援仓 重返人间 目前已有11名矿工安全升井 智利政府请美国宇航局协助 让受困在700米以下矿坑里的33名矿工 可以稳定的待在地下等候救援 由于岩石崩落 这些矿工从8月5日起就被困在一段150平大小的通道里 空间十分局促 由于出事地点太深 地质不稳 智利当局估计大约要4个月才能将他们救出 这些矿工受困将近20天 体重已经明显减少了许多 矿坑狭窄 封闭的空间跟太空站上差不多 救援人员对被困矿工说 还需要至少2个月他们才能从井下获救 不过他们没有被告知 救援时间可能会长达4个月 一种特殊的钻机正被运往智利北部圣河西出事的金铜矿井 救援人员用钻机开凿一个新井 从中救出被困矿工 打出足够大能够救人的新井可能需要4个月时间 矿难发生以来 救援时间表一次又一次被缩短 最初智利政府称 隧道打通需要5个月 被困矿工可能要等到圣诞节才能获救 后来3个救援隧道同时开钻 结果只用了85天 2号隧道就成功打通 升井救援开始后 被困矿工全部升井的时间又从最初估计48小时缩短到12小时 有工程专家分析 救援工作进展顺利与当地地质特点有关 首先 出事的圣何塞铜矿位于智利北部沙漠地区 干旱少雨减少了钻井打通后灌水的危险 其次 金属矿岩石坚硬 钻井成功率高 第三 地表150米的松散底层加快了钻井速度 救援现场有来自世界各国的支援 美国的大直径钻头 日本的宇航员内衣和太空食品 中国三一集团制造的能承重400吨的巨型履带起重机更担负起了起吊的关键任务 并在首名矿工成功升井时第一个鸣笛庆祝 二 国外管道运输的发展趋势在城市 配送是保证城市正常运转的重要组成部分 主要通过各类车辆实现 但是 在目前的信息化时代 这些传统的交通运输方式在工业发达的地区和一些大城市早已超过了其所能承受的最大极限 从而也给仍然依赖于传统的交通运输方式的城市物流配送体系带来很大影响 据ADAC 全德汽车俱乐部 的资料 由交通问题导致目前德国每年的经济损失约为1000亿欧元 在中国 城市的交通拥堵 环境污染以及电子商务的物流瓶颈等也都是困扰大城市的首要问题 以地面车辆为主要方式的城市配送是造成城市交通拥挤和大气污染的主要根源 而且在网上购物和电子商务日益普及的今天 原始的上门配送方式无论从速度上还是形式上 都显得有些不合时宜 发展城市地下物流以及管道运输是一个新的思路 把管道运输从今天只能配送液体 气体等物质向配送固体物质 包括日用品的运输供应和城市垃圾的外运等 延伸 把地面上以车辆配送为主要形式的物流转向地下和管道中 是一个具有划时代意义的研究与发展领域 采用管道运输和分送固 液 气体的构想已经有几百年的历史了 现有的城市自来水 暖气 煤气 石油和天然气输送管道 排污管道可以看作管道物流的原始形式 但这些管道输送的都是连续介质 而这里所介绍的则是固体货物的输送管道 这类管道运输形式可分为气力输送管道 浆体输送管道 囊体运输管道 一 气力输送管道在20世纪 开始通过管道采用气力或水力的方法来运输颗粒状的大批量货物 气力管道输送是利用气体为传输介质 通过气体的高速流动来携带颗粒状或粉末状的物质 可输送的物质种类通常有煤炭和其它矿物 水泥 谷物 粉煤灰以及其它固体废物等等 近年来 管道气力输送开拓了一个新的应用领域 管道废物输送 在欧洲和日本的许多大型建筑系统 都装备了这种自动化的垃圾处理管道 位于美国奥兰多的迪斯尼世界乐园也采用了这种气力管道系统 用于搜集所产生的垃圾 气力输送管道多见于港口 车站 码头和大型工厂等 用于装卸大批量的货物 美国土木工程师学会 ASCE 在报告中预测 在21世纪 废物的管道气力输送系统将成为许多建筑物 包括家庭 医院 公寓和办公场所等 常规管道系统的一部分 可取代卡车 将垃圾通过管道直接输送到处理厂 这种新型的垃圾输送方法有望成为一个快速增长的产业 二 浆体输送管道浆体输送是将颗粒状的固体物质与液体输送介质混合 采用泵送的方法运输 并在目的地将其分离出来 输送介质通常采用清水浆体管道一般可分为两种类型 即粗颗粒浆体管道和细颗粒浆体管道 前者借助于液体的紊流使得较粗的固体颗粒在浆体中成悬浮状态并通过管道进行输送 而后者输送的较细颗粒一般为粉末状 有时可均匀悬浮于浆体中 和气力输送类似 粗颗粒浆体管道的能耗和对管道的磨损都较大 通常只适用于特殊材料 如卵石或混凝土 的短距离输送 而细颗粒浆体管道则相反 由于能耗低 磨损小 在运输距离超过100km时 其经济性也比较好 如美国的B1ackMesa煤浆输送管道总长438km 管道直径为456mm 每年从亚利桑那州的一个煤矿运输460万吨的煤到内华达州的一个发电厂 该管道系统从1970年一直成功地运行到现在 美国土木工程师学会预测 这种方法将来可应用于从自来水厂或污水处理厂向污泥处理厂或污泥填埋场输送污泥 这方面的应用虽然目前还没有 但将来可能会变得非常普遍 三 囊体运输管道囊体运输管道又可分为气力囊体运输管道 PCP 和水力囊体运输管道 HCP 两类 气力囊体运输管道利用空气作为驱动介质 囊状体作为货物的运载工具 由于空气远比水轻 囊体不可能悬浮在管道中 为了在大直径管道中运输较重的货物 必须采用带轮的运输囊体 气力囊体运输管道系统中的囊体运行速度 10m s 远高于HCP系统 2m s 所以 气力囊体运输管道系统更适合于需要快速输送的货物