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第14章 管道运输(1)

管道运输是指使用管道输送流体货物的运输方式。

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。目前,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管道相继建成,对加速流体燃料运输起着重要作用。近20年来,固体料浆管道的问世给大量运输煤炭等开辟了新途径,为管道运输开创了新领域,管道运输的发展正方兴未艾。

管道运输简史

我国是最早使用管子输送流体的国家。约在公元前200多年,已经出现用打通竹节的竹子连接起来输送卤水的管道,由于竹子可以就地取材,耐腐蚀,这项技术流传迄今。

现代管道运输始于19世纪中叶。1859年8月在美国宾夕法尼亚州的泰特斯维尔打出第一口油井,开始了油溪地区的石油开发。开采出来的原油要经泰特斯维尔河运到120千米以外的匹兹堡炼油厂,运原油的船舶最多时达1000艘。1861年修建了匹兹堡至科里的铁路,但距油田仍有36千米。自油田至铁路车站或水运码头,每天要用近2000辆马车载运原油,不仅运费昂贵,而且还有发生火灾的危险。为改变这种状况,有人提出采用管道输送。

1863~1865年开始试用铸铁管修建输油管道,因漏失量大而未能实际应用。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。沿线设三台泵,每小时输原油13立方米。1880年和1893年相继出现管径100毫米的成品油管道和天然气管道。1886年在俄国巴库修建了一条管径100毫米的原油管道。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,使修建管道的耗钢量显著降低,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,如蒸汽往复泵、卧式往复泵或压气机。19世纪90年代初,出现了内燃机(如柴油机和燃气机),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。从此,柴油机、燃气机和电动机因各具优点一直并存应用于管道运输。1949年开始用燃气轮机驱动离心式压气机,管道运输又多了一种可供选择的动力机。

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,管道运输技术又有较大提高,大型管道相继建成。1972年建成前苏联至东欧五国的“友谊”输油管道,管径为1220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。前苏联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。随着海洋油、气田的开发,海洋管道逐渐由浅海走向深海,如从北海油田至英国的输油管道和北海油田至德国的天然气管道都已建成投产。

我国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2003年,我国已建成原油管道7108千米,天然气管道16855千米。

运输管道分类

运输管道常按所输送的物品不同而分为:原油管道、成品油管道、天然气管道和固体料浆管道(前两者常统称为油品管道或输油管道)。

原油管道

原油一般具有比重大、粘稠和易于凝固等物性。用管道输送时,要针对所输原油的物性,采用不同的输送工艺。原油运输不外是自油田将原油输给炼油厂,或输给转运原油的港口或铁路枢纽,或两者兼而有之。其运输特点是:输量大、运距长、收油点和交油点少,故特别适宜用管道输送,世界上的原油约有85%以上是用管道输送的。

成品油管道

成品油管道一般用来输送汽油、煤油、柴油、航空煤油和燃料油,以及从油气中分离出来的液化石油气等成品油(油品)。每种成品油在商业上有多种牌号,常采用在同一条管道中按一定顺序输送多种油品的工艺,这种工艺能保证油品的质量和准确地分批运到交油点。

成品油管道的任务是将炼油厂生产的大宗成品油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。有的燃料油则直接用管道输给大型电厂,或用铁路油槽车外运。成品油管道运输的特点是批量多、交油点多。因此,管道的起点段管径大,输油量大;经多处交油分输以后,输量减少,管径亦随之变小,形成成品油管道多级变径的特点。

天然气管道

天然气管道是输送天然气和油田伴生气的管道,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。这种输气管道约占全世界管道总长的一半。

固体料浆管道

固体料浆管道是20世纪50年代中期发展起来的,20世纪70年代初已建成能输送大量煤炭料浆管道,输送方法是将固体粉碎,掺水制成浆液,再用泵按液体管道输送工艺进行输送。

特点与发展动态

用车辆、船舶、飞机等运输货物,是驱动装运货物的运输工具运往目的地;用管道运输货物,则管道是静止的,通过输送设备(如泵、压缩机等)驱动货物,使之通过管道流向目的地。管道运输的特点是:①运量大,一条管径720毫米的管道,可年输易凝高粘原油2000万吨以上,相当于一条铁路的运量;一条管径1220毫米的管道,年输量可达1亿吨以上。②管道多埋于地下,其埋入地下部分一般占管道总长度的95%以上,永久占用土地少;管道可以从河流、湖泊乃至海洋的水下穿过;也可以翻越高山,横越沙漠,允许敷设坡度较铁路、公路大,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,输送每吨千米轻质原油的能耗只有铁路的1/12~1/7。⑦运费低廉,成品油运费仅为铁路的1/6~1/3,接近于海运。⑧沿途无噪声。⑨漏失污染少,据近统计,漏失污染量仅为输送量的百万分之四。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,优越性即难以发挥。

20世纪50年代以来,由于工业的大发展、生活消费水平的提高和内燃动力的广泛应用等,能源结构发生重大变化。在世界能源的利用中,液体和气体能源在1950年仅占全部能源的34.4%,1961年占44.4%,1975年已达64.4%。这促进了管道建设和管道运输的发展。据统计,到2003年底,我国油气管道累计长度为45865千米,居世界第六位。

美国1948年共有输油管道198400千米,到1980年增加到326519千米。目前,美国管道运输总长增加到80多万千米,由此可见,世界各国对管道运输的重视。

随着能源的开发,管道运输愈来愈显示其重要性。20世纪70年代出现的固体料浆管道对日后煤炭的开发起重要的促进作用。

原油管道

输送原油的管道。原油管道在原油、成品油和天然气管道总长度中占1/3左右,承担了原油总运量的85%~95%。各国和各地区所产原油性质不同,基本上可分为低粘原油和易凝高粘原油两类,输送这两类原油都需要在管道沿线设置若干个加压泵站。易凝高粘油品输送还须增设加热站或建热泵站。我国的原油管道几乎都属于加热输送管道。

现代规模的长距离原油管道,是从第二次世界大战中美国敷设的“大口径”原油管道开始的。20世纪50年代中期,原油管道的管径一般为300毫米~700毫米。在管道建设规模方面,全世界每年增长1500千米左右。50年代修建的原油管道主要有:美国建设了几条长度在1600千米以上、管径为500毫米、600毫米的原油管道;苏联在开发伏尔加——乌拉尔地区的“第二巴库”油田时,敷设了总长度为4800千米的原油管道;加拿大兴建了省际-湖边原油管道系统,从西部的埃德蒙顿向东到多伦多,总长度为3105千米;沙特阿拉伯敷设了横贯阿拉伯半岛的原油管道,从波斯湾通往地中海东岸的黎巴嫩,长1718千米;从伊拉克的基尔库克向叙利亚的巴尼亚斯和黎巴嫩的的黎波里两个方向分别敷设了长度为895千米和853千米的原油管道。

20世纪60年代,原油管道开始向着更大管径和更长距离的方向发展。1964年开始兴建的苏联——东欧“友谊”输油管道,第一次采用了1020毫米管径的钢管,管道长度达5327千米。1967年又建成西西伯利亚到鄂木斯克炼油厂的1050千米长的原油管道,管径也是1020毫米。前苏联在20世纪60年代,原油管道增加了约两万千米。1965年伊朗敷设了长248千米、管径1070毫米的原油管道。1968年美国敷设了管径为1000毫米的原油管道。在西欧兴建了由荷兰鹿特丹到联邦德国以及由法国到联邦德国等国的原油管道系统,最大管径850毫米,总长达2800千米。在意大利、奥地利和联邦德国之间,于1967年建成一条长445千米、管径为1020毫米的横贯阿尔卑斯山原油管道(TAL),翻越高差1500米的高山。1962年在印度敷设了一条长1150千米、管径400毫米的原油热处理输送管道。

20世纪70年代,原油管道建设继续向着技术难度和工程规模更大、速度更快的方向发展。到1972年各大洲的原油管道长度是:北美为27万千米,南美为2.36万千米,西欧为1.78万千米,中东和近东为2.28万千米,非洲为1.54万千米。在20世纪70年代内,前苏联敷设了多条1220毫米管径的原油管道,总长度约为12000千米,将西西伯利亚产油区与东西伯利亚和西部工业区联结起来,每年向工业区输送原油2亿多吨,出口原油1.5~1.85亿吨。美国在1977年建成了特大型的纵贯阿拉斯加管道。沙特阿拉伯的东-西原油管道和阿尔及利亚到突尼斯的原油管道,都穿过沙漠地区,后者穿过沙漠的长度为660千米。英国北海油田的海洋管道,最长的达358千米,敷设在100多米深的海下。到20世纪80年代初,前苏联已开始用1420毫米管径的钢管输送原油。在中东沙漠地区应用燃气轮机作输油的动力。输油自动化程度已达到只用二、三十人就可以集中管理数千千米管道的水平。

我国于1958年在新疆的克拉玛依到独山子之间,建成第一条原油管道,全长147千米,管径159毫米。20世纪70年代,随着东北、华北及华东地区各大油田的开发,兴建了输送大庆油田、任丘油田、大港油田和胜利油田原油的管道网,管径为377~720毫米,总长约5000千米。管道网除向沿线的各炼油厂供应原油外,还通过辽宁省的大连、河北省的秦皇岛、山东省的黄岛和江苏省的仪征等港口,将原油运往南方各炼油厂,并向国外出口。原油管道的干线有:大庆油田经铁岭至大连港的原油管道,管径720毫米,长984千米;铁岭经秦皇岛至北京的原油管道,管径720和529毫米,长823千米;华北油田至北京的原油管道,管径529毫米,长120千米;华北油田经临邑到仪征的原油管道,管径529和720毫米,长962千米;胜利油田至黄岛港的原油管道,管径529毫米,长251千米。在我国内地的河南、湖北、陕西、甘肃等省和宁夏、新疆等自治区,也敷设了一些原油管道,将原油从各个油田直接输往炼油厂。我国原油由于多属石蜡基原油,含蜡量大,粘度和凝固点都较高,因此基本上采用加热输送的方法。

成品油管道

供输送石油炼制产品和油气田副产品(液态烃或凝析油)的管道。输送的大宗产品是汽油、柴油、航空煤油和民用液态燃料等轻质油品。美国在20世纪70年代经管道输送的成品油中,汽油约占55%,柴油约占22%。单一输送液化石油气的管道规模也很大,例如横贯美国中南部的液化石油气管道系统,干线全长2790千米,日输量8000~14000立方米。此外,还有向发电厂加热输送易凝高粘燃料油的管道。成品油管道多采用管道顺序输送方法,在同一管道里分批连续地输送多种油品,甚至可将质地最轻的液化石油气、轻质油品以及重质的燃料油经同一管道输送。