原油管道輸送工藝新進(jìn)展

原油管道輸送工藝新進(jìn)展

原油長(zhǎng)距離輸送歷史悠久?，F(xiàn)在世界管道總面積超過(guò)200萬(wàn)公里。近年來(lái)，管道工業(yè)的快速發(fā)展和新技術(shù)、新技術(shù)的繁榮，以及數(shù)字管道的發(fā)展。輸油方式的確定在輸油工藝方面，目前基本上采用密閉輸油，在此基礎(chǔ)上，再根據(jù)所輸不同原油的性質(zhì)和當(dāng)?shù)貤l件，采用不同的輸油方式，如加熱、熱處理降凝、加輕油稀釋、摻水、添加化學(xué)劑、振動(dòng)篩處理、磁化處理及順序輸送等。尤其是成品油輸送工藝國(guó)外已很成熟，能夠在同一條管線輸送上百種油品，大批量輸送。1降凝劑的應(yīng)用在原油中摻入化學(xué)添加劑，主要目的是為了減阻、降凝，對(duì)于摻水輸送的管道主要起表面活性劑的作用。不同的原油加入不同品種的化學(xué)添加劑。表面活性劑注入摻水輸送管道可減少摻入水量，提高輸油效率；在多蠟易凝原油中摻入一定量的降凝劑，可降低原油的凝固點(diǎn)，加大站間距。目前，減阻劑的品種規(guī)格已很多，使用范圍已比較廣泛，操作程序得到簡(jiǎn)化，現(xiàn)可采用計(jì)算機(jī)技術(shù)，根據(jù)原油和管道的有關(guān)資料，快速確定減阻劑的規(guī)格和用量。美國(guó)橫貫阿拉斯加原油管道首次采用高分子聚合物減阻劑，使管線輸量從16.8萬(wàn)噸/天，增加到20.8萬(wàn)噸/天。目前，減阻劑的應(yīng)用已遍及印度、中東、近東等陸上和海底管線上。減阻效果一般在38%左右，管線增輸能力有的達(dá)50%。另外，國(guó)外注入設(shè)備已經(jīng)定型化。降凝劑是降低原油凝固點(diǎn)和屈服應(yīng)力的添加劑。國(guó)外對(duì)降凝劑的研究工作取得了很大成效。如澳大利亞的杰克—穆尼—布里斯班管線，全長(zhǎng)1100公里，管徑為300毫米，1984年使用降凝劑后，全線實(shí)現(xiàn)不加熱輸送，較長(zhǎng)時(shí)間停輸不凍管。2其它輸送方式由于世界上一些國(guó)家在致力于稠油資源的開(kāi)發(fā)利用，因此近年來(lái)國(guó)外針對(duì)稠油輸送系統(tǒng)工藝的弱點(diǎn)，重視革新輸油工藝，其研究探索工作相當(dāng)活躍，除加熱輸送方式外，其他輸送方式的一些實(shí)驗(yàn)研究已取得成果并有新進(jìn)展，主要是采取稠油乳化輸送、稀釋輸送、重油改質(zhì)等方式。隨著稠油資源的大量開(kāi)發(fā)應(yīng)用，一些生物化學(xué)輸油新工藝必將發(fā)展起來(lái)。研究和采用各種物理和化學(xué)方法，尤其是化學(xué)方法，是輸送方式新型化的主要方面。多種輸送工藝將隨著試驗(yàn)研究的成功不斷投入工業(yè)性應(yīng)用，使輸油工藝進(jìn)一步多樣化。3輸量設(shè)計(jì)不合理原油管線低輸量情況在各產(chǎn)油國(guó)普遍存在。因?yàn)楣芫€是按油田高產(chǎn)期外輸量設(shè)計(jì)的，所以在油田開(kāi)采初期和后期必然存在不滿輸現(xiàn)象。管線不得不采用正反輸，能耗驚人。面對(duì)這種現(xiàn)狀，就必須考慮采用新的輸油工藝，使其適應(yīng)輸油條件變化，而常溫輸油工藝是解決低輸量的關(guān)鍵。加熱加熱研究常溫輸送一般指原油在環(huán)境溫度下輸送，管線沿途不進(jìn)行加熱。目前這一技術(shù)國(guó)內(nèi)外研究都很活躍。各種形式的常溫輸送工藝都在進(jìn)一步的研究中，文獻(xiàn)報(bào)道和專利也不斷地增加。集輸合一管道所謂油氣序輸是指原油和天然氣在同一管道上按順序輸送，油氣流在管路中以單相流的形式存在。隨著近海的內(nèi)地油田的大量開(kāi)發(fā)，在油田外輸油氣量小且油氣走向一致的情況下可以用一條管道輸送，這樣就節(jié)省了一條管線的投資。同時(shí)也解決了油氣量不足的問(wèn)題。在油氣量都不足時(shí)可用天然氣或空氣置換出油，從而實(shí)現(xiàn)間歇輸送。據(jù)資料，由挪威國(guó)力技術(shù)研究所設(shè)計(jì)的油氣集輸合一管道已鋪設(shè)在挪威中部海面的特伊挪油田。它在沿線設(shè)立了儲(chǔ)油和儲(chǔ)氣設(shè)施，用泵將原油和天然氣交替輸入管道，這樣就節(jié)省了一條管線的投資，降低了油氣集輸費(fèi)用。4原油和原油或其他機(jī)油的序列輸送加拿大enbridge公司在很多國(guó)家，輸油管道是作為公共運(yùn)輸工具使用的。面對(duì)多個(gè)貨主和不同物性的原油，順序輸送是輸油管道的常規(guī)操作。例如，加拿大Enbridge公司采用這種輸送方式已有近50年的歷史，其2000年運(yùn)營(yíng)的16條管道（總長(zhǎng)1.32萬(wàn)公里）中，有13條管道（總長(zhǎng)1.11萬(wàn)公里）實(shí)行原油的順序輸送，所輸原油包括重質(zhì)原油（稠油）、中質(zhì)原油、輕質(zhì)原油和天然氣凝液（NGL）共46個(gè)品種。在同一時(shí)間，該公司所屬的管道中有多達(dá)300多個(gè)不同批次的原油、成品油和天然氣凝液。哥華明萬(wàn)華加拿大貫山管道自1993年以來(lái)一直實(shí)行原油、成品油順序輸送，這是目前世界上實(shí)行原油、成品油順序輸送的主要管道。貫山管道從埃得蒙頓到溫哥華，管徑24英寸，全長(zhǎng)約1260公里，有11個(gè)泵站，途徑洛基山脈和海岸山脈，有數(shù)百英里的管段處于大高差多起伏地帶。該管道輸送的油品包括：航煤、汽油、柴油、甲基叔丁基醚（MTBE）及原油。同一時(shí)間在管內(nèi)可有30～50個(gè)批次的油品，每一批次油品的量約為2000～6萬(wàn)立方米。1998年～1999年，該管道所輸油品種類及比例如下：輕質(zhì)原油52%，重質(zhì)原油2%，汽油23%，餾分油18%,MTBE5%。含蠟原油、要素上述幾條管道中與成品油順序輸送的原油，大多為輕質(zhì)原油，也包括稠油，但沒(méi)有含蠟原油。眾所周知，含蠟原油輸送管道存在管壁蠟沉積（俗稱結(jié)蠟）的問(wèn)題，故實(shí)行含蠟原油、成品油順序輸送，將面臨蠟沉積物對(duì)成品油污染的問(wèn)題。成品油對(duì)蠟沉積物有溶解作用，不同成品油對(duì)蠟沉積物的溶解能力不同。同時(shí)，管流的沖刷作用也使得蠟沉積物脫離管壁進(jìn)入油流中。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果及理論分析，若實(shí)行含蠟原油與成品油的順序輸送，應(yīng)仿照法國(guó)LeHavre-Paris管道的做法，即在原油批次即將結(jié)束時(shí)，投放清管器或采取其他措施清除管壁上的蠟沉積物，否則蠟沉積物將造成大量成品油污染。scad系統(tǒng)數(shù)據(jù)及通信模式監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集SCADA(SupervisoryControlandDataAcquisition）系統(tǒng)作為一項(xiàng)高新技術(shù)已廣泛應(yīng)用于管道運(yùn)輸行業(yè)，成為當(dāng)今管道自動(dòng)化控制系統(tǒng)的基本模式。高集成度、易于使用的系統(tǒng)的安裝和使用大大提高了規(guī)劃能力，增加了利潤(rùn)，降低了成本和損耗，提高了管道輸送現(xiàn)代化和全員工作效率。近年來(lái)，隨著SCADA技術(shù)的發(fā)展，早期安裝實(shí)施的自動(dòng)化系統(tǒng)在設(shè)備和功能上已不能滿足管線自動(dòng)化的要求，許多管線都對(duì)舊的SCADA系統(tǒng)進(jìn)行了更新改造。由于發(fā)達(dá)國(guó)家管線的泵站大多數(shù)為無(wú)人值守泵站，因此，在許多SCADA系統(tǒng)中，主控中心多具有遙測(cè)、遙信、遙控、遙調(diào)功能。站控端RTU（遠(yuǎn)程終端設(shè)備）通過(guò)局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)與主控中心和其他計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信。已由集中控制、集中管理逐步發(fā)展成為集散控制、集中管理的方式。發(fā)展更新后的SCADA系統(tǒng)的主要功能為：對(duì)全線系統(tǒng)和泵站的主要參數(shù)采集監(jiān)控；動(dòng)態(tài)顯示各站運(yùn)行參數(shù)、狀態(tài)、趨勢(shì)圖、工藝流程和報(bào)警情況等；對(duì)各被控站進(jìn)行遙控，控制機(jī)泵啟、停和閥門開(kāi)、關(guān)；運(yùn)行、報(bào)警、歷史數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和記錄；運(yùn)行報(bào)表、事故狀態(tài)報(bào)告的打??；運(yùn)行數(shù)據(jù)的分析，方案的模擬預(yù)測(cè)和優(yōu)化；系統(tǒng)的模擬培訓(xùn)；管線動(dòng)態(tài)泄漏探測(cè)，瞬時(shí)模擬的報(bào)告，清管器跟蹤管理；系統(tǒng)組態(tài)、擴(kuò)展，等等。隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，新的SCADA系統(tǒng)將提供更加開(kāi)放的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，向著智能化、網(wǎng)絡(luò)化的更高層次發(fā)展。SCADA系統(tǒng)未來(lái)的發(fā)展是朝著聲音控制識(shí)別，提高數(shù)據(jù)處理能力，更快的時(shí)鐘速度，更大的內(nèi)存方向發(fā)展，應(yīng)用軟件的功能也將在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上更加完善，多媒體技術(shù)將被越來(lái)越多地應(yīng)用，以提高系統(tǒng)操作的可視性和安全性。通信的業(yè)務(wù)特點(diǎn)管道通信系統(tǒng)是管道系統(tǒng)調(diào)度管理和SCADA系統(tǒng)的重要信息通道。由于輸油管道距離長(zhǎng)、分布廣、沿途通信基礎(chǔ)條件差，數(shù)據(jù)傳輸流向變化大、通信業(yè)務(wù)容量小、稀路由，要求質(zhì)量高、可靠性、實(shí)時(shí)性強(qiáng)的特點(diǎn)，并且目前的輸油管道對(duì)通信業(yè)務(wù)需求有語(yǔ)言、數(shù)據(jù)和圖像，這就對(duì)管道通信提出了更高的要求。從20世紀(jì)50年代開(kāi)始，專用租用電話和微波通信一直是管道工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，如美國(guó)、加拿大、前蘇聯(lián)等長(zhǎng)輸管道的主干線通道。20世紀(jì)70年代出現(xiàn)了光纖通信，80年代，衛(wèi)星通信開(kāi)始步入管道通信領(lǐng)域，尤其近年來(lái)VSAT技術(shù)在國(guó)外管道衛(wèi)星通信上發(fā)展很快。1輸油管道通信數(shù)字微波通信起步早、發(fā)展快，具有傳輸速度高、通信容量大、傳輸頻帶寬、比較穩(wěn)定的特點(diǎn)，所以目前仍是輸油管道通信的主要方式之一。但由于微波通信屬地面無(wú)線通信手段，易受地形條件限制，系統(tǒng)安裝費(fèi)用和操作費(fèi)用高，所以近些年來(lái)發(fā)展速度減慢。2已成為長(zhǎng)輸管道最佳通信手段之一20世紀(jì)70年代發(fā)展迅速。光纖通信系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于傳輸頻帶寬、速度高、無(wú)干擾、控制功能強(qiáng)、耗能低、安全保密性好、施工維護(hù)方便、具有系統(tǒng)專業(yè)性、可與管道同溝敷設(shè)等，因此已成為長(zhǎng)輸管道最佳通信手段之一。更適用于分布距離短、用戶密度大的管道。3長(zhǎng)輸管道通信衛(wèi)星通信屬空中無(wú)線通信，它具有覆蓋面積廣、通信質(zhì)量高、不受地形因素制約、設(shè)備體積小、投資少、建設(shè)周期短、較易擴(kuò)容等優(yōu)點(diǎn)，80年代中期開(kāi)始躋身于長(zhǎng)輸管道通信。特別是近幾年VSAT衛(wèi)星通信發(fā)展較快，以其小型化、開(kāi)通調(diào)試、運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的優(yōu)勢(shì)，將成為長(zhǎng)輸管道的主要通信手段。4端vst技術(shù)這是以太陽(yáng)能作能源的蜂窩無(wú)線電話系統(tǒng)。其小口徑終端（VSAT）是一種體積小、造價(jià)低的衛(wèi)星地面站，它提供了數(shù)字通信的新方法，非常適合于分布廣、稀路由的情況，具有利用率高、可靠性高和費(fèi)用低的特點(diǎn)。高壓輸送高鋼級(jí)管道技術(shù)國(guó)際管道輸送技術(shù)正在朝著長(zhǎng)運(yùn)距、大口徑、高壓力方向發(fā)展，高壓輸送要求使用強(qiáng)度更高、韌性更好的管線鋼，高鋼級(jí)減少鋼材消耗，降低材料費(fèi)用。因此高壓輸送采用高鋼級(jí)鋼管呈強(qiáng)勁的發(fā)展趨勢(shì)。20世紀(jì)60年代一般采用X52鋼級(jí)，70年代普遍采用X60～X65鋼級(jí)，近年來(lái)以X70為主。據(jù)歐洲鋼管公司1997年～1999年的供貨記錄表明，用于天然氣輸送的焊管，85%是X70鋼級(jí)。1985年，德國(guó)Mnamn鋼鐵公司成功研制了X80管線鋼及直縫焊管，并鋪設(shè)了3.2公里的試驗(yàn)管道，1993年，德國(guó)用X80鋼材鋪設(shè)了魯爾天然氣管道。1994年，加拿大IPSCO鋼鐵公司開(kāi)始生產(chǎn)X80管線鋼和螺旋焊管，1996年，Stelco鋼鐵公司和Welland也研制成功X80管線鋼和螺旋鋼管。至1997年，加拿大NOVA公司已用X80鋪設(shè)了205公里的管道，大部分用螺旋焊管。日本和歐洲已試制出X90和X100鋼材，并在研究更高鋼級(jí)的管線鋼。加拿大和德國(guó)在高壓輸送高鋼級(jí)輸送管道技術(shù)方面在國(guó)際上居于領(lǐng)先地位。原油庫(kù)區(qū)消防技術(shù)1急救油罐低液位密封艙火災(zāi)時(shí)泡沫利用率低國(guó)外的大型儲(chǔ)罐出現(xiàn)得較早，泡沫消防系統(tǒng)研究也比較早。由于液下噴射泡沫滅火系統(tǒng)不適應(yīng)浮頂油罐的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)撲救浮頂油罐的火災(zāi)不適用，而傳統(tǒng)的液上泡沫滅火系統(tǒng)是將泡沫產(chǎn)生器安裝在油罐罐壁的上方，在撲救油罐高液位密封艙火災(zāi)時(shí)，泡沫利用率高，效果較好。但在撲救油罐低液位密封艙火災(zāi)時(shí)，從罐壁上方噴射的泡沫容易受到風(fēng)和火災(zāi)時(shí)上升氣流的影響，不能準(zhǔn)確地將泡沫送到密封艙內(nèi)，因而泡沫利用率很低，滅火效果不好，在撲救油罐低液位密封艙火災(zāi)時(shí)存在一定的局限性，而且在火災(zāi)嚴(yán)重時(shí)若泡沫產(chǎn)生器損壞根本發(fā)揮不了作用。為此人們一直在努力尋找一種可以不受各種條件影響，能迅速撲救浮頂油罐火災(zāi)的辦法，經(jīng)過(guò)了多年的實(shí)踐和探索，比較成功的是懸鏈泡沫滅火系統(tǒng)及柔性連接泡沫滅火系統(tǒng)，獲得了美國(guó)全國(guó)消防協(xié)會(huì)的認(rèn)可，國(guó)外的一些規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)中也逐漸引入并推薦。2數(shù)字管道的組成及作用目前國(guó)際上出現(xiàn)了不少新技術(shù)，較典型的是可撓性鋼管系統(tǒng)。80年代初，可撓性鋼管系統(tǒng)在國(guó)外開(kāi)始使用于油罐中央排水和油罐泡沫滅火管道的柔性連接，并以其固有的優(yōu)點(diǎn)在國(guó)外石油和石化行業(yè)中迅速推廣應(yīng)用。目前可撓性鋼管泡沫滅火系統(tǒng)已廣泛地應(yīng)用于世界各大油庫(kù)，據(jù)介紹，國(guó)外的UnitedRefinery、Mobil石油公司、Shell、Arco、Exxon、bp、Caltex等公司，在煉油廠及石油公司的油庫(kù)項(xiàng)目中均已安裝此系統(tǒng)。走向數(shù)字化管道數(shù)字管道是應(yīng)用遙感、數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)、業(yè)務(wù)管理信息系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和多媒體技術(shù)、現(xiàn)代通信等高科技手段，對(duì)管道資源、環(huán)境、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)等各個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)的數(shù)字化、數(shù)字整合、仿真等信息集成的應(yīng)用系統(tǒng)，并在可視化的條件下提供決策支持和服務(wù)。數(shù)字管道包含了管道勘察設(shè)計(jì)系統(tǒng)、管道建設(shè)項(xiàng)目管理系統(tǒng)、管道運(yùn)營(yíng)管理系統(tǒng)三個(gè)組成部分。其核心是管道信息數(shù)據(jù)庫(kù)。管道勘察設(shè)計(jì)系統(tǒng)包含了地質(zhì)勘測(cè)子系統(tǒng)、線路設(shè)計(jì)子系統(tǒng)、陰保設(shè)計(jì)子系統(tǒng)、工藝設(shè)計(jì)子系統(tǒng)、土建設(shè)計(jì)子系統(tǒng)、總圖設(shè)計(jì)子系統(tǒng)等等，而各子系統(tǒng)所產(chǎn)生的信息包括管道周邊人文、地理、氣象、水文、地質(zhì)、勘測(cè)、遙感信息，各專業(yè)二維、三維設(shè)計(jì)圖紙、文件，以及設(shè)備材料信息等，這些信息組成了設(shè)計(jì)信息數(shù)據(jù)庫(kù)。管道建設(shè)項(xiàng)目管理系統(tǒng)包括設(shè)計(jì)管理、施工管理、物資管理、進(jìn)度費(fèi)用管理、文控管理、HSE管理。管道運(yùn)營(yíng)管理系統(tǒng)是一個(gè)多個(gè)系統(tǒng)集成起來(lái)的復(fù)合系統(tǒng)，其中包括了前兩個(gè)階段產(chǎn)生的“竣工系統(tǒng)”，也包括了SCADA子系統(tǒng)、銷售子系統(tǒng)、管道資源管理子系統(tǒng)。數(shù)字管