本文關(guān)鍵詞：油氣集輸論文，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

油氣集輸論文-

《石油化學應用原理》 課程論文
學院： 系別： 班級： 姓名： 學號： 指導教師： 論文題目： 日期：

摘要
隨著中國東部和西部地區(qū)油氣田的進一步開發(fā)和國外油氣資源的引進， 我國的油氣管輸 技術(shù)有了很大的發(fā)展。 本文分別詳細介紹了管道輸送的特點及分類， 國內(nèi)外的管輸現(xiàn)狀， 原油管道輸送技術(shù)，天然氣管道輸送技術(shù)及油氣管輸?shù)陌踩夹g(shù)。其中，

對原油和天然 氣的管輸技術(shù)分別從管輸基礎(chǔ)，工藝計算及分類和工況方面進行了分析。最后分別從事 故分析，預警技術(shù)，防火防爆技術(shù)方面對管輸?shù)陌踩詥栴}進行了討論，并對管輸環(huán)保 技術(shù)的發(fā)展予以展望。 關(guān)鍵詞：原油，天然氣，管輸技術(shù)，安全技術(shù)

Abstract
With the introduction of Western and Eastern China area of oil and gas field development and foreign oil and gas resources, transportation technology of oil and gas in China has got great development. This thesis introduces the characteristics and classification of pipeline transportation, pipeline transportation’s present situation ofChina and abroad, pipelinetransporting technique of crude oil, pipeline transportation of natural gas and safety transportationtechnology. Among them, the crude oil and natural gas pipeline technology analyzethe pipeline foundation, process calculation and condition.Finally,warning technology from the accident, fire and explosion technology are discussed in terms of the safety of pipeline, andprospects of the development of environmental pipeline transportation technology. Key words:crude oil,natural gas,transportation technology,security technology

目錄
1 概述 .................................................................................................................... 1
1.1 管道運輸?shù)奶攸c與分類 .................................................................................................. 1 1.2 我國及世界油氣管道現(xiàn)狀與發(fā)展 ................................................................................. 1

2 原油管道輸送技術(shù) ........................................................................................... 3
2.1 原油管道輸送基礎(chǔ) ......................................................................................................... 3 2.2 等溫輸油管道工藝計算 ................................................................................................. 3 2.3 熱油管道輸送 ................................................................................................................. 5 2.4 含蠟原油管道輸送工藝 ................................................................................................. 6 2.5 輸油管道工況的調(diào)節(jié) ..................................................................................................... 7

3 天然氣管道輸送技術(shù) ....................................................................................... 9
3.1 天然氣物理化學性質(zhì) ..................................................................................................... 9 2.2 天然氣管道輸送基礎(chǔ) ..................................................................................................... 9 2.3 輸氣管道的水力特性和熱力特性 ............................................................................... 10 2.4 輸氣管道工況調(diào)節(jié) ....................................................................................................... 12

4 油氣管輸?shù)陌踩夹g(shù) ..................................................................................... 13
4.1 油氣管道的事故分析 ................................................................................................... 13 4.2 油氣管道安全預警技術(shù) ............................................................................................... 13 4.3 油氣管道防火、防爆、防中毒技術(shù) ........................................................................... 15

5 油氣管道輸送技術(shù)發(fā)展與展望 ..................................................................... 17 6 參考文獻 ......................................................................................................... 18
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油氣管道輸送技術(shù)

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1 概述
管道運輸是石油天然氣最主要的運輸方式。 目前， 世界管道總長度已超過了鐵路總里程， 達到230多萬公里，其中輸氣管道占近60%，原油和成品油管道各占15%有余，化工和其 他管道不足10%。管道運輸與鐵路、公路、水運、航空一起構(gòu)成了我國五大運輸行業(yè)體 系，在國民經(jīng)濟和社會發(fā)展中起了十分重要的作用。

1.1管道運輸?shù)奶攸c與分類
1.1.1 管道運輸?shù)奶攸c 與鐵路運輸、公路運輸、水路運輸和航空運輸相比，管道運輸具有如下特點： (1) 運輸量大，一條直徑720mm管道年輸量約2000萬噸，直徑1220mm的管道年輸量 約1億噸，分別相當于一條鐵路及兩條雙軌鐵路的年運輸量； (2) 管道大部分埋于地下，占地少，受地形地物限制小，能夠縮短運輸距離； (3) 安全密閉，基本上不受惡劣氣候的影響，無噪聲，油氣損耗小，對環(huán)境污染小； (4) 便于管理，易實現(xiàn)全面自動化，勞動生產(chǎn)率高； (5) 能耗少，運費低，經(jīng)濟性好； 由此可見，管道運輸有諸多優(yōu)點，是不可缺少的運輸方式。 1.1.2 管道運輸?shù)姆诸?油氣管道分類方法很多，按輸送介質(zhì)可分為油氣混輸管道、原油管道、天然氣管道 和成品油管道等；按鋪設(shè)方式分為架空管道、地面管道和地下管道，其中以地下管道應 用最為普遍。按制管工藝分為無縫鋼管和焊接鋼管，其中焊接鋼管按焊縫的形式分為直 縫焊管和螺旋焊管。 油氣管道按輸送距離和經(jīng)營方式可分為兩類：一類屬于企業(yè)內(nèi)部，如油田內(nèi)短距離 的油氣集輸管道，煉廠、油庫內(nèi)部的輸油管等，一般距離短，輸量小，不是獨立的經(jīng)營 系統(tǒng)；另一類是長距離輸送油氣及石油產(chǎn)品的管道，如油田將原油送至較遠的煉廠或碼 頭的外輸管道，一般管徑大、運輸距離長，輸量大，是一個獨立的企業(yè)，單獨進行經(jīng)濟 核算，而關(guān)于長距離管道輸送的實例本文將在后面論述。

1.2 我國及世界油氣管道現(xiàn)狀與發(fā)展
1.2.1. 世界油氣管道概況 管道運輸始于19世紀中葉，1865年美國賓夕法尼亞州建成第一條原油管道，而世界 油氣管道發(fā)展至今，世界石油及天然氣長輸管道總長度為200多萬公里，其中美國、俄 羅斯、中東地區(qū)、西歐占有管道長度較大。美國干線總長約50多萬公里，其中輸油干線

10多萬公里，輸氣干線40多萬公里。俄羅斯約20多萬公里，其中輸油干線約10萬公里， 輸氣干線10萬多公里[1]。因而，隨著世界能源的發(fā)展，石油天然氣仍然是主要發(fā)展的方 向。 1.2.2 我國油氣管道現(xiàn)狀與發(fā)展 我國是世界上最早生產(chǎn)天然氣的國家之一，也是最早用管道輸送流體的國家。進入21世 紀以來，我國已實現(xiàn)―西氣東輸‖、―海氣登陸‖的油氣輸送格局，形成多個區(qū)域性管網(wǎng)系 統(tǒng)。隨著國外資源的大量引進和國內(nèi)資源的增儲上產(chǎn)以及各地區(qū)市場的蓬勃發(fā)展，作為 連接資源和市場紐帶的管道必將得到長足發(fā)展[2]。

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油氣管道輸送技術(shù)

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2原油管道輸送技術(shù)
2.1 原油管道輸送基礎(chǔ)
2.1.1 長距離原油管道的組成 長距離原油管道由輸油站與線路兩大部分組成（見圖2-1）

圖2-1長距離原油管道

輸油站按其所處的位置分為首站、中間站和末站，中間站還可按照其所擔負的任務 不同，分為加熱站（只提供熱能）、加壓站（只提供壓能）及熱泵站（既提供熱能，又 提供壓能）[3]。 首站是輸油管道的起點輸油站。其任務是接收原油（計量、儲存），經(jīng)加壓或加溫 后輸向下一站。 原油沿管道不斷向前流動， 壓力不斷下降， 就需在沿途設(shè)置中間輸油站， 繼續(xù)向管中原油提供所需能量。末站是輸油管道的終點，末站的任務是接收來油和把油 品輸給用油單位，或以其他運輸方式轉(zhuǎn)運給客戶。由于來油與轉(zhuǎn)運的不平衡（例如用戶 用油量變化，海運遇臺風停運等），末站也需要設(shè)有較大容量的儲油罐和相應的計量、 化驗及轉(zhuǎn)運設(shè)施。 2.1.2 原油管道輸送工藝 原油管道輸送工藝根據(jù)輸送過程中油品是否需要加熱，分為常溫輸送和加熱輸送。 原油的凝點（及反常點）是衡量可否常溫輸送的依據(jù)。因此也可用與蠟含量有關(guān)的 指標作為等溫輸送的依據(jù)。 在等溫輸送時管道埋深處土壤的月平均溫度應高于原油的凝 點。易凝高黏油品當其凝點高于管道周圍環(huán)境溫度，或在環(huán)境溫度下油流黏度很高，不 能直接輸送，必須采用措施降黏，降凝。加熱輸送是目前最常用的方法。 我國生產(chǎn)的原油絕大部分為高凝點、高黏度和高含蠟原油（俗稱―三高‖原油），因 此，國內(nèi)原油管道大都是熱油管道。

2.2 等溫輸油管道工藝計算
管內(nèi)原油與周圍介質(zhì)的溫差很小，熱交換可以忽略的管路，成為等溫輸油管，原油 沿等溫管路流動時，所消耗的能量主要是壓力能。

油氣管道輸送技術(shù)

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管路輸油過程中壓力能的消耗包括兩部分：一是用于克服地形高差所需的位能，對 特定管路，，它是不隨輸量變化的固定值；二是克服原油沿管路流動過程中的摩擦阻力， 通常稱為摩阻損失，它隨流量及原油物理性質(zhì)等因素而變化[4]。 2.2.1 摩阻損失 原油管路的摩阻損失包括兩部分，即：原油通過直管段所產(chǎn)生的沿程摩阻損失和通 過各種閥件、管件所產(chǎn)生的局部摩阻損失。 管路的沿程摩阻損失 hl 可按列賓宗公式計算：
hl ? ? Q 2? m? m L （2-1） d 5? m 8A 4 ? 2? m g
m

式中

??

（2-2）

各流態(tài)區(qū)的 A 、 m 、 ? 值及沿程摩阻計算式可查閱相關(guān)表格。 局部摩阻可按下式計算：

h? ? ?

w2 L w2 或 h? ? ? D 2g d 2 g （2-3）
LD ? ? d

?

（2-4）

式中 ? ——局部摩阻系數(shù)；

LD ——管件或閥件的當量長度。
管件或閥件的當量長度系指與之同徑的直管段長度， 流體通過該管件或閥件所產(chǎn)生 的摩阻損失或當量直管段長度相同。各種管件或閥件的當量長度值可查閱有關(guān)手冊。 2.2.2簡單管 管路的壓力能耗由三部分組成，即：用于克服地形高差所需的位能、管路的沿程和 局部摩阻損失。

H ? hl ? h? ? (Z Z ? ZQ )

（2-5）

式（2-5）表示原油以某一輸量Q，沿內(nèi)徑d、管長L、高差△ Z表示的某管路輸送時， 管路起點到終點的壓降，可用于簡單輸油管的水力計算。 2.2.3 復雜管 在油田集輸管路中，常遇到等徑分配管匯和異徑集油管匯兩種復雜管，應用上述水 力計算基本公式可求得這兩種復雜管的壓降計算式。 等徑分配管匯計算式為：

p ? pn ? ?g[ ?

q12?m1? m1 l1 i ?n 2?m1 ? i ? ?Z ] （2-6） d 5?m1 i ?1

油氣管道輸送技術(shù)

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異徑集油管匯計算式為：

p ? pn ? ?g[ ?? m1 ?
i ?1

i ?n

(Q ?

j ?i ?1

?q )
j ?0 5? m1 i j

2 ? m1

d

li ? ?Z ]

（2-7）

2.3 熱油管道的輸送
易凝、高黏油品當其凝點高于管道周圍環(huán)境溫度，或在環(huán)境溫度下油流黏度很高， 不能直接輸送，必須采用措施降黏、降凝。加熱輸送是目前最常用的方法，即將原油加 使管內(nèi)最低油溫維持在凝點以上，保證安全輸送。 2.3.1熱油管道的熱力計算 管道考慮摩阻損失的熱效應， 溫降按下式計算： igqm ? K?DL t1 ? t0 ? K?D ? e Cqm ? 2-8 （ ） igqm ? t 2 ? t0 ? K?D 式中： t1 ——管道起點原油溫度，℃； t 2 ——管道終點原油溫度，℃； t 0 ——管道中心處最冷月平均地溫，℃；
L ——管道長度，m； i ——流量為 qm 時的水力坡降，m/m; 2 g ——重力加速度，9.81m/s ; C ——輸油平均溫度下原油的比熱容，J/（kg· K）; 2 K）; K ——總傳熱系數(shù)，W/（m · D ——管道的外徑，m; ? ——原油的密度，kg/m3; qm ——原油流量，m3/s。

2.3.2熱油管道的水力計算 管道內(nèi)沿程水力摩阻按以下公式計算：

h??
B?

L V2 ? （2-9） d 2g

4QV （2-10） ?d 2

式中：
h ——管道內(nèi)沿程水力摩阻損失，m;

? ——摩阻系數(shù)；

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L ——管道長度，m;
d ——輸油管道的內(nèi)直徑，m; V ——原油在管道內(nèi)的平均流速，m/s;
3 g ——重力加速度，9.81m /s;

QV ——平均溫度下的原油流量，m3/s。
2.3.3 加熱站、泵站的確定和布置 熱油管道工藝設(shè)計過程是首先進行熱力計算，得出全線所需加熱站數(shù)。再按加熱站 間管道進行水力計算，根據(jù)全線所需壓頭計算所需泵站數(shù)和泵的功率。為了便于生產(chǎn)管 理，應盡可能使加熱站與泵站合并。若管道初期的輸量較低時，所需加熱站數(shù)多，泵站 數(shù)少。待后期任務輸量增大時，所需加熱站數(shù)減少，泵站數(shù)增多。設(shè)計時應考慮到不同 時期不同輸量的特點，按低輸量作熱力計算，布置加熱站，待輸量增大后改為熱泵站。 并非所有情況下泵站、加熱站均能合并。在地形起伏大的山區(qū)，上坡段泵站間距可 能小于加熱站的間距，需設(shè)單獨泵站；在下坡段，泵站間距可能大于加熱站間距，需設(shè) 單獨加熱站。

2.4 含蠟原油管道輸送工藝
含蠟原油的輸送工藝，隨著其產(chǎn)量的不斷增大，越來越受到重視。雖然經(jīng)過了較長 時間的發(fā)展，輸送工藝進展不大。但是儲運工作者仍然在不斷努力，對各種輸送工藝進 行不斷完善和改進。 2.4.1 加熱輸送 加熱輸送是根據(jù)含蠟原油黏度隨溫度的升高顯著降低的特性來實現(xiàn)的。 利用沿管道 設(shè)置的加熱裝置提高原油的溫度，降低管道摩阻損失，是應用最早的含蠟原油的輸送方 式。 這種工藝根據(jù)加熱方式可以分為點加熱和線加熱。點加熱即沿線逐站加熱，線加熱 即熱載體加熱。點加熱應用范圍廣，是熱油輸送管道主要的加熱方式，又分為直接和間 接加熱兩種類型。我國絕大多數(shù)管線采用點加熱。線加熱以電伴熱為主，同時外加高效 保溫層[5]。 加熱輸送理論和實踐研究得比較深入，輸送工藝比較成熟，目前研究的重點是節(jié)能 降耗，采取措施實現(xiàn)綜合能耗最小。 2.4.2 添加降凝劑輸送 降凝劑是高分子聚合物，其分子由極性部分和非極性的烷烴鏈組成。降凝劑通過共 晶和吸附作用，改變蠟晶的形態(tài)和結(jié)構(gòu)，從而改善原油的流動性。降凝劑處理前蠟晶細 小、量多，遍布于原油中；改性后，蠟晶顆粒增大并聚集成團，原油中未被蠟晶占據(jù)的

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空間顯著增大[6]。 降凝劑20世紀70年代初開始試用于原油管道。我國在70年代末開始了相關(guān)研究。目 前對勝利、中原、新疆、長慶等原油已開發(fā)出具有良好改性效果的降凝劑，已有10多條 管道采用降凝劑改性輸送技術(shù)。該技術(shù)在低輸量管道安全運行、節(jié)能降耗中發(fā)揮了極為 重要的作用， 例如從山東臨邑至南京的魯寧輸油管道在應用降凝劑技術(shù)的第一年就獲得 1 000萬元的經(jīng)濟效益。國產(chǎn)降凝劑還成功地通過國際招標應用于蘇丹長距離輸油管道。 2.4.3 天然氣飽和輸送 天然氣飽和輸送就是油田在較高壓力下，將一部分天然氣溶解在原油中，從而降低 原油的黏度和凝點。輸送過程中，為防止天然氣和原油分離，輸送壓力必須要高于油氣 分離壓力。當管道處于沼澤或多年凍土層地段時，為保護環(huán)境不能對原油加熱，采用這 一方法比較合適[7]。 2.4.4 水懸浮輸送 水懸浮輸送就是在管道的流動溫度下，把呈固態(tài)的高凝原油分散在水中，形成油顆粒懸 浮液，進行原油輸送工藝。據(jù)觀測，油顆粒集中在管道軸線處，而與管壁接觸的液體實 際上是純水，所以阻力很小，這種懸浮液呈觸變-假塑性。在管內(nèi)的流動狀態(tài)取決于―水 套‖的滑脫、剪切速率、剪切期限以及流動溫度。這種輸油工藝1962年首次在印度尼西 亞原油輸送中得到應用。 目前該技術(shù)仍然處于試驗研究階段。我國也曾進行過水懸浮輸送的試驗，但都沒有 達到滿意的結(jié)果。 2.4.5 液體彈性波輸送 這種工藝的出現(xiàn)得益于醫(yī)學研究。液體的振蕩效應具有剪切處理的特性，結(jié)合流體 管道中可以產(chǎn)生獨立的水錘效應，當兩種效應的疊加在工業(yè)管道中應用時，將能夠產(chǎn)生 高速遠距離傳播的震蕩壓力波，這種波不但能作用于整條管道，而且還具有強剪切的特 點，從而達到使流體管道自身清洗蠟垢、進而防止原油凝管和堵塞的問題，有望實現(xiàn)在 線自動清洗，自動疏通，最終達到提高輸油效果、安全輸油的目的。該工藝屬于物理處 理輸送工藝，具有剪切處理和壓力處理的工藝技術(shù)特點。

2.5 輸油管道工況的調(diào)節(jié)
在輸油管上實行調(diào)節(jié)的目的是使泵站特性和管路特性之間建立良好的協(xié)調(diào)性， 并在 給定條件下安全經(jīng)濟地完成輸送任務。 采取的措施有兩個:改變泵站的工作特性和改變管 路工作特性。 2.5.1 泵站工作特性的改變

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改變泵站特性是改變管線總的能量供應，從而達到調(diào)節(jié)管道輸油工況的目的。改變 泵的泵站工作特性主要有三種方法：改變運行的泵站數(shù)和泵機組數(shù)、泵機組調(diào)速、改變 泵葉輪直徑。其中，第一種方法可以在較大范圍內(nèi)調(diào)整全線的壓力供應，適用于輸量波 動大的情況。而泵機組調(diào)速一般在流量變化較小時采用，也可以作為改變運行泵站數(shù)和 泵機組調(diào)節(jié)的輔助措施。最后一種方法主要用于需要降低管道總壓力的情況[8]。

圖2-2改變泵站特性對工作點的調(diào)整

2.5.2 管道工作特性的調(diào)節(jié) 輸油管路投產(chǎn)以后，管徑、管線長度都已經(jīng)確定，因此改變管路工作特性只能采取 認為增大管路摩阻的方法。 主要通過關(guān)小干線閥門（一般都是出站調(diào)節(jié)閥）的開度，以節(jié)流形式進行調(diào)節(jié)，因 此這種調(diào)節(jié)也叫節(jié)流調(diào)節(jié)。節(jié)流調(diào)節(jié)是一種簡單易行的調(diào)節(jié)方法，在生產(chǎn)現(xiàn)場，在壓力 調(diào)節(jié)幅度不很大的情況下經(jīng)常使用，尤其在泵機不能調(diào)速的情況下。節(jié)流調(diào)節(jié)常用的儀 器是調(diào)節(jié)閥，相對于調(diào)速裝置價格便宜。

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3天然氣管道輸送技術(shù)
3.1天然氣物理化學性質(zhì)
廣義而言，自然界中天然生成的氣體化合物或氣體元素的混合物統(tǒng)稱為天然氣。石 油工業(yè)所述天然氣是指從油氣田開采出來的可燃性氣體， 它在各種壓力和溫度下的物性 參數(shù)是管輸工藝計算所必需的基本數(shù)據(jù)。 天然氣是由多種可燃和不可燃的氣體組成的混 合氣體。以低分子飽和烴類氣體為主，并含有少量非烴類氣體。其中，烴類氣體主要成 分為甲烷（CH4）及少量乙烷（C2H6） 、丙烷（C3H8） 、丁烷（C4H10） 、戊烷（C5H12） ， 非烴類氣體有氮氣（N2） 、氫氣（H2） 、二氧化碳（CO2） 、硫化氫（H2S）及水蒸氣（H2O） 等，還含有少量的氦（He） 、氬（Ar）等惰性氣體。 需要指出的是，各地所產(chǎn)的天然氣組分是有差異的，即使是同一產(chǎn)地的天然氣，其 組分也并不是固定不變的，尤其是油田伴生氣，它與油氣分離時的條件有很大關(guān)系。

3.2天然氣管輸基礎(chǔ)
3.2.1 天然氣長輸管道系統(tǒng)的組成 天然氣長輸管道系統(tǒng)的總流程一般包括輸氣干管、 首站、 壓氣站、 中間氣體分輸站、 干線截斷閥室、中間氣體接受站、清管站、末站及輔助系統(tǒng)（通用系統(tǒng)和儀表自動化系 統(tǒng)）等。 輸氣干線首站主要是對進入干線的氣體質(zhì)量進行檢測控制并計量，同時具有分離， 調(diào)壓和清管球發(fā)送功能。 輸氣管道中間進氣站的功能和首站差不多，主要是給沿線城鎮(zhèn)供氣。 壓氣站是為提高輸氣壓力而設(shè)的中間接力站，它由動力設(shè)備和輔助系統(tǒng)組成。 清管站通常和其他站場合建，清管的目的是定期清除管道中的雜物，如水、機械雜 質(zhì)和鐵銹等。 干線截斷室是為了及時進行事故搶修、檢修而設(shè)。根據(jù)線路所在地區(qū)類別，每隔一 定距離設(shè)置。 輸氣管道的通信系統(tǒng)通常又作為自控的數(shù)傳通道，分有線和無線兩大類，它是輸氣 管道系統(tǒng)進行日常管理、生產(chǎn)調(diào)度、事故搶修等必不可少的，也是安全、可靠和平穩(wěn)輸 氣的保證[9]。 3.2.2氣體在管道中流動的基本方程 氣體在管道中對的流動可視為一元流動。由于氣體的運動必然滿足質(zhì)量守恒、動量 守恒和能量守恒，故可羅列出相應的基本方程。 連續(xù)性方程：

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G?

?
4

d 2?? （3-1）

摩擦系數(shù)計算式：

? ? f (Re,? )

（3-2）

能量守恒方程：

?P ?w2 H ? ?Z ? ? ? ? H f （3-3） ?g 2 g
氣體狀態(tài)方程：
p?z

?
M

RT （3-4）

3.3輸氣管道的水力特性和熱力特性
輸氣管道水力特性是指輸氣管道的流量與壓力之間的關(guān)系。 在研究水力特性時我們一般 有兩個假設(shè)，即氣體在管道中的流動是等溫過程和氣體在管道中作穩(wěn)定流動，但在實際 運輸中溫度仍然會發(fā)生變化，實際應用表明，當沿線溫度變化不是很大時，采用等溫假 設(shè)計算是可行的，但當沿線溫度變化較大時，必須進行熱力計算。 3.3.1水平輸氣管的基本公式 所謂水平輸氣管道，是指地形起伏高差小于200m的管道。若管路全線長度為L,其起 終點壓力分別為 pQ 和 pz ，則可得出輸氣管流量和壓降的關(guān)系式：
M?

?
4

2 ( pQ ? p z2 )

ZRT (?

p （3-5） L ? 2 ln Q ) D pZ

式中：
M ——輸氣管質(zhì)量流量，kg/s； D ——輸氣管內(nèi)徑，m;

pQ , pZ ——輸氣管起、終點壓力，MPa;

? ——水力摩擦系數(shù)，無因次；
Z ——氣體壓縮因子，無因次；
2 2 K); R ——氣體常數(shù)，m /(s ·

T ——輸氣溫度，K;
L ——管長，m。

3.3.2輸氣管道的溫度分布

油氣管道輸送技術(shù)

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管道中氣流溫度的變化，取決于運動的物理條件和與周圍的熱交換條件。氣流運動 和熱交換的關(guān)系可用熱力學第一定律和能量方程來表示， 聯(lián)合求解可得管道沿線任一點 的氣流溫度

Tx ? T0 ? (TQ ? T0 )e ?ax ? Di

pQ ? pZ

?L

(1 ? e?x ) （3-6）

??
式中：

K?D （3-7） Gcp

TQ ——管路起點溫度，℃；
T0 ——管路周圍介質(zhì)自然溫度，℃；
2 ℃)； K ——總傳熱系數(shù)，W/(m ·

D ——管外徑，m;
G ——氣體質(zhì)量流量，kg/s;

c p ——氣體比定壓熱容，J/(kg· ℃)；
L ——管長，m;

Di ——焦耳-湯姆遜效應系數(shù)，℃/Pa;

pQ , pZ ——管路起、終點壓力，Pa。
3.3.3 管道總傳熱系數(shù) 在計算輸氣管道溫度分布中，管道總傳熱系數(shù)是一個很重要的參數(shù)�？倐鳠嵯禂�(shù) K 是指當氣體與周圍介質(zhì)的溫差為1℃時，單位時間內(nèi)通過單位面積所傳遞的能量。它表 示氣體至周圍介質(zhì)的散熱強弱。則有：
N D 1 1 1 1 ? ?? ln i ?1 ? （3-8） KD ?1D1 i ?1 2?i Di ? 2 DN ?1

式中

?1 ——氣體至管內(nèi)壁的放熱系數(shù)，W/(m2· K);
? 2 ——管道外壁至周圍介質(zhì)的放熱系數(shù)，W/(m2· K)；
?i ——第i層(管壁、防護層、絕緣層等)介質(zhì)的導熱率，W/(m· K);
D1 ——管道內(nèi)徑，m;
DN ?1 ——管道最外層外徑，m;
Di ——管道上第i層（管壁、防護層、絕緣層）的外徑,m; Ti ——管道上第i層（管壁、防護層、絕緣層）內(nèi)壁溫度，K或℃；
T ——氣體溫度，K或℃；

T0 ——管道埋深處的地溫，K或℃；

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T1 ——管內(nèi)壁溫度，K或℃；
D ——確定總傳熱系數(shù)的計算管徑，m。當 ?1 ?? ? 2 時， D 取外徑；當 ?1 ? ? 2 ，取平均

值，即內(nèi)外直徑之和的1/2;若 ?1 ?? ? 2 ， D 取內(nèi)徑。

3.4輸氣管道工況調(diào)節(jié)
3.4.1 壓氣站調(diào)節(jié) 構(gòu)成壓氣站的主要設(shè)備是壓縮機， 因此壓氣站的調(diào)節(jié)可分為站和壓縮機兩方面的調(diào) 節(jié)。 壓縮機的調(diào)節(jié)方法有改變壓縮機的轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速增大，壓縮機提供的能量增多，全線 的工作流量和壓力均增加，可以實現(xiàn)高壓輸氣。改變轉(zhuǎn)速的操作方法調(diào)節(jié)簡便，節(jié)省能 量，是最常用的調(diào)節(jié)方法，但其調(diào)節(jié)范圍受原動機功率的限制。其次是壓縮機的進口節(jié) 流調(diào)節(jié)，進口節(jié)流調(diào)節(jié)是通過改變壓縮機進口管道上的調(diào)節(jié)閥的開度來實現(xiàn)，實質(zhì)是改 變進口氣體狀態(tài)。然后是壓縮機進口氣流旋繞調(diào)節(jié)，此種適用于工作壓力或流量需要減 少的地方。最后是壓縮機旁路回流調(diào)節(jié)。壓縮機旁路回流指將壓縮機出口部分的一部分 氣體分流冷卻降壓后返回入口。這種方法不改變壓縮機或管道特性，而是認為加大壓縮 機排量，以避免壓縮機發(fā)生喘振。 壓氣站的調(diào)節(jié)主要是通過改變能量供應， 使管道系統(tǒng)工作在新的工況， 具體方法有： 首站的調(diào)節(jié)、改變參與運行的壓縮機數(shù)或壓氣站數(shù)及降低壓氣站出口溫度。其中，首站 調(diào)節(jié)主要是通過調(diào)節(jié)首站內(nèi)壓縮機的轉(zhuǎn)速或利用輔助壓縮機提高入口壓力來實現(xiàn)， 這種 方法經(jīng)濟有效，不失為一種好的調(diào)節(jié)方法。改變參與運行的壓縮機數(shù)或壓氣站數(shù)，即是 改變了全線的能量供應。最后一種方法中，氣體出站之前，降低出口溫度，可以一定程 度地增大輸量，當然這項技術(shù)目前還多處于研究階段[10]。 3.4.2 管道調(diào)節(jié) 管道調(diào)節(jié)的目的是改變管道的通過能力或摩阻損耗，從而改變管道特性，實現(xiàn)全線壓力 流量的調(diào)節(jié)。常用管道調(diào)節(jié)主要有：改變管道起終點壓力、鋪設(shè)副管、鋪設(shè)變徑管和管 線節(jié)流。改變管道起終點壓力的調(diào)節(jié)方法簡單，在輸量變化不大的情況下很實用，也很 經(jīng)濟，尤其適用于無壓縮機組的輸氣管線。鋪設(shè)副管就相當于增大了管道的流通面積， 改變管道特性， 使得輸量增大。 鋪設(shè)變徑管意味著不再使用原來的管線， 容易造成浪費， 常常只在管線初期建造后或后期改建中采用。 管線節(jié)流是通過調(diào)節(jié)管線上調(diào)節(jié)閥的開度 來實現(xiàn)，操作簡單，但耗費能量，不經(jīng)濟。

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4 油氣管輸安全技術(shù)
4.1油氣管道的事故分析
管道運輸因具有高能高壓、易燃易爆、有毒有害、連續(xù)作業(yè)、環(huán)境復雜等特點，在 使用過程中易發(fā)生因腐蝕、第三方破壞或超壓等因素所造成的泄露或管道破裂事故，導 致人身傷害、設(shè)施破壞和環(huán)境污染等嚴重后果，因此加強安全管理具有重要意義。 我國油氣管道失效的主要原因為腐蝕、 外部影響和材料缺陷。 國外輸氣管道1000km 的年事故發(fā)生率隨時間呈下降趨勢，我國油氣管道的事故率遠高于發(fā)達國家。 管道由投產(chǎn)至終結(jié)其事故率一般遵循浴盆曲線，所謂浴盆曲線是曲線呈浴盆狀。在 管道投產(chǎn)初期，因設(shè)計、施工、管材、設(shè)備等諸方面的缺陷導致事故率較高，每1000km 的年事故發(fā)生率約為5次左右， 該階段通常持續(xù)0.5到2年。 管道正常營運期事故少而平穩(wěn)， 該階段的事故多為管道受腐蝕及外力破壞所致， 每1000km的年事故發(fā)生率約為2次左右， 一般持續(xù)15到20年。管道老化階段由于管道內(nèi)磨損及內(nèi)腐蝕加劇，事故明顯上升，其每 1000km的年事故發(fā)生率一般在2次以上，而且事故發(fā)生有意外性，修復也困難[11]。

4.2 油氣管道安全預警技術(shù)
為了有效的遏制日益猖獗的針對管道的破壞，防止非法開挖和第三方破壞：同時在來實 施清理前，將管道沿線的地質(zhì)災害監(jiān)測起來，對管道實施有效的保護，必須采用技術(shù)監(jiān) 控手段進行預警。目前的人工巡線，不可避免的存在密度、頻度及人員麻痹的問題。必 須建立起有效的技術(shù)防御手段，保證管通實時處于受控狀態(tài)，管道管理豁門可以隨時掌 握管道沿線信息。 4.2.1 光纖預警技術(shù) 為了傳輸管道的實時運行數(shù)據(jù)，在管道建設(shè)期與管道同溝敷設(shè)了一條光纜。光纖管道預 警系統(tǒng)利用其中冗余的三根單膜光纖構(gòu)成基于Mach—Zehnder光纖干涉儀原理的分布式 振動信號傳感器，采集管道沿途的振動信號。 光源發(fā)出的光在光纜中傳播， 管道沿線管道威脅事件產(chǎn)生的異常振動信號被光纖感知使 其中傳播的光波被調(diào)制，受到調(diào)制的光信號傳到光源及光電檢測系統(tǒng)．被光電探測器將 光信號轉(zhuǎn)換成電信號，隨后通過放大和濾波電路對信號進行處理，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換傳輸?shù)?計算機中進行進一步的信號處理和分析。 計算機信息處理系統(tǒng)對采集到的信號進行特提 取、模式識別將管道威脅事件和管道沿線的行人、車輛通過等背景噪聲分開，對打孔盜 油，機械挖掘等管道威脅事件進行報警和定位。 目前該系統(tǒng)已經(jīng)在中困石油港濟棗等多條管線投入運行， 成功的發(fā)現(xiàn)和定位了多起 第三方對于管道的破壞，為管道巡護提供了指導，切實保衛(wèi)了管道安全。該技術(shù)一套設(shè)

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備即可實現(xiàn)60km左右的管道安全預警，無需再管道沿線增加任何設(shè)備．運營成本低。具 有很高的推廣價值[12]。 4.2.2 聲波預警技術(shù) 由于很多在役管道已經(jīng)運行三十多年．在管道建設(shè)期沒有同溝敷設(shè)光纜。如果重新開挖 設(shè)光纜無論從經(jīng)濟和技術(shù)上都不可行， 因此光纖管道預警技術(shù)只適合于近年新建的和即 將修建的油氣管道的安生預警。對于在役的沒有同溝敷設(shè)光纜的管道，通過監(jiān)測管道上 傳播的聲波信號實現(xiàn)對管道的安全預警。 油氣管道由于打孔盜油，第三方開挖等原因受到破壞時，刮除防腐層、焊接盜油卡子、 安裝閥門、打孔等外力撞擊活動引起管壁振動，這一振動沿著管壁向兩側(cè)傳播。由于傳 播衰減、管道結(jié)蠟、管道外土層吸收、拱跨、彎頭等等的阻尼作用，只有特定頻率成分 的波才能傳播較遠距離，而且不同的事件引發(fā)的管道振動模式各不相同。因此通過檢測 特定成分的管道振動信號，即可實現(xiàn)對管道破壞事件的檢測。 目前該技術(shù)己始在中國石油秦京、鐵大等多條管道的打孔盜油、非法開挖等第三方 破壞高發(fā)區(qū)的管道安全預警。該技術(shù)的投入使用己發(fā)現(xiàn)了多起針對管道的破壞事件，有 效的保證了管道的安全，成為管道安全監(jiān)測的重要工具[13]。 4.2.3 地質(zhì)災害預警技術(shù) 滑坡的存在是管道運行的重要安仝隱患． 對滑坡及其影響下的管道進行監(jiān)測預警是 一種有效的、 低成本的管道滑坡災害防治方式。 光纖光柵傳感技術(shù)具有精度高、 抗干擾、 抗惡劣環(huán)境影響的特點．對監(jiān)測管道滑坡有良好的適用性，還沒有報道。 該技術(shù)通過在管道地質(zhì)災害多發(fā)區(qū)安裝特別設(shè)計的光纖光柵傳感器陣列． 實現(xiàn)對管 道滑坡區(qū)的表部位移、深部位移、管體應變及管土界面推力的實時監(jiān)測，以及常規(guī)的降 雨量監(jiān)測、高精度GPS位移監(jiān)測，有效的實現(xiàn)了區(qū)域多參數(shù)，多物理量的聯(lián)合監(jiān)測。同 時還建立了監(jiān)測數(shù)據(jù)的實時自動采集與遠程傳輸系統(tǒng)。將監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)送到遠程監(jiān)控主 機，利用管道-土體相互作用的數(shù)據(jù)模型定量分析土體移動對管道的影響，從而確定不 等危險程度下各監(jiān)測量的閾值。當某監(jiān)測量超過其閾值時，系統(tǒng)給出報警，提醒管道管 理人員對該移動區(qū)采取減緩措施。 目前該系統(tǒng)已經(jīng)成功的應用在蘭成渝管道滑坡區(qū)的安全監(jiān)測，并在―汶川大地震‖中 成功的監(jiān)測了滑坡及管道的變形情況，為管道搶修提供了決策支持。 4.2.4地震檢波器預警技術(shù) 人員、車輛等目標在地面上運動，對地面來說就是目標對地面施加以一定的激勵， 對于非剛體的地球介質(zhì)的變形，變形在地球介質(zhì)中傳播即形成地震波。有效的監(jiān)測管道 沿線相應于目標運動引起的地震波， 對這一信號進行分析和處理就可以有效的將管道沿 線監(jiān)控起來，使用模式識別技術(shù)等現(xiàn)代人工智能技術(shù)，可以將人工挖掘、機械的非法開

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挖以及各種第三方破壞區(qū)別開來。因此對管道沿線地震波的監(jiān)測和分析，可以對管道實 施有效的保護和監(jiān)控。 該技術(shù)通過在管道沿線埋設(shè)地震檢波器， 檢測管道沿線機械開挖、 打孔盜油等人為、 機械活動產(chǎn)生的地震動信號�，F(xiàn)場信號預處理單元對采集的震動信號進行處理并轉(zhuǎn)發(fā)。 中央處理單元通過三角定位法實現(xiàn)對管道威脅事件的定位，并啟動智能分析系統(tǒng)，濾除 管道沿線正常的震動信息， 對管道保護區(qū)域內(nèi)的機械開挖等威脅事件進行分類報警和定 位�；诠╇娂巴ㄐ欧矫娴脑�，該系統(tǒng)適合于管道重點區(qū)段的安全監(jiān)控。 目前已經(jīng)在多條重要管道的重要跨越段部署地震檢波器矩陣， 實現(xiàn)管道跨越重點河 流的安全監(jiān)控，有效的避免了管道遭到破壞后對河流的污染產(chǎn)生的次生災害[14]。 4.2.5 預警技術(shù)總結(jié) 油氣管道安全預警系統(tǒng)的開發(fā)和實施有效的保證了管道安全出去受控狀態(tài)。 通過對 不同的管道應該結(jié)合管道的實際情況部署不同的管道安全預警監(jiān)測系統(tǒng)。 結(jié)合多年的研 究經(jīng)驗給出了推薦方法，詳見表4.1。
表4.1 管道安全預警技術(shù)推薦方法

管道類型 有同溝鋪設(shè)的光纜管道 打孔盜油易發(fā)區(qū)或人口密集區(qū) 重要的河流跨越段 穿越自然災害區(qū)

推薦方法 光纜管道安全預警技術(shù) 管道聲波預警技術(shù) 基于地震波的管道安全預警技術(shù) 地質(zhì)災害監(jiān)測預警技術(shù)

監(jiān)控范圍 數(shù)十千米 重點管段 重點區(qū)域 土體移動

對于一條具體的管道進行安全預警技術(shù)及體系的部署首先應該在對管道進行詳細 調(diào)查，獲得管道與河流、各級公路、鐵路伴行或穿越的情況；管道距離村莊、學校、工 廠的情況；管道沿線的土壤情況，管道沿線的地表占壓，農(nóng)民耕作情況；管道沿線地質(zhì) 災害的情況；管道沿線是否有同溝鋪設(shè)的光纜及光纜的成纜方式。在完成管道沿線情況 分析之后，根據(jù)管道需要保護的情況結(jié)合制定管道的安全預警方案[15]。

4.3 油氣管道防火、防爆、防中毒技術(shù)
油氣管輸，無論是生產(chǎn)運行或是儲存場所的設(shè)備和管線中，大多數(shù)介質(zhì)是油或天然 氣，客觀上具備了發(fā)生火災爆炸事故的條件，稍有不慎就可能誘發(fā)火災。因此，石油工 程作業(yè)防止火災爆炸和中毒事故尤為重要。 通常將防火、 防爆、 防中毒稱為石油工業(yè)―三 防‖技術(shù)。 4.3.1 防火技術(shù) 燃燒必須是可燃物、助燃物和火源這三個基本條件相互作用才能發(fā)生，采取措施， 防止燃燒三個基本條件的同時存在或者避免他們的相互作用，是防火技術(shù)的基本理論。

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防止火災發(fā)生的基本技術(shù)措施主要有：消除火源，控制可燃物，隔絕空氣，防止形成新 的燃燒條件，阻止火災范圍的擴大。其中，最后一項措施中可采用隔離法將可燃物與火 源分開，冷卻法將燃燒物的溫度降至著火點一下或者窒息法消除燃燒的條件，使燃燒停 止[16]。 4.3.2 防爆技術(shù) 防止可燃物質(zhì)化學性爆炸全部技術(shù)措施的實質(zhì)， 就是制止化學性爆炸三個基本條件 的同時存在�，F(xiàn)代用于生產(chǎn)和生活的可燃物種類繁多，數(shù)量龐大，而且生產(chǎn)過程情況復 雜，因此需要根據(jù)不同的條件采取各種相應的防護措施。例如為了消除可燃物形成爆炸 性混合物而采取的惰化措施，即利用惰性介質(zhì)氮氣、二氧化碳和水等，排除容器設(shè)備或 管道內(nèi)的可燃物，使其濃度保持大大小于爆炸下限。 防止泄露也是防爆的重要措施，除了預防可燃物質(zhì)從旋轉(zhuǎn)軸滑動面、接縫、腐蝕孔 和小裂紋等處的跑、冒、滴、漏之外，特別需要注意預防從閥門、蓋子或管子脫節(jié)等處 的大量泄露。又如為預防形成爆炸性混合物，可采取措施嚴格控制系統(tǒng)中的氧含量和空 氣中可燃氣體或蒸汽及粉塵濃度，使其降至某一臨界值以下。 為了保證上述防爆條件采取的監(jiān)測措施和報警裝置， 以及消除火源的各種措施等都 是在防爆技術(shù)基本理論指導下采取的措施[17]。 4.3.3 防中毒技術(shù) 我國不少氣田和油井伴生氣中都含有酸性氣體，主要是含有硫化氫，因而預防硫化 氫中毒是十分重要的措施。其中，主要預防措施包括：對員工進行硫化氫防護的技術(shù)培 訓，在可能產(chǎn)生硫化氫的場所設(shè)立防硫化氫中毒的警示標志和風向標，配備硫化氫自動 監(jiān)測報警器等。而硫化氫的現(xiàn)場搶救也極為重要，因空氣中含極高硫化氫濃度時常在現(xiàn) 場引起多人電擊樣死亡，如能及時搶救可降低死亡率，減輕傷情。當有人員中毒時，應 立即使中毒者脫離現(xiàn)場至空氣新鮮處，采取相應急救措施，解開衣服、褲帶等，注意保 暖，有條件時立即給予吸氧。對呼吸停止者進行人工呼吸，必要時進行胸外心臟按壓。 當呼吸和心跳恢復后，可給中毒者飲些興奮性飲料和濃茶、咖啡，并有專人護理。 如眼睛輕度損傷，可用干凈水清洗或冷敷。對于輕微中毒者，也要休息兩天，不能再度 受H2S的傷害。因為被H2S傷害過的人，對H2S的抵抗力變得更低了。

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油氣管道輸送技術(shù)發(fā)展與展望
進入21世紀以來， 隨著中國東部和西部地區(qū)油氣田的進一步開發(fā)和國外油氣資源的 引進，我國的油氣管道輸送技術(shù)有了很大的發(fā)展，本論文對于油氣管道的輸送技術(shù)進行 了分析與總結(jié)，分別介紹了原油管道輸送技術(shù)及天然氣管道輸送技術(shù)，最后講了管道輸 送時的安全技術(shù)。對于原油管道輸送技術(shù)，我國大多是高凝原油，管道輸送存在很多的 技術(shù)難點，我國的天然氣輸送技術(shù)也取得了長足的發(fā)展，但仍存在天然氣氣站場管道輸 送巨大噪音等問題，而對于安全防護技術(shù)，我們也期待著防治技術(shù)能夠更加完善，減少 人員傷亡，更好的實現(xiàn)油氣管道的運輸。隨著油氣管道輸送技術(shù)的發(fā)展，也有不斷涌現(xiàn) 的新技術(shù)，其中包括多相混輸技術(shù)，高凝原油儲存技術(shù)及石油物流配送方法等，我們期 待著越來越多的油氣管道技術(shù)的涌現(xiàn)，實現(xiàn)管道技術(shù)的長足發(fā)展。

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