交通運輸工程學（第3版）課件 第七篇 管道交通運輸系統(tǒng)

Contents第一章管道交通運輸系統(tǒng)概述第二章管道運輸系統(tǒng)規(guī)劃與設計第三章管道運輸設備與設施第四章管道運輸系統(tǒng)運行與控制第五章管道運輸系統(tǒng)應急與維護第一章管道交通運輸系統(tǒng)概述第1節(jié)管道運輸系統(tǒng)的特點、地位和作用第2節(jié)管道運輸系統(tǒng)的組成第3節(jié)管道運輸與水路運輸、鐵路運輸、道路運輸?shù)膮f(xié)同第4節(jié)管道運輸系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢第一節(jié)管道運輸系統(tǒng)的特點、地位和作用管道運輸與公路、水路、鐵路、航空并稱五大運輸方式以管道為運載工具實現(xiàn)氣體、液體以及固體的漿料運送的一種運輸方式長距離輸送管道一般都由鋼管焊接而成石油天然氣工業(yè)應用管道運輸方式最多，是最主要的陸上運輸方式

管道運輸2021年美國貨物運輸周轉量和各種運輸方式占比2022年中國各運輸方式的貨物運輸周轉量和占比1.管道運輸系統(tǒng)概況礦場集輸管道原油、成品油(包括其他液體化工產品)和天然氣、CO2等氣體的長距離輸送干線管道天然氣、成品油的城市配送管道

按其在生產環(huán)節(jié)中的作用

第一節(jié)管道運輸系統(tǒng)的特點、地位和作用1.管道運輸系統(tǒng)概況圖7-1-1油氣運輸管道系統(tǒng)示意圖陸上管道大多埋地敷設，在高寒永凍土區(qū)域也采用架空敷設在通過峽谷、河流等特殊地段，管道常采用架空（跨越）或在水體以下穿越的敷設方式在通過不太長的高山地段，可采取隧道穿越的敷設方式

中緬油氣管道瀾滄江跨越高寒永凍土地區(qū)的架空敷設管道輸氣海底管道定向鉆穿越第一節(jié)管道運輸系統(tǒng)的特點、地位和作用1.管道運輸系統(tǒng)概況運輸量大，不同于車、船等其它運輸方式，管道可以連續(xù)運行一條直徑720mm的管道每年可輸送原油2000×104t左右，直徑1220mm的管道每年則可輸送原油1×108t以上40m30.8t/m360m3

?503,125,000輛41,667列油罐車油罐列車2.管道運輸特點第一節(jié)管道運輸系統(tǒng)的特點、地位和作用運費低，能耗少，且管道直徑越大，單位運費越低安全可靠，損耗率低（通常采用密閉輸送）建設投資相對較小，占地面積少，受地理條件限制少勞動生產率高受氣候環(huán)境的影響小，可長期穩(wěn)定運行對一定直徑的管道，有一經濟合理的輸送量范圍對于一定的輸送量，有經濟合理的最遠輸送距離有極限輸量的限制（最大輸量受泵或壓縮機等供能設備的性能指標、管道強度的限制，原油管道、成品油管道還存在最小臨界輸量）

第一節(jié)管道運輸系統(tǒng)的特點、地位和作用2.管道運輸特點第二節(jié)管道運輸系統(tǒng)組成管道運輸?shù)脑硎峭ㄟ^增壓設備向管內流體加壓，驅動其向前運移站場（中間站）線路③管道控制系統(tǒng)中央控制系統(tǒng)站控系統(tǒng)②站場供能、增壓設備流量調節(jié)、計量設備儀表流體儲罐/儲庫、消防系統(tǒng)等站場（首站）①線路管道閥門腐蝕防腐系統(tǒng)等管道控制系統(tǒng)站場（末站）管道線路路由是指從管道起點到終點所途經的地理位置大口徑、高壓力管道均由一節(jié)節(jié)鋼管在現(xiàn)場焊接而成，強度、焊接性能、韌性是線路用管的基本要求當管道通過河流、水庫、沼澤、湖泊、山谷、沖溝、公路、鐵路等自然或人工障礙時，如不能繞行或繞行在經濟上不合理時，管道常從障礙下部穿越通過，此種方式稱為管道穿越1.線路第二節(jié)管道運輸系統(tǒng)組成管道站場的基本任務是給輸送介質提供能量（壓力能、熱能），有的還有接收、分輸、減壓、清管等功能依據(jù)站場在管道中所處位置不同，站場分為首站、中間站和末站首站中間站末站…接收計量加壓加熱分輸加壓加熱接收計量轉運站場常見功能2.站場第二節(jié)管道運輸系統(tǒng)組成現(xiàn)代長輸管道都通過SCADA（SupervisoryControlandDataAcquisition）系統(tǒng)進行遠程控制，是整個管道輸送系統(tǒng)的“神經系統(tǒng)”，管網調控中心則是系統(tǒng)的“神經中樞”。國家管網集團北京油氣調控中心,調控運行的長輸油氣管道總里程已超過9×104km3.管道控制系統(tǒng)第二節(jié)管道運輸系統(tǒng)組成SCADA系統(tǒng)由調度控制中心、站控系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、遠程監(jiān)控終端及現(xiàn)場設備和儀表組成，實現(xiàn)生產過程實時和遠程監(jiān)測、調節(jié)、保護和控制。

SupervisoryControlandDataAcquisitionSystem第二節(jié)管道運輸系統(tǒng)組成3.管道控制系統(tǒng)第三節(jié)管道運輸與水路、鐵路、道路運輸?shù)膮f(xié)同在石油、天然氣等能源運輸中，通過將管道運輸與水路運輸、鐵路運輸和道路運輸相結合，可以實現(xiàn)資源的最優(yōu)分配和利用，不僅可以優(yōu)化物流體系，提高運輸效率和降低成本，還能夠推動經濟社會的可持續(xù)發(fā)展。

運輸方式運輸特點適用場景水路適合長距離、大批量貨物的運輸港口原油運輸、LNG接收站氣化外輸鐵路適合大宗貨物的集裝和長距離運輸，路線較為靈活成品油輸送公路小批量、散裝貨物的即時配送需求，并且可以靈活調整線路和車輛規(guī)模，適應市場需求變化成品油輸送油品輸送是典型的多式聯(lián)運場景，以管道為主，其他方式為輔

中國石油原油產業(yè)鏈案例第三節(jié)管道運輸與水路、鐵路、道路運輸?shù)膮f(xié)同

效益①提高整體物流效率

②降低物流運輸成本③保障供應鏈可靠性

④減少環(huán)境影響挑戰(zhàn)①建設管網投資大

②管道協(xié)同涉及各種技術并且要求高③管道運行安全風險難把控

④整體運輸效率與靈活性難平衡第三節(jié)管道運輸與水路、鐵路、道路運輸?shù)膮f(xié)同第四節(jié)管道運輸系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢世界管道運輸系統(tǒng)現(xiàn)狀概述截至2019年，全球在役油氣長輸管道總里程約201萬km，天然氣管道約134.72萬km，原油管道約39.15萬km，成品油管道約27.15萬km2019年，美國、俄羅斯和中國分列油氣長輸管道總里程前三位1.管道運輸系統(tǒng)發(fā)展歷史和現(xiàn)狀

1942年，在新疆獨山子油礦鋪設我國第一條原油管道，長2.5km。1945年，美國建成了全長約3218公里的中印輸油管道，這是中國境內的第一條成品油管道，也是當時世界上最長的成品油管道。我國管道運輸業(yè)發(fā)展歷程與現(xiàn)狀第四節(jié)管道運輸系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢1.管道運輸系統(tǒng)發(fā)展歷史和現(xiàn)狀

中長期管網發(fā)展規(guī)劃（2017.5）截至2022年年底：原油管線為2.8萬公里成品油管線3.2萬公里天然氣管道12.1萬公里第四節(jié)管道運輸系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢我國管道運輸業(yè)發(fā)展歷程與現(xiàn)狀1.管道運輸系統(tǒng)發(fā)展歷史和現(xiàn)狀

西氣東輸管道系統(tǒng)②中俄東線天然氣管道③中俄原油管道④中緬油氣管道

⑤北溪天然氣管道系統(tǒng)⑥科洛尼爾成品油管網系統(tǒng)⑦阿拉斯加原油管道

典型管道系統(tǒng)第四節(jié)管道運輸系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢1.管道運輸系統(tǒng)發(fā)展歷史和現(xiàn)狀

設計施工技術在高鋼級、大口徑輸氣管道建設技術方面，我國在國際上處于領先地位，已建立較成熟的管道設計標準和技術體系，形成了強震斷裂帶等特殊地區(qū)的管道設計理論與方法。材料裝備技術建立了X70/X80鋼管及管件從基礎研究到工業(yè)應用的完整鏈條，國產X80鋼管及管件已廣泛應用。輸送儲存技術我國在原油長輸管道流動保障及超大型復雜油氣管網集中調控技術領域走在了世界前列。安全維護技術針對油氣管道安全可靠運行需求，建立了以風險預控為核心的管道完整性技術體系，實現(xiàn)了全生命周期管理，管道失效率從2006年的0.87次/(103km·年)降至目前的0.30次/(103km·年)。2.我國管道運輸系統(tǒng)建設與運維關鍵技術發(fā)展概況第四節(jié)管道運輸系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢

3.管道運輸業(yè)及管道技術發(fā)展展望管道運輸關鍵技術持續(xù)升級①高鋼級管道焊縫失效控制技術 ②輸油管道安全、靈活輸送技術③大型管網仿真與優(yōu)化技術④關鍵裝備自主可控

管道數(shù)字化轉型技術①泛在感知技術②數(shù)字孿生技術③智慧管網技術④能源互聯(lián)網技術

非傳統(tǒng)介質管道輸送技術①高比例隨動摻氫技術

②氫致?lián)p傷監(jiān)控技術③密相/超臨界二氧化碳管道投運、泄放、止裂及風險評價技術非常規(guī)管道輸送技術①超導直流能源管道技術第四節(jié)管道運輸系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢Contents第一章管道交通運輸系統(tǒng)概述第二章管道運輸系統(tǒng)規(guī)劃與設計第三章管道運輸設備與設施第四章管道運輸系統(tǒng)運行與控制第五章管道運輸系統(tǒng)應急與維護第二章管道運輸系統(tǒng)規(guī)劃與設計第1節(jié)管道線路與站場設計第2節(jié)復雜管網物流規(guī)劃第3節(jié)管道運輸系統(tǒng)可靠性一、管道線路與站場設計管道線路的合理規(guī)劃是管道設計建設時的重要前期工作通過合理規(guī)劃管道線路，能夠有效提高管道本質安全和運行效率，降低管道建設投資及施工難度，對于管道建成投產后的可靠穩(wěn)定運行具有重要意義。多種復雜地形地貌環(huán)境：山地、湖泊等多種障礙設施：穿跨越河流、公路、鐵路、水網等多因素影響：市場需求、周邊規(guī)劃、環(huán)境保護、地質災害等管道線路規(guī)劃1.管道線路設計選擇合理的線路要遵守的原則優(yōu)選線路：應滿足管道施工、安全、維護和管理要求，多方案調查，綜合分析和技術經濟比較。穿跨越少：通過山谷、公路、鐵路、江河、湖泊、沼澤地的大型穿（跨）越工程要盡量少。盡量避開：滑坡、崩塌、沉陷、泥石流等不良地質條件地段、強地震區(qū)和影響其他礦藏開采的地區(qū)。必須通過時要設法縮短通過距離并采取防護措施。不得通過：軍事禁區(qū)、國家重點文物保護區(qū)、自然保護區(qū)、城市水源地、飛機場、火車站、海港碼頭等。若不能繞避，必須經國家有關部門批準并采取保護措施。一定距離：與鐵路干線、城鎮(zhèn)、工礦企業(yè)等建(構)筑物；與架空輸電線、通信電纜平行時。少建專用道路和電力線路：管道應盡量靠近和利用現(xiàn)有道路和電網。綜合規(guī)劃：地區(qū)的規(guī)劃和開發(fā)需要；相關工程和后續(xù)工程的關系；管道沿線和下游地區(qū)的經濟發(fā)展相結合。一、管道線路與站場設計將力學和材料學等學科相結合，考慮外部內部因素對管道結構的綜合影響，通過管道受載能力分析、疲勞壽命分析、管道壁厚設計、管道破裂分析等，進行管道結構設計和安全評估。涂層防護法緩蝕劑防護法電化學防護法外部涂層內部涂層管道內涂層有聚氨酯、環(huán)氧樹脂及環(huán)氧粉末涂層等無機緩蝕劑有機緩蝕劑根據(jù)環(huán)境和腐蝕因子選擇，減輕輸送介質中雜質造成的腐蝕外加電流陰極保護法犧牲陽極陰極保護法一、管道線路與站場設計管道結構設計管道腐蝕防護設計管道施工技術主要包括線路工程施工、焊接工藝、穿跨越工程施工等。焊接工藝：手工電弧焊、半自動焊及全位置自動焊。穿跨越工程管道穿越管道跨越定向鉆隧道敷設大開挖直埋通航量大的中小型河流的管道南方連續(xù)水網及沿海地區(qū)大中型河流的管道大型河流及特寬高等級鐵路和公路主要采用梁式管橋、斜拉索管橋、懸索管橋和索托管橋一、管道線路與站場設計沿線布管定向鉆穿越一、管道線路與站場設計站場布局規(guī)劃站場工藝設計介質輸送范圍、介質輸量、沿線環(huán)境、地質條件等因素不同類型站場站址、規(guī)模、站內各分區(qū)域的空間布局清水罐管道站場工藝設計主要指站內工藝流程的設計；工藝流程是指為達到某種生產目標，將各種設備、儀器以及相應管線等按不同方案進行布置。2.管道站場設計二、復雜管網物流規(guī)劃合理規(guī)劃能夠優(yōu)化站場、管線走向通道及相關設施組合，提升運行效率、效益和抗風險能力。提供一定水平的倉儲(如油庫、儲氣庫等)調峰能力，保障供應鏈上下游整體運行順暢；提高市場供給效率，最大化滿足市場的及時性需求；有效降低整體成本費用。管道運輸環(huán)節(jié)成本是影響管網資源配置整體效益的關鍵環(huán)節(jié)。研究對象：資源點、需求點以及二者間運輸路徑；靜態(tài)參數(shù)：資源點位置、需求點位置、管道運輸能力等；動態(tài)參數(shù)：供應量、需求量、運輸價格；限制條件：運輸能力、存儲能力等；目標函數(shù)：以整體運行成本最小。優(yōu)化模型1、基礎設施規(guī)劃（管線走向+站場選址）2、資源配置優(yōu)化二、復雜管網物流規(guī)劃庫存是指企業(yè)為滿足未來生產和銷售需求而儲備的物料、原材料、半成品或成品等，用于滿足市場需求、應對生產和運營的不確定性。油品地下儲罐地面儲罐儲罐車天然氣地下儲氣庫高壓儲氣庫LNG儲存庫存優(yōu)化需求預測（庫存管理的基礎）指通過分析歷史銷售數(shù)據(jù)、市場趨勢和季節(jié)性、節(jié)日性等因素，預測未來的銷售需求。

時間序列分析法回歸分析法機器學習算法3、庫存管理三、管道運輸系統(tǒng)可靠性2、管輸系統(tǒng)供應可靠性1、管輸系統(tǒng)結構可靠性指管道系統(tǒng)在介質輸運過程中，能夠保證其結構完整和連通，正常運行時不出現(xiàn)失效的能力。設計可靠性：管道選材及壁厚強度設計要合理；制造可靠性：管道制造應嚴格按照國家相關標準和行業(yè)規(guī)范進行；施工可靠性：管道施工過程要科學以保證建設質量；環(huán)境可靠性：管道系統(tǒng)應適應各種環(huán)境條件，包括極端氣候、復雜地理地貌、地震等。指基于資源供應保障而言的，用來表征管道滿足市場資源需求的能力。定義：系統(tǒng)在給定條件下和給定時間內滿足用戶需求的概率。決定因素：系統(tǒng)的輸送能力+目標市場需求。Contents第一章管道交通運輸系統(tǒng)概述第二章管道運輸系統(tǒng)規(guī)劃與設計第三章管道運輸設備與設施第四章管道運輸系統(tǒng)運行與控制第五章管道運輸系統(tǒng)應急與維護第三章管道運輸設備與設施第1節(jié)管道供能設備第2節(jié)低溫管道運輸設備第3節(jié)管道儲存設備與設施第4節(jié)管道計量裝置第一節(jié)管道供能設備站場壓縮空氣系統(tǒng)控制裝置用風系統(tǒng)潤滑油系統(tǒng)

在管道運輸系統(tǒng)中，泵與壓縮機是最常用的關鍵供能設備，分別為液體和氣體流動提供動力輸運介質儲運設施的輔助系統(tǒng)也離不開泵和壓縮機。例如，站場壓縮空氣系統(tǒng)、儀表和控制裝置用風系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、潤滑油系統(tǒng)等引言

離心泵的基本結構

主要由吸入室、葉輪、排出室(又稱蝸殼)、軸、密封環(huán)、密封填料、軸向力平衡裝置和支座等構成離心泵的工作原理

葉輪在旋轉過程中一面不斷地吸入液體，一面又不斷地給吸入的液體以一定的能頭將液體排出離心泵圖7-3-1離心泵基本構件示意圖第一節(jié)管道供能設備1.離心泵

離心泵的分類：按液體吸入葉輪的方式不同，分為單吸葉輪和雙吸葉輪按葉輪級數(shù)不同，分為單級泵、雙級泵和多級泵按殼體剖分方式不同，分為中開式泵和分段式泵離心泵第一節(jié)管道供能設備單級離心泵結構示意圖離心泵葉輪示意圖單雙吸離心泵外觀示意圖

離心壓縮機的基本結構

離心壓縮機由轉子及定子兩大部分組成，在轉子與定子之間需要密封氣體的部位還設有密封元件離心壓縮機的工作原理

離心壓縮機通過高速旋轉的葉輪使氣體加速，隨后在擴壓器中減速增壓，實現(xiàn)氣體壓縮離心壓縮機第一節(jié)管道供能設備2.離心壓縮機圖7-3-2中間級關鍵界面位置

離心壓縮機的分類：按軸的形式不同分為單軸多級式和雙軸四級式

按氣缸形式不同分為水平剖分式和垂直剖分式(筒形缸)按照壓力等級不同分為:低壓壓縮機，中壓壓縮機和高壓壓縮機離心壓縮機第一節(jié)管道供能設備筒形壓縮機示意圖單級式壓縮機示意圖單軸離心壓縮機示意圖

往復式壓縮機的基本結構

包括主機和輔機，主機有工作、運動機構和機身。輔機有潤滑、冷卻、氣路和儀表控制系統(tǒng)往復式壓縮機的工作原理

曲柄連桿將動力傳遞給曲柄，曲柄通過連桿、十字頭帶動活塞桿及活塞在氣缸內往復循環(huán)實現(xiàn)缸內氣體增壓往復活塞式壓縮機第一節(jié)管道供能設備3.往復活塞式壓縮機往復活塞壓縮機示意圖圖7-3-3往復活塞式壓縮機的工作原理

絕熱管道設計泵站LNG存儲設施LNG管道預冷安全性和檢測LNG管道輸送特點第二節(jié)低溫管道運輸設備1.低溫管道輸送特點

超低溫材料要求安全性要求特殊泄漏檢測需求系統(tǒng)復雜性液氫管道輸送特點懸跨型LNG耐超低溫柔性管道結構漂浮型LNG耐超低溫柔性管道結構

主要選材

鋁合金、不銹鋼和９％鎳鋼是低溫領域中廣泛應用的３類低溫金屬材料。各材料特點鋁合金，線膨脹系數(shù)偏高、強度偏低導致管道熱應力偏大、壁厚太厚，應用越來越少。不銹鋼，具有成熟的生產技術和優(yōu)良的耐腐蝕性能，目前應用最為普遍。９％鎳鋼，在國外低溫工業(yè)中的應用呈增長趨勢。低溫輸送管道選材LNG低溫輸送系統(tǒng)不銹鋼配件示意圖第二節(jié)管道供能設備2.低溫輸送管道選材

小型低溫儲氣罐第二節(jié)低溫管道運輸設備3.低溫儲罐結構

儲罐能承受的溫度范圍為-170~60℃儲罐能承受壓力范圍為1.5~30kpa儲罐應具有較強的自然災害抵御能力以及足夠大的載荷能力儲罐需考慮其絕熱性能和滲透性穩(wěn)定的罐頂結構大型立式低溫儲罐的結構設計

１~５ｍ３低溫儲罐作為一種低溫絕熱壓力容器主要用于運輸和存儲低溫液態(tài)氣體并能夠自動提供連續(xù)的氣體。

解決調峰問題解決應急安全供氣問題優(yōu)化管道的運行用于戰(zhàn)略儲備提高經濟效益地下儲氣庫作用第三節(jié)管道儲存設備與設施1.地下儲氣庫及油庫作用

對石油再生產和流通過程的調節(jié)對石油產品的價值保護對油品數(shù)、質量的監(jiān)督和檢查備戰(zhàn)備荒生產性和服務性油庫作用

地下儲氣庫作用第三節(jié)管道儲存設備與設施2.設計原則含水層地下儲氣庫

根據(jù)含水層地下儲氣庫地質條件要求進行地質勘察尋找含水結構鹽穴地下儲氣庫

建造這種人工洞穴的工藝流程是建立在水循環(huán)作用的原理上建造鹽穴儲氣庫采用三種工藝:復合工藝、逐層沖刷工藝和漕流能量法工藝含水層地下儲氣庫示意圖鹽穴地下儲氣庫示意圖

材料選擇

安全措施考慮環(huán)境因素綜合分析技術要點儲罐類型選擇油庫中儲罐設計原則立式成品油儲罐示意圖第三節(jié)管道供能設備2.設計原則

原油容器靜態(tài)計量密度計量體積計量

通過測量液位后對靜壓力表與容積表進行查找，然后進行相關參數(shù)的計算。計量方式原油管道站場計量裝置示意圖第四節(jié)管道計量裝置1.原油管道站場計量

按照計量原理分類流量計大致可以分為兩類:速度型(如環(huán)式、單集束、大渦輪、靶式、螺旋單轉子)和容積型(如腰輪、齒輪、雙轉子、刮板式、旋浮單轉子)。常用流量計第四節(jié)管道計量裝置雙轉子流量計示意圖電磁流量計示意圖齒輪流量計示意圖

體積計量法質量計量法質量流量計量法計算機輔助計量系統(tǒng)

通過傳感器、儀表和計算機軟件來實現(xiàn)自動化的計量過程，可準確記錄油品體積、質量、流速等并生成計量報告。計量方式質量流量計量位置示意圖第四節(jié)管道計量裝置2.成品油管道站場計量

渦輪流量計渦街流量計電磁流量計超聲波流量計質量流量計常用流量計第四節(jié)管道計量裝置2.成品油管道站場計量壓差流量計螺旋槳流量計直管式流量計容積式流量計

體積計量質量計量能量計量

通過體積計量、質量計量與單位流量天然氣的發(fā)熱值乘積計算獲得。計量方式插入式能量計示意圖第四節(jié)管道計量裝置3.天然氣管道站場計量

天然氣管道站場計量常用流量計有孔板流量計、超聲波流量計、羅茲式流量計、渦輪流量計、渦街流量計和旋進漩渦流量計。常用流量計第四節(jié)管道計量裝置氣體渦輪流量計示意圖超聲波流量計示意圖孔板流量計示意圖Contents第一章管道交通運輸系統(tǒng)概述第二章管道運輸系統(tǒng)規(guī)劃與設計第三章管道運輸設備與設施第四章管道運輸系統(tǒng)運行與控制第五章管道運輸系統(tǒng)應急與維護第四章管道運輸系統(tǒng)運行與控制第1節(jié)管道運輸工藝概述第2節(jié)管道運行仿真方法第3節(jié)管道運輸調度方法第4節(jié)管道運輸控制方法第5節(jié)管道運輸市場運營

概念：管道需要進行加熱保溫，以防止所輸送的油品因溫度下降而發(fā)生運輸困難，一般運用于高凝點、高粘度的油品輸送作業(yè)中加熱條件：輸運對象的凝點或粘度、地溫加熱方法：加熱爐加熱方式：直接加熱、間接加熱（用導熱油作媒介）

加熱輸送概念及特點第一節(jié)管道運輸工藝概述1.加熱輸送原油黏溫曲線原油蠟晶析出加熱爐

在一條管道內按照一定批次和順序，連續(xù)地輸送不同種類的油品的輸送方法定義第一節(jié)管道運輸工藝概述2.順序輸送輸送油品質量有嚴格要求輸送油品種類多輸送管道多分支、多出口混油段的跟蹤與混油量的控制十分關鍵特點順序輸送示意圖

管道輸送低溫介質稱為低溫輸送管材具有低溫韌性、抗裂性和抗疲勞性輸送過程中需保持密閉狀態(tài)低溫輸送管道需要使用保溫材料

低溫輸送概念及特點低溫輸送天然氣管道示意圖第一節(jié)管道運輸工藝概述3.低溫輸送低溫閥門低溫管托

采用流體力學中的連續(xù)性方程、動量方程及能量方程建立微分方程，并耦合相應的狀態(tài)方程與管網系統(tǒng)邊界特征，采取數(shù)值分析方法對管道進行模擬管道仿真數(shù)學方程概念第二節(jié)管道運行仿真方法1.管道仿真數(shù)學方程

管道仿真數(shù)學方程求解目標連續(xù)性方程、動量方程求解流速、流量及壓力等參數(shù)能量方程求解溫度和焓等參數(shù)針對不同輸送介質流變特性，需要采用不同的水力和熱力計算公式，如果溫度對流體物性影響較大，還應考慮流體與管道、管道與環(huán)境間的傳熱天然氣管道壓力流量狀態(tài)變化

管道流動分類第二節(jié)管道運行仿真方法2.管道流動分類和仿真方法管道流動可分為穩(wěn)定流和瞬變流兩大類穩(wěn)定流的數(shù)值解法有直接解法和迭代解法多種瞬態(tài)流動數(shù)值解法常采用有限差分法管道流動仿真方法管道混油發(fā)展管道土壤溫度場模擬

SPS（SynergiPipelineSimulator）是DNV-GL旗下一款專業(yè)用于油氣管道單相流體瞬態(tài)及穩(wěn)態(tài)的水力模擬仿真軟件，可作為管道運行控制和管理的重要輔助工具，完成評價管道的過去、解釋管道的現(xiàn)狀和預測管道的未來等任務。3.管道運行仿真技術應用現(xiàn)狀第二節(jié)管道運行仿真方法SPSViewport顯示窗口

穩(wěn)態(tài)、非穩(wěn)態(tài)模擬啟停輸模擬管道輸送方案分析批次跟蹤水擊分析控制系統(tǒng)仿真氣體組分跟蹤混油界面跟蹤熱力仿真氣源跟蹤非牛頓流體仿真泵、壓縮機仿真不滿流仿真管網存活時間分析減阻劑(DRA)仿真操作員培訓清管器跟蹤泄漏檢測SCADA數(shù)據(jù)回填管道輸送能力預測結蠟分析管道實時仿真功能

管道運輸調度是各類管道生產作業(yè)過程中不可或缺的一項活動，其目的是在一定周期內安全、經濟、高效地完成介質的空間轉移任務管輸調度的重要性第三節(jié)管道運輸調度方法1.管道運輸調度基本知識

管道運輸調度計劃被區(qū)分為長期計劃和短期計劃長期計劃按時間順序劃分為多個短期計劃，并給每一個短期計劃分配一定的資源、生產任務和指標管輸調度計劃

在管道運輸調度中針對調度計劃編制有兩種方法，其一是建立仿真模型，其二是建立優(yōu)化模型管輸調度的重要性第三節(jié)管道運輸調度方法2.管道運輸調度計劃編制管道運輸調度計劃編制基于仿真模型的計劃編制方法基于優(yōu)化模型的計劃編制方法以成品油管道調度為例首站/注入站末站/分輸站分輸站分輸站分輸站

對于長輸管道來說，實現(xiàn)自動化控制的系統(tǒng)一般稱為SCADA系統(tǒng)首先需對每個現(xiàn)場設備編排序號將現(xiàn)場設備聯(lián)結組合測試設備是否可以實現(xiàn)正常通信，開始構建PLC管輸調度控制系統(tǒng)基本知識第四節(jié)管道運輸控制方法1.管道運輸控制系統(tǒng)概述管輸調度控制系統(tǒng)基本步驟原油/天然氣管道SCADA系統(tǒng)示意圖

長輸管道的SCADA系統(tǒng)通常分為三級，每一級都有其特定的功能和作用管輸調度控制系統(tǒng)第四節(jié)管道運輸控制方法2.管道運輸控制系統(tǒng)組成

管輸調度控制系統(tǒng)分級中心監(jiān)控級是整個SCADA系統(tǒng)的核心站控級是SCADA系統(tǒng)中的中間層就地控制級是SCADA系統(tǒng)中的最底層SCADA系統(tǒng)示意圖

在管道運輸過程中，一般通過穩(wěn)定執(zhí)行基于ＰＩＤ控制原理制定管道運輸自動化控制程序，來實現(xiàn)管道運輸安全的監(jiān)測與控制PID控制第四節(jié)管道運輸控制方法3.管道運輸控制基本原理PID控制原理表達式

式中:ｕ(ｔ)———PID控制器的控制輸出值ｋｐ———比例系數(shù)ｅ(ｔ)———PID控制器的控制偏差(給定目標值與實際測量值的偏差)Ｔｉ———積分時間常數(shù)Ｔｄ———微分時間常數(shù)

2019年12月９日國家管網集團正式成立，統(tǒng)一負責全國油氣干線管網的建設和運行調度，推進“全國一張網”建設，在應急保供下可統(tǒng)一調度所有互聯(lián)互通管網，以提高油氣管網安全運行系數(shù)和管輸保障能力然而，在國家管網集團建立初期，受管網設施建設和互聯(lián)互通不充分、油氣管網運營機制不完善等多方面因素影響，我國油氣管網設施開放數(shù)量仍然較少、開放層次相對較低管輸行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀第五節(jié)管道運輸市場運營1.管道行業(yè)發(fā)展模式

一部制收費法是對所有用戶，按單一運價和實際管輸量收取管輸費用，即“使用收費不使用不收費”一部制第五節(jié)管道運輸市場運營2.管道運輸收費方法

兩部制兩部制收費法有兩種收費依據(jù)將用戶預定的管輸能力作為收費依據(jù)，稱為管輸容量費將實際管輸量作為收費依據(jù)，稱為管輸使用費

系統(tǒng)運營商給定服務價格，即先申請使用者先獲取服務先到先得第五節(jié)管道運輸市場運營3.管道運輸容量分配

招標拍賣一般在管輸需求高于系統(tǒng)最大輸送能力時，采用招投標或者拍賣的方式對容量進行分配，以公平、公開的方式最大限度發(fā)揮管道系統(tǒng)服務能力按比例分配按比例分配方式是系統(tǒng)運營商給定服務價格，按照用戶需求比例分配管輸服務

容量交易市場是指將儲運系統(tǒng)的工作容量作為交易物品進行買賣，使得托運方能購買儲運服務容量交易市場第五節(jié)管道運輸市場運營4.管道運輸容量交易市場及交易平臺容量交易平臺

儲運系統(tǒng)運營商應通過網絡預訂平臺提供服務，可自行運作，也可以通過一個合作方代表運營商來運作國家管網交易平臺國家管網交易平臺Contents第一章管道交通運輸系統(tǒng)概述第二章管道運輸系統(tǒng)規(guī)劃與設計第三章管道運輸設備與設施第四章管道運輸系統(tǒng)運行與控制第五章管道運輸系統(tǒng)應急與維護第五章管道運輸系統(tǒng)應急與維護第1節(jié)運輸管道檢測方法第2節(jié)運輸管道監(jiān)測方法第3節(jié)運輸管道安全評價第4節(jié)運輸管道事故后果與應急管理一、運輸管道檢測方法管道失效主要由材料缺陷、腐蝕、外部干擾、人為誤操作、自然災害等原因造成，通常表現(xiàn)為管道斷裂、管道變形、管道表面損傷3大類。1、管道涂層檢測技術是在對管道不開挖的前提下采用專用設備在地面非接觸性地對涂層的綜合性能進行檢測，進而指導管道業(yè)主對管道涂層狀況的掌握并及時進行維護，保證涂層的完整性及完好性。標準管/地電位檢測技術皮爾遜檢測技術密間距電位測試技術PCM多頻管中電流技術多頻管中電流測試原理破損處會有電流突變一、運輸管道檢測方法2、管道無損檢測技術指采用物理或化學的方法，在不損壞管道結構的前提下對管道的缺陷進行評價和診斷。相控陣超聲檢測技術：通過電子技術來實現(xiàn)對聲束的掃查方向和聚焦深度的控制，可以用同一個探頭來實現(xiàn)對不同壁厚、不同管徑、不同材質管道焊縫的檢測。超聲導波檢測技術：通過特殊激勵模式產生縱波、扭轉波和彎曲波，沿管壁向前傳播，在遇到管壁缺陷后，一定比例的能量被反射回探頭，從而對缺陷進行定位和定量分析。微波點頻檢測技術：根據(jù)微波傳輸波數(shù)與電磁波頻率的關系，分析由油氣管道材料表面(或內部)反射微波幅度、頻率、相位隨材料表面(或內部介質特性)變化規(guī)律。相控陣超聲檢測技術一、運輸管道檢測方法3、管道智能內檢測技術是在不影響油氣管道輸送條件下，通過使用智能檢測設備完成對管道存在缺陷的檢測。漏磁檢測技術：建立在如鋼管、鋼棒等鐵磁性材料的高磁導率特性上的一種檢測技術。超聲波檢測技術：用靈敏的儀器接收和處理采集到的聲發(fā)射信號，通過對聲發(fā)射源特征參數(shù)的分析和研究，推斷出材料或結構內部活動缺陷。渦流檢測技術：是以電磁場理論為基礎的電磁無損探傷方法?；诠鈱W原理的無損檢測技術：能夠對管道內表面腐蝕、斑點、裂紋等進行快速定位與測量過程，具有較高的檢測精度且易于實現(xiàn)自動化。管道漏磁內檢測二、運輸管道監(jiān)測方法1、管道應力應變光纖監(jiān)測技術光纖既作為傳感元件，又作為傳輸元件，其利用光在光纖中的散射原理，對沿光纖軸向分布的外界參數(shù)進行連續(xù)分布式測量，獲得被測物理量空間分布狀態(tài)以及隨時間變化的信息。二、運輸管道監(jiān)測方法2、腐蝕監(jiān)測技術3、泄露監(jiān)測技術電阻法線性極化法電化學噪聲法恒電量技術電化學阻抗法腐蝕電位法電感探針場指紋法超聲原理的腐蝕監(jiān)測技術基于硬件：直接觀察法、檢漏電纜法、放射性示蹤法、光纖檢漏法；基于軟件：質量體積平衡法、實時瞬變模型法、壓力點分析法、神經網絡法、統(tǒng)計分析法。圖７-５-2監(jiān)測探頭波導結構及探頭安裝三、運輸管道安全評價1、管道剩余強度評價2、運輸管道剩余壽命預測美國機械工程師學會制定的《腐蝕管道剩余強度評估手冊》、《合于使用評價》

等標準；我國制定的相應標準有《油氣輸送管道完整性管理規(guī)范》、《含缺陷油氣輸送管道剩余強度評價方法》管道剩余壽命預測方法：腐蝕壽命、裂紋擴展壽命、損傷壽命等；假設所有金屬損失為均勻腐蝕缺陷，通常采用全壽命/半壽命預測方法，計算缺陷的增長速率全壽命法腐蝕生長速率

半壽命法腐蝕生長速率

GR——腐蝕速率，ｍｍ/年；di——檢測時腐蝕缺陷深度，ｍｍ;d0——初始制造缺陷深度，通常取０；Ti——檢測時間；T0

——管道投產時間。三、運輸管道安全評價管道剩余壽命預測步驟：管道腐蝕壽命RL——管道腐蝕壽命，年；C——校正系數(shù)，取0.85；SM——安全裕量；MAOP——管段的最大運行壓力，MPa。壁厚法——計算管道安全運行所允許的最小壁厚tmin——管道所允許的最小壁厚，mm臨界深度法——可計算出在當前運行壓力下金屬損失缺陷的臨界深度d1d1——管道當前運行壓力下臨界深度，與缺陷的長度有關，ｍｍ；di——管道缺陷深度，ｍｍ

四、運輸管道事故后果與應急管理1、運輸管道事故后果輸送氣體管道泄漏天然氣以氣態(tài)形式在輸氣管道內流