油气储运技术的发展

油气储运技术的发展（转载） 2006-12-31 10:13

管道运输是综合运输体系的重要组成部分，在国民经济发展中占有重要的地位。管道运输具有输送能力大、劳动生产率高、能耗少、成本低、运输安全可靠、输送产品损失少、易于实现自动化控制等优点，这些独特的优势使得管道业发展迅速。以美国管道业为例，第一条天然气管道建于１８９１年，管道全长１９３公里，靠气田地下压力输送。在１００多年的时间里，美国管道业发展十分迅速，管道里程在世界属首位。到２００３年，液体管道里程达到２６×１０４公里，州际天然气管道达到４６×１０４公里。管道输送工艺、制管水平、防腐、自动化以及运营管理等技术也得到飞速发展，技术的发展可以使管道延伸到世界的各个角落。

我国管道事业起步较晚，最早的一条原油管道是新疆的克乌原油管道，长度仅为１４０公里。到目前为止，我国原油管道已经初步形成网络，管道建设、运营技术水平也有了很大提高。虽然与世界管道发达国家还有较大差距，但经过广大科技人员的努力，也取得了一定的成果，甚至在有些领域已经达到国际先进水平。

一、原油流变性

我国盛产多蜡原油，多蜡原油的输送一直是中国石油管道公司管道科技中心的重点研究领域，而多蜡原油的输送工艺最大的特殊点主要来自原油的流变性。为此，管道科技中心的科技人员从多蜡原油的粘度反常现象开始入手，研究揭示了在较窄的温度范围内从牛顿流体到非牛顿流体的变化，表现为假塑性、触变性、屈服假塑性等流变行为。又研究了多蜡原油的温度历史和剪切历史对流变性的影响，为多蜡原油低温输送提供了技术支持。几十年来，在原油流变学应用基础、工业应用和测量技术等方面取得了一系列成果。 １．流变学基础研究成果

研究与开发新型输油工艺，采用一些物理或化学的方法对原油进行改性，尽管作用机理不同，但宏观效果都在于改善原油的低温流变性，因此输油工艺与原油的流变性密不可分。多年来，为更好地对原油的流变性进行评价，国内一些单位开展了下列工作，初步确定了原油流变性评价体系，取得了一定的研究成果。 （１）含蜡原油相态与流型变化规律，以及表征其变化的温度参数； （２）含蜡原油触变性及其全流变曲线；

（３）温度历史、剪切历史对含蜡原油流变性的影响； （４）原油流变特性改性技术及综合处理管输工艺的实施；

（５）原油流变特性评价体系的初步建立与室内模拟试验方法的初步研究。

将继续开展的研究还有原油析蜡点、反常点、显触点、失流点和凝点；粘度—温度、屈服值—温度关系；析蜡强度和析蜡分布；原油触变性；原油全流变曲线和流形分析；全粘温曲线测试方法等。 ２．流变测试手段

由于含蜡原油在低温下为极其复杂的流体，其流动阻力与流动过程中的温度变化历史和流动剪切变化历史有关，室内传统的泵—罐—管组成的环路，不能模拟原油在管道中长时间、长距离的流动过程。虽然通过各种办法尽量减少泵与罐对管道流场的影响，但回避不了原油进入泵加压重新进入管道的过程，而且泵的重复剪切也会改变原油的流动特性，从而使研究价值大大降低。科技中心的科技人员通过研究，提出了一种全新的研究方法和手段，开发研制成功了磁力驱动式环管流变测试装置。它将环道首尾相连，内置铁制驱动塞，由管外的磁场力带动管内驱动塞推动管内流体的流动，从而实现了在试验室用较短的管道来模拟无限长管道内流体的流动，而流体不经过剪切，一举改变了非牛顿流变试验研究没有合适管流模拟手段的窘迫局面。

该装置主要特点在于首次在国内外实现流体在环形管道内反复无限循环流动的过程，并将此过程应用于非牛顿流体流变性研究之中。首次应用磁驱动力实现对环形管道内流体的非接触方式驱动，避免了试验流体频繁过泵剪切。该项技术的开发填补了国内空白，装置获得国家发明专利。该装置一直用于试验室流变性模拟研究，测量精度在某些测量范围内，精度高于其它类型的精密流变仪。 二、输送工艺 １．原油管道

对多蜡原油而言，加热输送虽然行之有效，但加热输送能耗高、停输再启动困难等缺点迫使广大科技人员一直在寻求取代的方法，特别是东部油田处于开采中晚期，管道输量低于设计输量，甚至低于允许设计输量。在这种情况下，加热输送的热力条件不能满足管输要求，常会出现输送困难，甚至有凝管的危险。为避免管道凝管，常采用正反输交替进行，浪费了巨大的能源。在保证完成输油任务前提下，科技人员一直在寻求革新输油工艺的方法。 １ 低输量输送技术

低输量问题，特别是含蜡原油热输管道的超低量输送，一直是威胁部分管道安全输油的主要问题。加剂综合处理技术正是为解决管道低输量问题而研究的一种输送工艺。马惠宁输油管道是最早采用加剂综合处理输送工艺的一条管道，由于马岭原油物性较好，夏季可常温输送，春秋季采用热处理输送，冬季采用添加降凝剂综合处理技术输送，实现了一炉到底，省去了沿线的几座加热炉。正是由于马惠宁管道加剂综合热处理技术的成功应用，极大地促进了东部低输量管道的新工艺探索，先后针对低输量管道开展了输油工艺的研究，并取得成功。主要研究成果如下：

①中洛复线低输量运行研究； ②濮临线降凝剂输送研究；

③降凝剂复配及魏荆线低输量运行研究； ④鲁宁管道的加剂输送；

⑤苏丹混合油加剂常温输送工艺研究。

通过研究，基本实现了上述管道加剂常温输送，为国家作出了巨大的贡献。 （２）增输改造及混合输送技术

管道的增输主要是针对西部油田，以解决原油产量逐年增加、原有管道因老化输油能力不能满足输送要求的问题。特别是马惠宁输油管道，由于油田产量增加，管道输量将达到２００～２３０×１０４吨，原油的管道热力条件和水力条件满足不了输量的要求。为解决这个问题，开展了马惠宁管道增输改造和添加减阻剂技术研究。主要是在马惠宁已获得的节能效果的热处理、综合处理输油工艺的基础上，再次对该线做更深层次的节能技术改造。通过研究，最终实现马惠宁管道由原８５摄氏度的综合处理温度降到７５摄氏度，从而燃油单耗节省０．５３千克／吨，提出并实现了６、９月份不加热输送运行工艺，两个月节约燃油２９６．７吨，节省技术改造设备一次性投资２００万元。

针对新疆原油外输开展了库鄯线输送新星原油输送技术研究及经济评价和库鄯线常温输送与大落差地段工艺条件技术研究。其中库鄯线常温输送与大落差地段工艺条件技术研究课题获集团公司科技进步一等奖。还对水环输送工艺、原油磁处理工艺等进行了有益的探索。 （３）目前进行的重点研究项目

为配合东部原油管网节能技术改造和优化运行，开展了东北输油管网优化运行工艺研究、大庆原油结蜡规律研究、大型油罐低温储存技术研究、含蜡原油管道输油温度确定方法研究等一系列节能改造技术课题研究，为管道节能降耗、安全运行打下了良好的基础。油气管道仿真软件作为储运工艺研究的重要技术支持手段，已经引起了管道业内人事的广泛重视，管道科技中心全面引进国外先进的仿真软件并进行二次开发，通过软件可以全面制定现场试验的安全准确性，降低试验风险，同时还可以提高工艺研究人员的设计水平，使得工艺研究真正立足于设计而高于设计的目标，更好地满足管道工艺技术的要求。 ２．天然气管道

天然气作为２１世纪的清洁能源已经引起各国的极大关注，管道作为天然气输送唯一的运输手段在世界发达国家得到迅速发展，天然气管道里程已经远远超过液体管道。我国由于天然气利用水平较低，早期天然气管道主要集中在四川。

随着我国环保意识的增强，最近几年天然气管道得到迅速发展，相继建成了陕京、涩宁兰、沧淄等输气管道，西气东输管道已经全面开工，还将建设忠武、中俄等管道。随着管道技术的发展，必须采用先进的技术来保证管道的建设和运行，同时也给天然气管道科研提供了用武之地。 （１）内涂层减阻技术

天然气管道内涂层减阻技术应用研究，就是随着西气东输管道建设而开展的一项研究课题。内涂层减阻技术在国外比较成熟，几乎在所有干线天然气管道上都无一例外地使用了内涂层。也就是说，天然气使用内涂层在技术上应该是可行的，但经济上是否可行就要看管道具体情况。因为影响内涂层经济性因素较多，如粗糙度、管径、管长等，但裸管和加内涂层后粗糙度的差是影响经济性最为关键的因素。以前我国裸管粗糙度都是取２０微米，但经过调研和国内管道实际反推计算，最终确定我国干线输气管道新管裸管粗糙度应在４０～４５微米之间，并把这一结果应用到了西气东输管道工程设计中。经过方案对比分析，最终确定西气东输加内涂层是经济的，技术是可行的。内涂层减阻技术的应用为西气东输节约建设资金７亿元，每年节约燃气费用１．６亿元。减阻性内涂层涂料抗高压起泡性能是判定涂料优劣的重要依据，我国以前没有进行此项试验的装置，为配合西气东输内涂层的使用，对涂料进行评价测试，自行开发了内涂层起泡试验装置，满足了西气东输管道的要求，填补了国内空白，获得国家发明专利。 （２）管道的干燥技术

天然气管道干空气干燥技术是天然气管道投产必不可少的保障。按照输油气管道线路工程施工与验收规范的要求，除非特殊情况，新建天然气管道试压推荐采用洁净水作为试压介质，那么如何有效、经济地完成干燥工作，对管道的投产及今后的管道运行至关重要。过去我国个别管道就曾出现过管道水试压后，没能进行有效彻底的干燥，使得管道运行过程中出现气质不合格问题，更为严重的是，管道冬季运行时出现冰堵现象。为了避免类似的事故发生，满足管道要求，开展了新建天然气管道干燥技术研究工作。通过对各种干燥方法的原理、设备构成、运行工艺构成等研究，确定了各种干燥方法的优缺点和适用范围，现场的实施要点。通过对国外输气管道干燥工程的案例分析，找出了工程进行过程中的成功或失败因素。最终确定干空气低压吹扫干燥法用于涩宁兰管道的干燥，这在国内也是首次使用。实践证明，干空气法用于管道的干燥可大大缩短工程时间，节约工程费用，并很快应用到京石、沧淄输气管道的干燥工程中。 （３）管道气体试压技术

天然气管道试压一般采用水试压，但一、二类地区可以采用气体进行试压。本项研究主要针对西气东输一、二类地区缺水不能用水试压的现状，开展了天然气管道气体试压的技术研究，为西气东输管道气体试压提供了相应的试压标准要求，为领导决策提供了依据。天然气管道涉及到的技术领域广泛，研究工作只是刚刚开始，随着管道技术的发展，我们将逐步进行天然气地下储气库建设、风险评估以及优化运行、天然气管道泄漏检测与定位技术、腐蚀监测等技术的研究与

开发，为天然气管道建设与运营保驾护航。 ３．成品油管道

成品油管道是一个复杂的管道输送系统，利用同一条管道要顺序输送不同品种的油品，技术要求较高。国外在成品油输送方面技术成熟，并已经成功地应用了数十年。我国真正意义上的成品油管道只有兰成渝一条，而且此条管道地理条件复杂，在引进国外先进技术的同时，我们并没有放弃自己的研究。针对兰成渝管道开展了兰成渝管道非石方段外防腐层优化选择研究、多出口成品油管道运行与管理研究、成品油管道运行工艺研究及质量预测、兰成渝管道投产方案研究和兰成渝管道维抢修技术系列课题等研究，为兰成渝管道顺利投产和运行打下良好的基础。利用科技中心自主开发的成品油调度计划软件，兰成渝成品油管道已于去年１１月初顺利投产成功。 三、油品添加剂

这里所说的油品添加剂主要指降凝剂和减阻剂。在加剂输送工艺中，初期只是针对原油对化学剂进行筛选，对什么样的原油选择什么样的降凝剂只是简单的从加剂后原油的凝点、粘度等参数变化来确定降凝剂的效果，而不了解降凝剂的化学组成和结构，这就极大地限制了降凝剂的筛选。随着对降凝剂的化学组成和结构的了解以及降凝机理的研究和掌握，广大的科研人员已经不仅仅满足于使用国外降凝剂，开始合成自己的降凝剂。管道科技中心先后研制成功了ＧＹ２ＧＹ３ＮＪＮ型大庆原油新型降凝剂、苏丹原油降凝剂，降凝效果超过国外同类产品。特别是苏丹混合油高效降凝剂和输送工艺的研究，使含蜡量高达３４．６４％的苏丹混合油在长达１５０６公里的管道上最终实现全年常温输送，沿线减少建设四座加热站，节省总投资达６０００万美元，并在随后的生产运行过程中，多次实现了事故性长时间停输后顺利再启动，有利地保障了管道的安全运行。苏丹混合油高效降凝剂的改性效果和本身的物性均优于国外同类降凝剂产品，达到国际领先水平。该项研究成果获得２００１年度中国石油天然气集团公司科技创新二等奖。

减阻剂是一种广泛用于原油、成品油管道输送的化学添加剂。在压力不变的情况下使用减阻剂可以提高管道的输量，在输量一定的条件下使用减阻剂可以降低管道的压力，节约能源，提高管道的安全系数。多年来，减阻剂作为一种高新技术一直被国外几个国家所垄断，价格居高不下，给国内应用减阻剂带来困难。管道科技中心经过多年研究，研制成功了ＥＰ—Ｗ系列原油减阻剂，通过中试放大生产试验，最终实现了工业化生产，填补了国内空白，产品达到了国外先进水平，产品成功地在国外苏丹原油管道上应用，解决了生产上增输的困难，增输效果明显，给企业带来上亿美元的巨大效益。同时，在青海油田、长庆油田管道上应用，得到用户的肯定。ＥＰ系列减阻剂的研制成功结束了国外垄断的局面，迫使国外产品价格回调，给国家节约了大量外汇。减阻剂研制的成功对输油业而言是一场巨大的革命，可以使输油生产发挥最大的潜力，增大管道输送的弹性。因此，研究成果获得了２００２年度中国石油天然气集团集团公司科技进步一等奖，产品获得国家新产品证书。目前正在开发成品油系列减阻剂，不久即将投入

生产和使用。

四、管道安全运营

我国原油管道主要集中在东部，多数已经运行２０～３０年。在今后相当长的一段时间内，东部管道还将肩负原油输送的重要使命，如何保证在役原油管道的安全、高效运营，将是今后的主要工作。

要保证管道安全运行，首先要知道管道的安全状况，预知管道的薄弱区和事故隐患所在，通过视情维修、更换来最大限度地降低管道的运营风险，提高管道的运营管理水平。国外主要对在役管道实行风险管理，美国法律明确规定对新建管道要进行风险评估，在役管道要定期进行评估。

所谓风险评估和风险管理就是利用风险技术对将要发生的事故、时间、后果、影响及其可能性的大小，以及各种技术经济效果进行准确的量化分析，给出可接受的风险水平、风险控制方法和原则，提出减少系统风险的有效措施。 （１）加强管道的内检测。管道的内检测数据是安全评价和风险分析的基础，因此美国管道安全办公室就颁布４９ＣＦＲ１９２和４９ＣＦＲ１９５两个文件，规定了内检测的要求。我国也于２０００年４月颁布了国务院１７号令，明确规定了新建管道和已建管道必须定期进行内检测。我国虽然也引进了管道内检测器，但检测率不高，应扩大检测范围，并建立档案和检测数据库。

（２）建立判定标准。管道何时更换管段、何时更换涂层、何种情况下不必维修，必须有合适的标准，标准太高会造成不必要的维修和资金的浪费，标准太低会使一些需要采取措施的管段不能得到及时的更换和维修，造成管道风险加大。国外管道公司多数参照ＡＳＴＭＢ３１Ｇ标准。

（３）进行管道风险评估和寿命预测。国外在风险和残余寿命评估方面起步较早，如ＮＯＶＡ公司拥有着１５６００公里管道，多数已经运营３０年，他们集中技术力量研制风险评估专家系统软件，对所属管道进行全面的评估，对风险较高的管段加以整治，使管道进入了允许的风险范围，管道事故率极低。我国在此方面起步较晚。几年来科技中心会同大学、研究院所、兄弟单位一起开展了管道的安全评价方法及数据库研究，原油长输管道的风险评估与风险管理研究，马惠宁管道水土灾害防治，腐蚀管道安全评定研究等研究工作，取得一系列研究成果，为管道的评价打下了一个良好的基础。

腐蚀管道安全性评价主要是针对在役长输管道，全面考虑管道的运行工况、敷设结构、管体的腐蚀状况和管道的腐蚀环境，分别对体积型腐蚀缺陷和裂纹型缺陷管道建立安全评价模型。可以对单个局部缺陷进行安全评价，也可以在管道检测数据的基础上对管道进行全面评价，确定不同工况下管道的安全性，实现管道不同运行阶段的安全性预测。所研究的腐蚀管道安全动态管理综合系统软件已经成功的用于管道现场，先后对庆铁线、铁秦线、秦京线、鲁宁线安全性评价，轮库线安全评定和疲劳剩余寿命预测，为老管道的维修决策提供了决策依据。但由于我国管道内检测不普及，使得管道的评价只能在已经有检测数据的管道上进

行。因此，管道的内检测及其数据库、管道腐蚀数据库建设等必须引起足够的重视。

五、结束语

进入２１世纪以来，国际和国内油气管道事业正以迅猛的速度发展。管道的发展离不开科技的进步，因此我们将紧紧围绕管道业务的发展组织科技攻关，努力攻克一批重点关键技术，不断提高管道核心技术水平。多年来，科技中心取得了一系列科研成果，以此为基础，管道科技中心在未来３至５年内将重点致力于培育支持油气储运工艺技术群、管道化学添加剂技术群、管道完整性技术群、管道工程与运营管理技术群和油气输送生产安全高效优化技术群等五项自有核心技术的形成，全面保证以科技创新来促进油气储运技术的发展。（杨祖佩 刘广文