物流设施与设备第六章

物流设施与设备第六章管道运输设施2第一节管道运输概述1861年在美国宾夕法尼亚洲最初使用木制油槽从油矿把原油输送至聚油塔，后改制以铁管代替。世界上第一条实用运输管道，是美国于1957年在西弗吉尼亚州建成的水力输煤管道，全长110公里，管道直径254毫米，每年运输100万吨煤。3第一节管道运输概述管道运输业是中国新兴运输行业，是即铁路、公路、水运、航空运输之后的第五大运输业，它在国民经济和社会发展中起着十分重要的作用。管道运输是利用地下管道将原油、天然气、成品油、矿浆、煤浆都介质送到目的地。2006年末，全国输油（气）管道里程为48226公里，其中输油管24136公里，输气管24090公里。2006年底，管道输油（气）能力为66948万吨/年，其中输油能力57530万吨/年，输气能力9418千万立方米/年。4第一节管道运输概述2007年，中国已建油气管道的总长度约6万千米，其中原油管道1.7万千米，成品油管道1.2万千米，天然气管道3.1万千米。中国已逐渐形成了跨区域的油气管网供应格局。随着中国石油企业“走出去”战略的实施，中国石油企业在海外的合作区块和油气产量不断增加，海外份额油田或合作区块的外输原油管道也得到了发展。5第一节管道运输概述世界管道物流运输的发展现状采用管道运输和分送固、液、气体的构想已经有几百年的历史了，现有的城市自来水、暖气、煤气、石油和天然气输送管道、排污管道可以看作管道物流的原始形式。目前固体货物的输送管道正在兴起，这类管道物流运输形式可分为气力输送管道、浆体输送管道、囊体运输管道。6第一节管道运输概述中国—俄罗斯—日本石油管道之争7第一节管道运输概述中国—俄罗斯—日本石油管道之争8第一节管道运输概述气力输送管道在20世纪，开始通过管道采用气力或水力的方法来运输颗粒状的大批量货物，气力管道输送是利用气体为传输介质，通过气体的高速流动来携带颗粒状或粉末状的物质。可输送的物质种类通常有煤炭和其它矿物、水泥、谷物、粉煤灰以及其它固体废物等等。第一个气力管道输送系统是1853年在英国伦敦建立的城市管道邮政系统；随后，在1865年，由Siemens&HalskeCompany在柏林建立了德国第一个管道邮政网，管道直径为65mm，该系统在其全盛时期的管道总长度为297km，使用达100余年，在西柏林该系统一直运行到1971年，在东柏林直到1981才停止使用。近年来，管道气力输送开拓了一个新的应用领域——管道废物输送，在欧洲和日本的许多大型建筑系统，都装备了这种自动化的垃圾处理管道，位于美国奥兰多的迪斯尼世界乐园也采用了这种气力管道系统，用于搜集所产生的垃圾。9第一节管道运输概述在管道气力输送中，最重要的是吹动固体颗粒需要较高的气流速度，特别是固体颗粒直径或密度较大时就更是如此。在气力输送中，管道的磨损和能量消耗也是较高的。因此，管道气力输送的经济、实用的输送距离通常是很短的，一般不超过1km。在特殊情况下，如美国在建造胡佛大坝和大古力水坝时，就采用了大约2km长的气力管道来输送水泥，这是相当长的气力输送管道。气力输送管道多见于港口、车站、码头和大型工厂等，用于装卸大批量的货物。美国土木工程师学会(ASCE)在报告中预测：在21世纪，废物的管道气力输送系统将成为许多建筑物(包括家庭、医院、公寓和办公场所等)常规管道系统的一部分，可取代卡车，将垃圾通过管道直接输送到处理厂。这种新型的垃圾输送方法有望成为一个快速增长的产业。10第一节管道运输概述浆体输送管道浆体输送是将颗粒状的固体物质与液体输送介质混合，采用泵送的方法运输，并在目的地将其分离出来。输送介质通常采用清水。浆体管道一般可分为两种类型，即粗颗粒浆体管道和细颗粒浆体管道，前者借助于液体的紊流使得较粗的固体颗粒在浆体中成悬浮状态并通过管道进行输送，而后者输送的较细颗粒一般为粉末状，有时可均匀悬浮于浆体中。和气力输送类似，粗颗粒浆体管道的能耗和对管道的磨损都较大，通常只适用于特殊材料(如卵石或混凝土)的短距离输送；而细颗粒浆体管道则相反，由于能耗低、磨损小，在运输距离超过100km时，其经济性也比较好。如美国的BlackMesa煤浆输送管道总长438km，管道直径为456mm，每年从亚利桑那州的一个煤矿运输460万吨的煤到内华达州的一个发电厂，该管道系统从1970年一直成功地运行到现在。11第一节管道运输概述美国土木工程师学会预测，这种方法将来可应用于从自来水厂或污水处理厂向污泥处理厂或污泥填埋场输送污泥，这方面的应用虽然目前还没有，但将来可能会变得非常普遍。12第一节管道运输概述囊体运输管道囊体运输管道又可分为气力囊体运输管道(PCP)和水力囊体运输管道(HCP)两类。PCP利用空气作为驱动介质，囊状体作为货物的运载工具。由于空气远比水轻，囊体不可能悬浮在管道中，为了在大直径管道中运输较重的货物，必须采用带轮的运输囊体。PCP系统中的囊体运行速度(10m／s)远高于HCP系统(2m／s)，所以，PCP系统更适合于需要快速输送的货物(如邮件或包裹、新鲜的蔬菜、水果等)；而HCP系统在运输成本上则比PCP系统更有竞争力，适合于输送如固体废物等不需要即时运输的大批量货物。13第一节管道运输概述大部分气力管道系统是在19世纪的下半叶到20世纪的上半叶兴建并投入运行的，这里值得一提的是20世纪60年代初德国汉堡的大直径管道邮政系统，其管道直径为450mm，由于运输工具的尺寸和重量较大，其下部安装有滚轮，运输速度为36km／h。从技术上来看，该系统运行一直非常良好，但是由于该系统的时代性，终于在1976年经历了16年之后由于经济原因而关闭。英国伦敦在1927年建成了一个被称为“MailRail”的地下运输系统，用于在伦敦市区的邮局之间进行邮件传送，该系统至今仍在运行之中；另外，在伦敦还有一条新的自动化地下管道运输系统，管道的内径为2.74m，每辆运输车的运输能力为1吨，行驶速度可达60km／h。14第一节管道运输概述管道运输的特点管道运输具有以下特点运量大。一条输油管线可以源源不断地完成输送任务。根据其管径的大小不同，其每年的运输量可达数百万吨到几千万吨，甚至超过亿吨。一条管径为720毫米的管道就可以每年运送易凝高黏原油2000多万吨，一条管径l200毫米的原油管道年运输量可达1亿吨。占地少。运输管道通常埋于地下，其占用的土地很少；运输系统的建设实践证明，运输管道埋藏于地下的部分占管道总长度的95%以上，因而对于土地的永久性占用很少，分别仅为公路的3%，铁路的10%左右，在交通运输规划系统中，优先考虑管道运输方案，对于节约土地资源，意义重大。15第一节管道运输概述管道运输的特点管道运输具有以下特点管道运输建设周期短、费用低。国内外交通运输系统建设的大量实践证明，管道运输系统的建设周期与相同运量的铁路建设周期相比，一般来说要短1/3以上。历史上，我国建设大庆至秦皇岛全长1，152公里的输油管道，仅用了23个月的时间，而若要建设一条同样运输量的铁路，至少需要3年时间，新疆至上海市的全长4,200公里天然气运输管道，预期建设周期不会超过2年，但是如果新建同样运量的铁路专线，建设周期在3年以上，特别是地质地貌条件和气候条件相对较差，大规模修建铁路难度将更大，周期将更长，统计资料表明，管道建设费用比铁路低60%左右。16第一节管道运输概述管道运输的特点天然气管道输送与其液化船运(LNG)的比较。以输送300m3/a(立方米/年)的天然气为例，如建设6,000公里管道投资约120亿美元；而建设相同规模(2,000万吨)LNG厂的投资则需200亿美元以上；另外，需要容量为12.5万立方米的LNG船约20艘，一艘12.5万立方米的LNG船造价在2亿美元以上，总的造船费约40亿美元。仅在投资上，采用LNG就大大高于管道。管道运输安全可靠、连续性强。由于石油天然气易燃、易爆、易挥发、易泄露，采用管道运输方式，既安全，又可以大大减少挥发损耗，同时由于泄露导致的对空气、水和土壤污染也可大大减少，也就是说，管道运输能较好地满足运输工程的绿色化要求，此外，由于管道基本埋藏于地下，其运输过程恶劣多变的气候条件影响小，可以确保运输系统长期稳定地运行。17第一节管道运输概述管道运输的特点管道运输耗能少、成本低、效益好。发达国家采用管道运输石油，每吨千米的能耗不足铁路的1/7，在大量运输时的运输成本与水运接近，因此在无水条件下，采用管道运输是一种最为节能的运输方式。管道运输是一种连续工程，运输系统不存在空载行程，因而系统的运输效率高，理论分析和实践经验已证明，管道口径越大，运输距离越远，运输量越大，运输成本就越低，以运输石油为例，管道运输、水路运输、铁路运输的运输成本之比为1:1:1.7。18第一节管道运输概述管道运输的特点灵活性差。管道运输不如其他运输方式（如汽车运输）灵活，除承运的货物比较单一外，它也不容随便扩展管线。实现“门到门”的运输服务，对一般用户来说，管道运输常常要与铁路运输或汽车运输、水路运输配合才能完成全程输送。此外由于运输量明显不足时，运输成本会显著地增大。19第二节管道运输设施一、输油管道设施输油管道由管道线路工程、管道站库工程和管道附属工程三部分组成。管道线路工程是用管子、管件、阀门等连接管道起点站、中间站和终点站，构成管道运输线路的工程。是管道工程的主体部分。20第二节管道运输设施一、输油管道设施包括：①管道本体工程。即由管子、管件组焊成整体的工程。②管道防护结构工程。包括管道内、外壁防腐，管道保温层等工程。管道防腐的通用方法是涂层防腐加阴极保护。③管道穿跨越工程。包括穿越铁路、公路的工程，穿跨越河流、峡谷的工程，穿山隧道工程，穿越不良地质地段的工程等。21第二节管道运输设施一、输油管道设施包括：④线路附属工程。包括支线、预留线的管道阀门设施、紧急截断阀门装置、管道排气或排液设施、管道线路检测仪表、线路保护和稳管构筑物、地面架设管道的支承结构、线路标志等工程。管道线路工程的建设程序是先进行路由选择，即确定管道由起点至终点的基本走向，也就是确定管道的平面位置；然后进行地质、水文勘察和地形测量等工作，在此基础上进行线路设计；按设计进行施工。埋地管道的施工程序为线路开拓、管材预加工（通常包括将两根管子焊接成一根管子，管材除锈，涂敷防腐层）、挖沟、运管和布管、弯管和组装、焊接、质量检验、试压、下沟、回填、恢复地貌、设置标志（如里程桩、埋设位置标志、穿跨越标志、航空巡视标志等）。22第二节管道运输设施一、输油管道设施站库工程是沿管道线路建设站库的工程。站库按管道输送的介质和作用分为输油站和输气站；按所处位置分为起点站(首站)、中间站和终点站(末站)。各种站库工程各有其特点，但一般站库工程包括管道动力系统工程，监控系统工程，通信系统工程，水源和给排水系统工程，消防系统工程，油气储存、加压、加热、计量、收发装卸、工艺辅助等系统的工艺系统工程，以及防雷和排除静电设施、管道防护设施、维修设施、生活用建筑、土石方平整、站内道路等工程。23第二节管道运输设施一、输油管道设施管道附属工程主要包括沿管道线路修建的通信线路工程、供电线路工程、道路工程等。此外，还有建设管理机构、维修机构和生活设施等工程。有的管道还有专用的燃料供应系统工程。在永冻土地区，还须有平行于管道的供冷系统工程，以使永冻土不解冻。24第二节管道运输设施一、输油管道设施长距离输油管道由输油站与线路两大部分组成。输油站的主要功能是给油品加压、加热。管道起点的输油站称首站，其任务是接收来自油田、炼油厂或港口的油品并经计量后输向下一站。输送过程中由于摩擦、地形高差等原因，油品压力不断下降，因此在长距离管道中途需要设置中间输油泵站，给油品增压。对于加热输送的管道，油品在输送过程中温度逐渐下降，需要有中间加热站给油品升温。输油泵站与加热站设在一起的称热泵站。管道中点的输油站称末站，其任务是接收管道来油，向炼油厂或铁路、水路转运。末站设有较多的油罐，以及用于油品交