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集输理论课一、油气基础知识二、油气集输系统三、常用仪器仪表基础知识四、油气集输系统的消防知识一、油气基础知识1.石油的组成和分类（1）石油的组成石油是一种粘稠液体，具有可燃性，在一定温度条件下，可以从液态变为固态。原油是由碳、氢两种元素构成的，碳、氢两种元素约占石油总质量的95%～99%，其中碳占84%～85%，氢占12%～14%，此外还含有少量硫、氧及微量的磷、钒、钾、镍、硅、钙、镁、钠等元素。石油是一种有机化合物的混合物。（2）石油的分类根据原油的成分，可把原油分为蜡基、沥青基、混合基三大类，含蜡量高的原油称为蜡基原油。沥青质、胶质多的称为沥青基原油。介于两者之间的称为混合基原油。不同产地的原油物理化学性质也有差别。我国目前已开采出来的大多数原油都属于蜡基原油。习惯上将含蜡量高、凝固点高、粘度高的原油称为“三高”原油。◆按石油的相对密度大小分类a.轻质原油：d15.60.830。b.中质原油:d415.6=0.830～0.904。c.重质原油：d415.6=0.904～0.966。d.特重质原油：d415.60.966。◆按含硫量分类a.低硫石油：含硫量小于0.5%。b.含硫石油：含硫量为0.5%～2.0%。c.高硫石油：含硫量大于2.0%。◆按含氮量分类a.低氮石油：含氮量小于0.25%。b.高氮石油：含氮量大于0.25%。◆按含蜡量分类a.低蜡石油：含蜡量为0.5%～2.5%。b.含蜡石油：含蜡量为2.5%～10%。c.高蜡石油：含蜡量大于10%。◆按胶质含量分类a.低胶石油：胶质含量小于5%。b.含胶石油：胶质含量为5%～15%。c.多胶石油：胶质含量大于15%。2.石油的物理化学性质（1）表观特性a.颜色：棕色、暗绿色、黄褐色或黑色等，常有墨绿荧光，也有无色透明的。b.气味：具有特殊气味，含胶质和沥青越多的石油，颜色越深，气味越浓；含硫化氢或氮化合物时有臭鸡蛋的气味；含芳香烃越多时有特殊香味。c.流动性：随温度的变化而变化，在一定温度条件下，可以由液态变为固态。d.其它：具有可燃性和挥发性。(2)密度a.密度：把物体单位体积内所具有的质量，称为密度。用ρ表示ρ=m/v式中m—物体的质量，kg；V—物体的体积，m3；ρ—物体的密度，kg/m3。ｂ．相对密度：某物体的密度ρ与4℃纯水的密度ρ水之比称为物体的相对密度，用d4t表示。d4t=ρ/ρ水（３）粘度粘度是评价原油流动性能的指标。在原油输送过程中，粘度对流量和摩阻损失的影响很大，粘度的大小，直接影响管道输送原油时所需的动力。特别是原油运动速度较低，液体处于层流状态时，管线压降与原油粘度成正比，若采取必要的降粘措施（升温），对集输原油是十分有益的。粘度是表示液体流动时分子间磨擦而产生阻力的大小。阻力越大，流动就越困难说明液体就越粘。粘度的大小常用动力粘度（绝对粘度）、运动粘度和相对粘度（条件粘度）来表示。温度对粘度有极其重要的影响，温度升高，粘度降低，原油（油品）温度降低，则粘度增高。所以，在说明原油的粘度时，必须注明温度条件，否则粘度数据没有意义。原油（油品）在某一温度范围内，随着温度降低，粘度增大不很显著，但降低到某一温度点（反常点），随着温度降低，粘度将有显著变化，这一点在输油和生产中应引起足够重视。（４）蜡熔点、析蜡点和凝固点一般原油中含有各种不同分子量的蜡，蜡是多种高分子的直链烷烃，常温下大都呈固态。每一种单体的蜡高于一定温度时，便转化为液态烃。蜡的组成不同，转化为液态的温度也不同。蜡从固态变为液态时的温度称为蜡熔点。原油在静止状态下，开始析出固体蜡的温度称为该原油的析蜡点。不同产地的原油，含蜡量不同，析蜡点也不同。一般情况下，含蜡量高，蜡熔点高的原油，析蜡点也高。在一定条件下，当原油的温度低于析蜡点，蜡晶开始析出，当温度继续降低，析出的蜡晶互相联接，形成网络结构，从而使原油出现凝固现象，把原油失去流动性的最高温度称为原油的凝固点。原油的凝固不同于水的凝固，不是简单地上液态转变为固态，而是转变成凝胶状。故凝固后的原油介于液体和固体之间。原油凝固点的高低，主要取决于原油的化学组成和含蜡量，一般含蜡量越高的原油，其凝固点越高。两种含蜡量相近的原油，其它组分如胶质、沥青质含量多少也会影响凝固点，一般含沥青质多的原油凝固点低。原油凝固的主要原因是蜡的结晶，由于不同产地的原油含蜡量不同，其凝固点也有所不同，有的高达30℃以上，凝固点在40℃以上的原油称为高凝原油。（５）爆炸极限、闪点、燃点和自燃点a.爆炸极限当原油蒸气或可燃气体与空气混合，达到一定的浓度时，一旦接触火源，这种混合气体就剧烈燃烧，发生爆炸。并不是任何油气和空气的混合物都能闪火爆炸，只是混合气中烃或油气的浓度在一定的范围内才有可能。低于此浓度范围油气不足，高于此浓度范围则空气不足，混合气能产生爆炸时，原油蒸气或可燃气在混合气中的最低比例称为爆炸下限，最高比例称为爆炸上限。爆炸上限和爆炸下限间的浓度范围称为该原油蒸气或可燃气体的爆炸极限。油品储存和运输时所成生的油气混合物浓度应在爆炸极限以外，这样接触火源时才不会发生闪火爆炸。b.闪点由于测定爆炸范围比较麻烦,而且又不够直观,因此用安全性较直接的指标──闪点来描述。将油品在规定的条件下加热，逸出的油品蒸气与周围空气混合后的浓度达到一定量时，以火焰接近能自行闪火并又立即熄灭（闪火时间少于5s）时的最低温度为该油品的闪点。闪点是表示油品蒸发倾向和安全性能的指标。不同原油有不同的闪点。一般在20～100℃之间。根据油品闪点的高低可鉴别油品易燃着火程度油气闪火后如果没有新鲜的烃类蒸气和空气补充，火焰随即熄灭。闪火后如果源源不断地提供烃类蒸气和空气，则闪火后形成连续的火焰，这就是燃烧现象。c.燃点和自燃点油品在规定的条件下加热到一定温度，当火焰接近时即发生燃烧，且着火时间不少于5s的最低温度，称为该油品的燃点；在规定的条件下加热油品，外界无火焰，油品在空气中自行开始燃烧的最低温度，称为该油品的自燃点。油品名称自燃点℃甲苯630苯660汽油390～530煤油290～430柴油300～330油品越轻，其沸点越低，则其燃点越低，但其自燃点却越高。油品的燃点、自燃点与油品的化学组成有关。一般烷烃比芳香烃容易自燃，所以烷烃自燃点比较低(6）蒸气压和蒸发在一定温度下，液体同它液面上的蒸气呈平衡状态时，蒸气所产生的压力称该液体的饱和蒸气压，简称蒸气压。油品的蒸气压是衡量其挥发性的重要指标，其大小决定于油品性质和温度，与气体空间大小以及是否存在空气无关。原油是各种碳氢化合物组成的混合物，它在某一条件下的蒸气压，等于该条件下它的组分饱和分压之和。过大的蒸气压将影响离心泵的吸入能力和机械密封的使用寿命。物体受热由液态变为气态的现象称为蒸发。原油中含有大量易挥发的低分子碳氢化合物，由于这些组分的蒸发，容易引起火灾、爆炸等事故；造成轻质油损耗，原油数量减少，降低了油品的品质。因此在油气集输过程中，应防止原油的蒸（7)毒性原油及油品蒸气对人体产生有害作用，称为毒性。石油及石油产品毒害性，因其化学结构、蒸发快慢不同而不同。不饱和烃、芳香烃和易蒸发的油品比饱和烃和不易蒸发的油品的毒害程度大。油品对人体的毒害主要表现在蒸发气体上。它通过人体的呼吸道、消化道、皮肤三个途径进入体内造成人体中毒。中毒程度与蒸气浓度、作用时间长短有关，浓度小、时间短则轻，反之则重。在清洗和检修油罐、上罐量油、取样、接收油作业时，应按有关操作规定去做，防止中毒。（8）易产生静电石油及石油产品是导电率极低的绝缘非极性物质.在油品的收发、传输和装卸过程中，当油料沿管道流动与管壁摩擦和运输过程中，由于油流的喷射、冲击，都会产生静电。而静电电压随着摩擦的加剧而增大，当静电电位高于4V时，所产生的静电火花就达到蒸气点燃能量，足以使汽油蒸气着火、爆炸。静电电压越高，越容易放电。3.原油的物理化学性质与集输生产的关系(1)根据原油的凝固点和粘度确定原油沿管道输送的方法，如等温输送还是加热输送。(2)闪点、燃点、自燃点、爆炸极限及油品的蒸气压是确定输油泵站和联合站建设时各类场所的耐火等级、消防要求及选择输油、储油、辅助生产设备的主要依据。(3)原油粘度的大小，直接影响管道输送原油时所需的动力。当其他条件不变时，原油粘度愈大，则管路沿程摩阻损失也愈大，因此消耗的动力也就随着增多。(4)原油的凝固点是确定原油进出输油站油温的主要依据之一，当原油的凝固点较高时，常取进站油温略高于原油的凝固点3～5℃。在特殊情况下，也有取进站油温等于或低于原油凝固点，但此时必须做好一切防范措施，防止管线凝管管。当原油的凝固点较低时，进站油温常取决于经济比较。(5)原油密度是衡量油品的质量指标之一，根据密度可划分油品的等级，从而确定油品的销售价格。而且在计算原油或石油产品的重量时，也是先测出容积和密度，然后计算其重量。(6)了解并掌握原油析蜡点的特性，是掌握和分析管线结蜡情况，确定原油出站温度和清蜡周期的依据之一。4.天然气的组成和分类(1)天然的组成天然气与石油相似，主要由碳、氢、硫、氮、氧及微量元素组成，也是以碳、氢两种元素为主，其中：碳约占65%～80%，氢约占12%～20%。天然气是由化合物组成混合气体，其成分是甲烷、乙烷、丙烷、丁烷（包括正丁烷和异丁烷）以及戊烷和微量的重碳氢化合物及少量气体，如氮、硫化氢、二氧化碳、一氧化碳、氦气等。甲烷在天然气中含量最多，占42%～98%。(2)天然的分类天然气分为油田伴生气和原生气（气田气）。一般原生气中甲烷含量约占天然气总体积的90%以上，而油田伴生气中甲烷的含量占天然气总体积的80%～90%。当天然气中以甲烷含量为主，其含量大于95%以上时，则称天然气为干气；而当天然气中以甲烷含量为主，而乙烷、丙烷、丁烷等重气体烷烃和水分含量在10%以上的天然气称为湿气。干气多产自纯气藏（气田气），而湿气则多产自石油的伴生气。5.天然气的物理化学性质天然气一般无色，可有汽油味或硫化氢气味，易燃烧。由于天然气的化学组成变化大，致使其物理性质也变化很大。(1)天然气的密度和相对密度a.天然气的密度：单位体积的天然气质量称为天然气密度。不同温度和压力下单位体积天然气的质量也不同。天然气密度的表达式：ρ=m/v式中m—天然气的质量，kg；V—天然气的体积，m3；ρ—天然气的密度，kg/m3b.天然气的相对密度：标准状态下天然气的密度与干燥空气密度之比，称为天然气的相对密度。用下列公式表示：γ=ρ/ρ式中γ—天然气的相对密度；ρ气—天然气的密度，kg/m3；ρ空—空气的密度，kg/m3所谓标准状态，是指在空气压力为1个大气压（0.1Mpa）下，绝对温度在293K（20℃）的情况下。(2)天然气的膨胀与压缩性质天然气在不同的温度和压力下密度是不同的，从而呈现出膨胀性和压缩性。a.天然气的膨胀性：天然气分子间内聚力不大，分子的不规则运动，有多大容器，天然气分子就占有多大体积，所以天然气具有膨胀性。b.天然气的压缩性：天然气分子间距离很大，随着外界压力的增加，气体体积可以缩小，所以天然气具有可压缩性。(3)天然气的粘度和湿度a.天然气粘度：是表示天然气流动难易程度的一种参数。气体粘度大小与压力、温度有关。一般来说，在相同温度下，压力不大时，气体粘度与压力无关，压力较大时，气体的粘度随着压力增加而增加。气体的粘度和液体不同，在低压时粘度随着温度升高而增大。但是当压力很高时，气体粘度随温度升高而降低。b.天然气湿度：天然气中含水量的多少称为天然气的湿度。天然气中含水量多少用绝对湿度、相对湿度和露点三个参数来表示。其中：绝对湿度是指单位体积或单位质量天然气所含水蒸气的质量称为天然气的绝对湿度或含水量；相对湿度是指单位体积天然气所含水蒸气的质量与相同条件下呈饱和状态的单位体积天然气中所含水蒸气质量之比，称为天然气相对湿度；露点是指天然气中含有一定量的水蒸气，当温度下降或压力升高到一定数值时，天然气中水蒸气开始冷凝析出，此时该天然气为水蒸气所饱和，此时的温度称为天然气的露点。天然气中水蒸气的含量与天然气所具有的压力、温度及分子质量有