輸油管線設(shè)計及儲運的新技術(shù)探索與實踐

摘 要：當(dāng)前，輸油管線設(shè)計及儲運領(lǐng)域正處于快速的技術(shù)革新與實踐深入探索階段，其核心目標(biāo)在于顯著提升運輸效率、全面增強安全性、不斷優(yōu)化環(huán)保性能，同時推動行業(yè)向智能化、綠色化、高效化方向轉(zhuǎn)型升級，引領(lǐng)石油儲運新時代的到來。

關(guān)鍵詞：輸油管線設(shè)計;管道工藝設(shè)計;儲運技術(shù)

一、輸油管線的設(shè)計要點

（一）前期規(guī)劃

1.確定輸送油品的性質(zhì)

了解油品的物理化學(xué)性質(zhì)，如黏度、密度、凝固點、閃點等。例如高黏度的原油需要更大的輸送動力，凝固點高的油品在低溫環(huán)境下可能會凝固，這就需要考慮加熱措施。同時，對油品的腐蝕性進行詳細分析，如果油品中包含諸如硫化物等腐蝕性成分，那么輸油管道的材料需要具備相應(yīng)的抗腐蝕性能，可能要選用耐腐蝕合金鋼。

2.確定輸送量和輸送距離

油品輸送量根據(jù)油源產(chǎn)量和用戶需求來確定。輸送量對管道的管徑選擇有直接的影響，通常采用質(zhì)量流量或體積流量來衡量，常用的單位有立方米/小時或噸/小時。輸送距離的確定。輸送距離關(guān)系到管道的壓力損失計算和泵站的設(shè)置。長距離輸送需要考慮中間泵站來增壓，以保證油品能夠順利到達目的地。

3.沿線地理和環(huán)境調(diào)查

要進行地形地貌調(diào)查，以確定管道沿線是平原、山區(qū)還是丘陵。在山區(qū)鋪設(shè)管道時，由于地形起伏比較大，要著重考慮管道爬坡、下坡的問題，避免油品在管道內(nèi)出現(xiàn)水滑現(xiàn)象。明確地質(zhì)條件，分析土壤類型、地下水位等。例如：在軟土地基上鋪設(shè)管道，需要考慮管道的沉降問題，可能要對地基進行處理;在地下水位高的地區(qū)，應(yīng)避免管道被水浸泡而發(fā)生腐蝕[1]。了解氣候條件，包括氣溫、降水、風(fēng)速等。極端氣溫會對油品的物理性質(zhì)和管道的運行狀態(tài)產(chǎn)生很大的影響，在寒冷地區(qū)，為防止油品凝固，應(yīng)對管道進行保溫或伴熱。

4.法規(guī)和安全標(biāo)準(zhǔn)研究

熟悉國家和地方有關(guān)輸油管道設(shè)計、建設(shè)和運營的法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)。比如在管道的安全距離方面，要保證管道與居民區(qū)、重要設(shè)施（如水源地、高速公路、鐵路等）之間保持一定的安全距離，從而降低事故風(fēng)險。

（二）管道工藝設(shè)計

1.管徑計算

根據(jù)輸送量、油品流速等因素來計算管徑。一般使用達西公式等流體力學(xué)公式進行計算。例如對于穩(wěn)定的層流或紊流狀態(tài)下的油品，可根據(jù)公式在已知流量和選定流速的情況下計算管道橫截面積，進而確定管徑。流速的選擇要考慮油品的性質(zhì)和管道的經(jīng)濟運行。流速過高可能會導(dǎo)致較大的壓力損失和管道磨損，流速過低則會使管道管徑過大，增加投資成本。

2.壓力計算和泵站設(shè)計

計算沿程壓力損失和局部壓力損失。沿程壓力損失與管道長度、管徑、油品黏度、速度等因素有關(guān)，可通過達西—威斯巴赫公式計算。局部壓力損失是由于管道中的閥門、彎頭等管件引起的，應(yīng)根據(jù)管件的局部阻力系數(shù)進行計算。根據(jù)壓力損失，結(jié)合終點壓力進行泵站的設(shè)計。泵站的作用是給油品增壓，從而克服管道阻力。而泵站的位置和泵的選型應(yīng)綜合考慮總揚程、流量及功率等因素。泵的類型有離心泵、往復(fù)泵等，離心泵適用于大流量、低揚程的情況，往復(fù)泵適用于高揚程、小流量的場合[2]。

3.管道系統(tǒng)布局設(shè)計

管道系統(tǒng)布局設(shè)計包括確定管道的走向、分支和連接方式。應(yīng)盡可能選擇直線距離短、便于施工的路線，并避免經(jīng)常轉(zhuǎn)彎、交叉。設(shè)計合理的管道網(wǎng)絡(luò)，例如在油品需要分配到多個用戶的情況下，要設(shè)計好分支管道和閥門的布局，這樣才能對油品的流向和分配進行靈活的控制。

二、輸油管線設(shè)計的基本原則及儲運管控系統(tǒng)

（一）輸油管線設(shè)計的基本原則

1.安全性原則

一是材料安全。輸油管線材料要能承受預(yù)期的內(nèi)部壓力，根據(jù)輸送油品的壓力等級，選擇合適強度的管材，如API 5L系列管材中的不同鋼級（如X42、X52等），這些鋼級有對應(yīng)的最小屈服強度，從而確保管線在正常運行壓力下不會出現(xiàn)破裂的情況。材料的耐腐蝕性是關(guān)鍵因素，綜合考慮油品的成分、含水量以及管道所處的環(huán)境（如土壤的酸堿度、是否處于鹽霧環(huán)境等）。在腐蝕性比較強的環(huán)境下，可以選用耐腐蝕合金材料或者采用防腐涂層，例如316L不銹鋼在含有氯離子的環(huán)境中有較好的耐腐蝕性，或者使用環(huán)氧粉末涂層來防止管材被腐蝕。二是結(jié)構(gòu)安全。管道的壁厚設(shè)計應(yīng)考慮內(nèi)壓、外壓、溫度變化以及可能的外部載荷（如車輛行駛、地震等）。比如在穿越道路時，管道必須有足夠的承載能力承受車輛的動載荷，需要增加壁厚或者采取特殊的防護措施（如安裝混凝土保護套等）。管道的連接方式應(yīng)確保密封良好。為了保證焊接質(zhì)量，必須進行無損檢測（如射線探傷、超聲探傷），以保證焊縫沒有任何缺陷;法蘭連接要選擇合適的墊片材料和螺栓緊固力矩，防止油品泄漏。三是安全距離。輸油管線與周圍建筑物、公共設(shè)施（如居民區(qū)、學(xué)校、醫(yī)院等）要保持足夠的安全距離。根據(jù)油品的危險性類別、管道的壓力和管徑等因素確定，避免在發(fā)生泄漏、爆炸等事故時對周圍環(huán)境產(chǎn)生重大影響[3]。與給排水管線、電力電纜等其他管線交叉或并行時，也要保持安全間距，并采用適當(dāng)?shù)母綦x及保護措施，防止相互干擾和損壞。

2.高效性原則

一是水力效率。管徑的選擇要根據(jù)輸送油品的流量和黏度進行優(yōu)化。根據(jù)達西-威斯巴赫公式計算摩阻損失，選擇合適的管徑使油品在管道中以一個合理的流速流動，既可以避免由于流速太快而引起的摩阻過大，也可以避免由于流速過低造成油品在管道內(nèi)沉積。管道的布局要盡量減少彎頭、變徑等局部阻力部件的數(shù)量。在必要情況下，應(yīng)采取適當(dāng)?shù)倪^渡方式（如漸變段連接），以降低局部阻力，提高水力輸送效率。二是運營效率。考慮在管道沿線合理設(shè)置泵站，根據(jù)地形變化、管道長度等因素，合理確定泵站的位置和數(shù)量，以提供足夠的動力克服油品的沿程阻力和提升高度，保證油品能夠持續(xù)穩(wěn)定地輸送。設(shè)計易于維護和管理的系統(tǒng)，例如在管道上設(shè)置足夠的檢測口、維修通道等，方便對管道進行日常檢查、維修和設(shè)備更換，減少維護時間和成本，提高運營效率。

3.環(huán)保性原則

一是防止泄漏污染。采用先進的密封技術(shù)和防泄漏措施。如雙重密封的閥門設(shè)計，在第一道密封失效時，第二道密封能夠起到防止泄漏的作用。若是管道穿越水源保護區(qū)、生態(tài)濕地等敏感區(qū)域，應(yīng)采取特殊的防護措施，如設(shè)置套管并進行密封處理，并加強監(jiān)測，避免油品泄漏進入這些區(qū)域，造成環(huán)境污染。二是減少廢棄物和排放。在管道建設(shè)過程中，盡量減少施工廢料的產(chǎn)生。對產(chǎn)生的廢料進行合理回收和處理，如廢舊管材可以回收再利用，以降低資源浪費。考慮管道運行過程中的能源消耗和排放。例如：在泵站設(shè)計中選擇高效節(jié)能的泵設(shè)備，減少溫室氣體排放;在管道防腐過程中，使用環(huán)保型的涂料，避免揮發(fā)性有機化合物等有害物質(zhì)的排放。

4.經(jīng)濟性原則

一是初始投資成本。在保證安全、高效、環(huán)保的前提下，選用性價比高的管材、設(shè)備及施工方式。通過對不同材料、設(shè)備的價格、性能及使用壽命的多方面對比，進行綜合評估。比如在管材選擇時，應(yīng)權(quán)衡高強度合金鋼和普通碳鋼的成本與性能，并根據(jù)實際需求確定合適的材料。合理規(guī)劃管道長度和布局，減少不必要的建設(shè)成本。避免過度設(shè)計導(dǎo)致管道過長、管徑過大等情況，降低材料和施工費用。二是運行和維護成本?？紤]管道運行過程中的能耗成本，選用高效節(jié)能的設(shè)備（如高效電機、變頻泵等），降低泵站的運行電費。設(shè)計易于維護的管道系統(tǒng)，降低維護成本，如選用易更換的密封件、防腐涂層容易修補的管材等，以降低維修工作量，降低維修成本。

（二）儲運新技術(shù)探索與實踐

1.新型儲存技術(shù)

隨著技術(shù)的發(fā)展，越來越多的新型儲存設(shè)備和技術(shù)被引入石油和天然氣儲存領(lǐng)域。例如高壓容器儲存技術(shù)、密閉式儲存技術(shù)等，這些技術(shù)能有效地減少泄漏和爆炸的風(fēng)險，提高儲存效率。在儲罐材料選擇方面，應(yīng)當(dāng)全方位地根據(jù)油品類型、實際的儲存溫度、相應(yīng)的儲存壓力等諸多因素進行綜合考慮。因為不同種類的石油，其化學(xué)特性、物理性質(zhì)等存在差異，而不同的儲存溫度和壓力條件也對儲罐材料有著不同的要求，只有經(jīng)過謹慎考量，才能選出最合適的材料用于儲罐建設(shè)。同時，還應(yīng)重點加強儲罐內(nèi)壁的防腐保護工作，積極采用諸如專業(yè)的噴涂防腐技術(shù)，均勻地在儲罐內(nèi)壁噴覆防腐涂層，形成有效的防護屏障;或者采用貼膜等技術(shù)，在儲罐內(nèi)壁貼上具有防腐功能的膜層，以此延長儲罐的使用壽命，確保儲罐能夠長時間穩(wěn)定地發(fā)揮儲存作用，減少因腐蝕問題而帶來的各種隱患和損失[4]。

2.自動化控制技術(shù)

自動控制技術(shù)已廣泛應(yīng)用于石油和天然氣儲運領(lǐng)域。利用自動化控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)油氣輸送管道的自動化運行和調(diào)節(jié)，從而達到提高運輸效率與運輸安全，降低人為誤差與事故風(fēng)險的目的。比如采用遠程監(jiān)控和自動調(diào)節(jié)技術(shù)，對管道輸油情況進行實時監(jiān)控，并對輸送過程中的輸油量和速度進行動態(tài)調(diào)節(jié)，以達到最佳的輸油效率。油品運輸管道智能控制系統(tǒng)則可以根據(jù)油品類型、密度等特性實現(xiàn)自動控制，保證油品質(zhì)量和安全。

3.應(yīng)急響應(yīng)技術(shù)

在油品儲運過程中，應(yīng)急響應(yīng)能力顯得尤為重要。采用智能化火災(zāi)報警系統(tǒng)、迅速排除泄漏的設(shè)備等新型的應(yīng)急響應(yīng)技術(shù)，能夠有效提高應(yīng)急響應(yīng)速度和效率。同時，應(yīng)強化培訓(xùn)和演習(xí)，以提升有關(guān)人員面對突發(fā)事件時應(yīng)急響應(yīng)能力。構(gòu)建完善的油氣泄漏應(yīng)急預(yù)案，建立應(yīng)急救援隊伍，保證突發(fā)事件的快速處置，保證人員安全，降低財產(chǎn)損失。

三、輸油管道安全管理與環(huán)保技術(shù)

（一）安全加密通信技術(shù)

在輸油管道系統(tǒng)中，應(yīng)用高等級的數(shù)據(jù)加密傳輸技術(shù)是保證管線安全運行的關(guān)鍵。隨著現(xiàn)代石油工業(yè)的發(fā)展，輸油管線的控制系統(tǒng)高度依賴通信網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)傳輸和指令下達。若不能保證通信安全，非法入侵者可能會干擾管道的正常運行，甚至進行惡意操作，容易造成重大的安全事故。

高等級的數(shù)據(jù)加密技術(shù)能夠?qū)鬏數(shù)臄?shù)據(jù)進行加密處理，即便數(shù)據(jù)被截獲，也很難被破解。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合身份認證、訪問控制等多種安全措施，進一步確保只有授權(quán)的人員和設(shè)備才能訪問管道控制系統(tǒng)。比如為了提高輸油管道控制系統(tǒng)的安全性，采用雙因素認證方式，需要用戶在登錄時提供密碼和手機驗證碼，有效防止非法入侵與操作，切實保障輸油管線的運行安全。

（二）清潔能源應(yīng)用

推廣使用 LNG、電力等清潔能源驅(qū)動的儲運設(shè)備，是降低石油儲運過程中的碳排放和空氣污染的重要舉措。隨著全球?qū)Νh(huán)境保護的重視程度不斷提高，傳統(tǒng)的燃油驅(qū)動設(shè)備帶來的環(huán)境污染問題日益凸顯。在裝卸作業(yè)及移動儲運設(shè)備上廣泛應(yīng)用電動或氫能動力，具有顯著的優(yōu)勢。電動設(shè)備運行時噪聲低、零排放，能有效降低對環(huán)境的污染。氫能動力作為一種新型的清潔能源，不僅能量密度高，而且燃燒產(chǎn)物僅為水，具有極高的應(yīng)用價值[5]。比如有的港口采用電動起重機進行油品裝卸作業(yè)，這樣既可以提高油品裝卸作業(yè)效率，又可以有效降低噪聲污染與尾氣排放。與此同時，氫能卡車已在部分地區(qū)進行試點應(yīng)用，為油品短距離運輸提供了新的解決方案。通過廣泛應(yīng)用這些清潔能源驅(qū)動的設(shè)備，可以實現(xiàn)綠色儲運，對生態(tài)環(huán)境的保護起到積極的作用。

（三）廢棄物回收與處理技術(shù)

發(fā)展和完善廢棄物資源化利用技術(shù)，對于緩解油品儲運過程對生態(tài)環(huán)境的影響具有重要意義。在油品儲運過程中，必然會產(chǎn)生一定的泄漏石油、廢渣等廢棄物。如果不及時妥善處理這些廢棄物，會對土壤、水源等自然資源造成嚴(yán)重的污染。

泄漏石油回收技術(shù)可以通過物理、化學(xué)等方法將泄漏的石油收集起來，進行再加工利用。比如利用吸油氈、油水分離設(shè)備等工具對泄漏的石油進行快速、高效的回收。而廢渣無害化處置是指通過焚燒、填埋等方式，將廢渣中的有害物質(zhì)加以處理，使其達到環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。對油品儲運過程中所產(chǎn)生的各種廢物進行分類收集、無害化處理與再生利用，可以實現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟與可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。比如將廢舊的輸油管道進行回收利用，加工成其他的工業(yè)產(chǎn)品，不僅可以節(jié)約能源，還能減少資源浪費，從而減少對環(huán)境的污染。

結(jié)束語

綜上所述，輸油管線設(shè)計及儲運的新技術(shù)探索與實踐是一個不斷發(fā)展的領(lǐng)域。通過不斷的技術(shù)創(chuàng)新和應(yīng)用實踐，我們可以提高管道運輸?shù)陌踩院托?，降低運輸成本和資源消耗。未來，隨著技術(shù)的不斷創(chuàng)新和應(yīng)用實踐的深入，輸油管線設(shè)計及儲運領(lǐng)域?qū)⑦M一步提升安全性、效率和可持續(xù)性，為石油產(chǎn)業(yè)的未來發(fā)展提供有力支撐。

參考文獻：

[1]李佳成，張家輝.輸油管線施工過程中存在的問題及對策[J].全面腐蝕控制，2023，37（05）：102-104.

[2]王柏楊.輸油管線防腐保溫存在的問題及解決辦法[J].全面腐蝕控制，2021，35（01）：117-119.

[3]劉璐.淺析輸油管線設(shè)備安裝與故障管理[J].石化技術(shù)，2018，25（05）：282.

[4]劉芳.原油儲運系統(tǒng)適應(yīng)性分析及優(yōu)化調(diào)整[J].石油石化節(jié)能，2020，10（07）：20-22，8.

[5]王馨昱，錢名德.原油儲運系統(tǒng)中的能耗分析及節(jié)能對策[J].能源與節(jié)能，2021（06）：58-59，100.