为什么输水管道高压的少,油管和水管高压属性有什么不一样

这是一个很好的工程观察问题!输油管道通常采用比输水管道高得多的压力运行,主要原因在于流体物理性质的差异(尤其是粘度)以及由此带来的经济性考量,而不是高压本身的“属性”不同。以下是详细解释:

  1.  核心差异:流体粘度

       水: 粘度非常低(常温下约1厘泊)。低粘度意味着水在管道中流动时产生的内部摩擦阻力很小。

       油(尤其是原油): 粘度远高于水(常温下可以从几厘泊到几千厘泊不等,重质原油尤其高)。高粘度意味着油在流动时会产生巨大的内部摩擦阻力。

 

  1.  粘度对管道输送的影响:克服摩擦损失

       流体在管道中流动需要克服两种主要阻力:

           摩擦阻力: 流体分子之间以及流体与管壁之间的摩擦。

           高程阻力: 将流体提升到更高海拔所需的能量。

       对于长距离输送管道,摩擦阻力通常是主导因素。

       水 (低粘度): 由于其低粘度,在相同流量和管径下,水流经管道时产生的摩擦压降相对较小。因此,不需要特别高的泵送压力就能维持所需的流速和流量。较低的压力(通常在几 MPa 到十几 MPa 范围)通常就足够了。

       油 (高粘度): 高粘度导致巨大的摩擦压降。如果压力不足,油流会变得非常缓慢,甚至停滞(尤其在低温或输送重质油时)。为了维持必要的流速和流量,必须施加非常高的压力(通常在几 MPa 到十几 MPa 甚至更高,干线常见 4-10 MPa 以上)来克服巨大的摩擦阻力。高压是推动粘稠油品长距离流动的必要手段。

 

  1.  经济性考量:管径与泵站

       降低摩擦损失的途径: 有两条主要途径:

           增大管径: 更大的管径能显著降低流速,从而大幅减小摩擦损失(摩擦损失大致与流速的平方成正比)。

           提高压力: 提供更大的驱动力(压差)来克服摩擦损失。

       输水管道的选择: 水的粘度低,摩擦损失本身就小。即使需要长距离输送,增大管径通常是一个经济有效的选择。大口径水管的一次性建设成本虽然高,但其运行压力要求较低,泵站的能耗和维护成本也相对较低。低压运行也更安全、对材料要求稍低。因此,常见策略是“低压大管径”。

       输油管道的选择: 油的粘度高,摩擦损失巨大。如果单纯靠增大管径来降低损失,所需的管径会非常大,导致:

           管道材料成本(钢材)急剧上升。

           建设难度和成本(焊接、铺设、防腐)剧增。

           占用空间更大。

           对于长距离跨国/跨洲管道,这是不可接受的。

       解决方案 - 高压: 输油管道更倾向于采用较高压力配合相对较小管径的方案:

           小管径降低了材料和建设成本。

           高压提供足够的驱动力克服高粘度带来的巨大摩擦。

           虽然高压意味着需要更厚的管壁(增加部分材料成本)、更强力的泵和更严格的密封/安全措施,但综合权衡下来,对于高粘度流体的长距离输送,“高压小管径”方案通常比“低压超大管径”方案更经济可行。高压泵站的投资和运行费用被巨大的管材和建设成本节省所抵消。

 

  1.  密度差异(次要因素)

       水的密度(~1000 kg/m³)通常高于原油(~800-900 kg/m³)和成品油。

       在需要克服高程变化(翻山越岭)时,密度越大,提升流体所需的静压头越高。这意味着在同样大的高程提升下,输水管道需要额外克服比输油管道更大的静压头。这确实是一个对水管不利的因素。

       但是,在长距离管道中,摩擦损失通常远大于高程损失。 高粘度带来的巨大摩擦损失才是输油管道必须高压运行的主要驱动力,密度差异带来的影响相对次要。

 

  1.  其他因素

       输送目的: 市政供水通常有压力上限要求(防止爆管、保证用户端水压合适),而工业输油主要关注高效运输。

       泄漏风险: 高压输油泄漏的环境和火灾风险极高,但这并未阻止其应用,因为经济性是首要考虑。高压水管泄漏风险相对较低(主要是水淹损失)。

       流体压缩性: 虽然油和水的压缩性都很小,但在极高压力下,微小的压缩性可能对系统设计(如水击保护)有细微影响,但这不是压力选择差异的主因。

       加热降粘: 部分高粘原油管道会采用加热输送来降低粘度,从而允许在相对较低的压力下运行。但这需要额外的加热站和保温措施,能耗和成本也很高。对于多数长距离管道,高压冷输仍是主流。

 

总结:

 

输油管道高压运行(相对输水而言)的核心原因是油的高粘度。高粘度导致巨大的摩擦阻力,必须依靠高压来驱动流体实现所需的流量。采用“高压小管径”方案比为了降低摩擦损失而采用“低压超大管径”方案在经济上更划算。

 

输水管道因为水的低粘度,摩擦损失小,采用“低压大管径”方案通常就能满足输送要求,并且在综合成本(建设+运行)、安全性和终端使用需求上更具优势。密度差异(水重油轻)在克服高程变化时对水管稍有不利,但远不及粘度差异的影响大。

 

因此,高压并非油管或水管的固有“属性”,而是工程师根据流体的物理特性(主要是粘度)和经济效益,为达到输送目标而做出的设计选择。

对于高压力输水管道泄漏,可以使用高压哈夫节

对于高了压力输油管道泄漏可以使用输油管高压哈夫节

  • 邮箱:CZbsgj@outlook.com
  • 电话: 139 0150 6042
  • 微信: 139 0150 6042
  • 座机:0519-88723665
  • 返回顶部