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得州大停电的背后——从拜登堕胎美加输油管聊起

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发表于 2021-2-22 11:22:42 | 显示全部楼层 |阅读模式



品质源于技术 服务源于态度
这是阿什卡微信公众号第850篇原创文章
首发于2021年2月21日



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世界上最著名的长途输油管道,不是出道最早的——1874年宾夕法尼亚的近百公里管道,也不是干线最长的——近万公里的中亚-中国管道,而是没搞成的美加Keystone XL管道。


在全球管道干线已远远超过200万公里、大大小小的新项目还在陆续上马的今天,这条KX管道无论从哪方面看,都配不上一线明星的地位。但是,由于它一不留神成了三个美国总统施政理念拉锯交锋的一个焦点,所以搞得浑身都是戏,还没出道就成了顶流,动不动就上热搜。


KX管道项目,只是美加“拱心石输油管道”的第四期工程。拱心石管道已经默默运行10年了,没想到小四生不逢时,头都探出来了,却临盆十年不得分娩——奥巴马决定堕胎,特朗普上来想当接生婆,但接到半路被拜登踢走,接着堕胎……


催生KX管道的理由并不新鲜,和地球上其他200多万公里的管道一模一样。流产KX管道的理由也很耳熟:环保。


一些环保人士认为,输油管道对全球变暖会带来负面影响,可能出现的泄漏事故会对沿途生态造成极大的潜在威胁。


那么,我们不聊政治,只从单纯的科学技术角度来讲,比起其他运输方式,输油管道对于环保,到底是好处大,还是害处大。


2


油气运输手段并不神秘,和运送其他货物 一样,也是车拉、船载、空运、管道运输。其中,空运属于非主流,只有在空中加油(军事)这类特殊需求下,才会动用这种奢华运力。所以,油气运输的主流手段就只有“车、船、管”这三种。


与普通货物运输相比,油气运输又比较特殊,我们聊石油储运时详细介绍过,这里只简单介绍一下:


石油是胶体、液体、气体的混合体,集“粘稠、易挥发、有害”三大不利于运输的特色于一身:不密封就跑了,而易挥发的成分,就是最值钱的部分,跑出去不仅损失钱,还有毒有害,所以必须密封。


但石油密封就自带压力,加上化学成分复杂,很容易腐蚀容器,所以罐体、管道、阀门、泵机、接口等方面,都要考虑耐压、耐腐蚀等。


3


用车船运输,无论是公路还是轨道、河道还是海道,都是以发动机为动力,用油罐一趟趟往返拉运。而装卸过程,也就是入罐、封罐、出罐过程,无法避免大呼吸、小呼吸等造成的挥发损耗,这个损耗是惊人的(参见石油储运篇),对空气的污染、气候变暖的影响,那真是润物细无声。


车船运输,消耗能量所做的功,必须包含移动车船自身质量,为此消耗的燃料、多出的排放,都属于没必要的固定成本。


从运动原理上讲,车比船要克服更大的摩擦力,而且载货量上,车的单罐装载量也远远不如轮船,所以车辆运输的成本比轮船高。长途、大量运石油,能走船的,就不走车。



4


但轮船运输也不尽人意,根据《中国石油员工基本知识读本·科技》介绍,2010年代,我国90%以上的进口石油,走的都是油轮,受制于 “马六甲困局”。书中(P387)强调:“不是战争时期的大国能源禁运与遏制,而是和平时期的海盗、恐怖主义和运输事故等。”


实际上,就算不考虑海盗、恐怖主义这些因素,只考虑天灾、技术和管理漏洞,油轮事故也是防不胜防,所以油轮泄漏事故我们都不陌生:


油轮泄漏事故.jpg
△ 1983年,载有25.2万吨原油的“贝利韦尔城堡”号油轮


当然,这肯定不是孤例。


油轮泄漏.jpg


如果算上人为因素,这种事就更多了,就连 油轮之王都未能幸免。


世界上最大的油轮昵称“海上巨人号”,目前官称“诺克·纳维斯号”,船长458.45米,舷宽:68.86米(辽宁号舰长306米,舰宽73米)。


海上巨人沉没.jpg


1988年5月14日,当时属于香港船王董浩云的海上巨人路过霍尔木兹海峡时,遭到伊拉克空袭,沉入海底。1991年才被打捞出来,重建后卖给了挪威人。


油轮爆炸.jpg


今年1月,又有两艘油轮被伊朗扣留,疑似发生石油泄漏。


举例这么多,不是在专门黑油轮(管道也能举出很多事故案例),而是说明,在防止泄漏方面,油轮在技术上绝不比输油管线占有任何优势,而且由于它跑来跑去,遭遇的风险更多。


5


综合权衡利弊,能走管道的,就不走油轮。


我国当然也在大搞油气管道建设,还专门成立了国家管道总公司。


就拿长江沿岸的石化公司原油运输来说吧,原来都走油轮。由于航道、桥梁对船限高等限制,油轮还需要倒驳。这不仅增加了成本,无法避免挥发,还有泄漏污染风险。现在,甬沪宁及沿江原油管道建成,长江沿线石油运输就顺畅多了。这也造成长江油运公司业务的根本转向。



我国的管道建设,跨国管道也是重点。


2018年,我国原油进口四大管道(中俄、中俄二线、中缅、中哈)进口石油达到5990万吨,占比石油进口量的12.97%;天然气管道进口达到514亿立方米,占比天然气进口量的58.88%。


6


比起车船,管道运输流体的优势很明显。它的动力是泵,推动的是货物本身,做功不包括移动管道系统,而且只需克服流体在管道光滑内壁上的摩擦力——推动相同质量的货物,耗费的能量就少很多。


160多年前,宾夕法尼亚的油田,早期是用木桶装油,雇马车拉到阿列汉尼河边,装上驳船,顺流而下——注意满载时是顺流,运达匹茨堡炼油厂,每桶运费最高可达5美元。


有个石油商,名叫赛克尔(Samuel Van Syckle),铺了一根管径2英寸、长度5英里的管道,用蒸汽机带泵压送,瞬间把每桶油的运费降到l美元,降幅惊人。


7


上面说的是石油。天然气就更不用说了,密封技术要求比石油只大不小。


而且,由于气体密度小体积大,用车船的话,如果不压缩/液化,很显然运载的气量不够燃料消耗的。如果压缩/液化,本身就要消耗大量能量。消耗多少呢?我们看一篇2020年的一篇论文(来源附后)感受下:


液化天然气在生产过程中,除去购买原料气、人工工资、财务费用等固定成本费用外,电费占整个加工成本费用的绝大部分,其次是气体损耗损失费用。


电费消耗多大呢?论文以1万立方米储罐、50万Nm3/d(标准立方米/天)的处理能力为例,介绍了使用一套节能措施后的效果:


三个措施节电:20348+3885+274=24507kw.h,降幅平均约11%。


那么总耗电量是24507÷0.11=222790 kw.h。


液化天然气的气液比为630:1,那么50万标准立方米可液化成不到800立方米。这就是说,每加工1 m3液化天然气,耗电约280 kw.h。


两个措施每天减少天然气放空损耗量:3000 m3+200 m3=3200 m3。


注意,是上了新措施后,每加工大约800立方米液化天然气,可以少排放3200立方米天然气,那么排放总量应该远高于这个数。(小编注:论文只给出了整个生产装置中部分工艺流程的生产数据,并非整个生产过程生产数据,上述结论均据此倒推,仅供参考)


储运准备就要消耗这么多能量,排放这么多天然气,加上车船跑路的消耗和排放,真是又费钱又费环境。


8


而管道输气,就不是必须压缩成液体,可以直接气体输送,比液体更顺更经济,所以天然气长途运输,最经济、最环保的就是管道。


在安全性上,是管道泄漏多,还是车船事故泄漏多(另加装卸挥发损耗),这是一目了然的。


这就是为什么你家自来水、天然气,是用管道,从水厂、气站一路直接连到家,而不是用水罐、气罐车拉到家。


德国坚持与制裁对象俄罗斯大搞特搞“北溪-2”天然气直通管道,为此不惜暂时放弃视若灵魂的政治正确,为啥?


因为这确实是输送油气最经济,也最环保的方案,是科学正确、现实正确,符合“真香定律”。


那么问题来了,同样是讲环保,同样是讲政治正确,默克尔死活要搞起管道,拜登死活要搞掉管道,到底谁正确?


9


管道运输,涉及到地球物理、地理、环境、化学、材料、工程、自动化控制等方方面面的技术,任何一项都马虎不得。


这次得州大停电,各路英雄纷纷号脉开方,众说纷纭:没有接入大电网;风电被冻住;电塔、电线、变压器被极端天气摧毁,还有人说是供电商拉闸断电、挟寒要价……其实根本原因是天然气管道的一个技术小常识:冰堵。


这玩意儿,我们在《可燃冰极简史》里聊过,原理很简单:气体中含的水,本身遇冷就会冻成冰。而在低温、高压下,天然气可以和水结合成“天然气水合物”,也就是可燃冰——水气携手,事半功倍,共同为管道添堵。


从管道运输兴起开始,各种添堵就在花样折磨石油汪,经过多年的斗智斗勇,管道保暖防冻、清堵除冰技术早已发展成熟——就算是-60℃的低温下,也无法阻止俄罗斯北冰洋附近天然气田的管道愉快地向西欧卖气。


那为啥俄罗斯都搞得定,得州却搞不定呢?


10


得州倒霉就倒霉在纬度上,它身处北纬30度上下,气候大致相当于我国湖广一带,属于亚热带地区,我们南方小伙伴,冬天连自己住宅都不烧暖气的,得州天然气管道自然也不会像北方大佬那样,做足保暖防冻措施,因为太费钱,没必要。


网上有人讽刺德州人,他们遭此劫难,是因为不会扫雪。这个理由肯定是搞笑的,但德州人不会扫雪有可能是符合事实的,广东的小伙伴应该能理解德州人,平常年份,雪都是稀罕物,好不容易下一点,谁舍得扫啊。


这次大寒潮,让得州多地气温比常年同期平均气温低十几二十度,上次这个级别的寒潮,可以追溯到1895年2月14日——126年前,妥妥的百年一遇。顺便说一下,2008年我国南方也出现过一次类似的寒流,发生了50年来最严重的冻雨灾害,10后、20后不了解的话,可以问问家里的90后、80后老人。

天然气管道本来就自带高压,加上这次低温,可燃冰添堵机制随之启动。管子一堵,产气、供气就接连中断。而得州发电厂的主要能源就是天然气——得州大断电的背后,是得州大断气,而不是多数公号疯传的那些七七八八。


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经此一劫,得州油气管道公司突然面临一个尴尬的问题:要不要花费巨资,按北方标准,在埋深、保暖、加温、除冰等各方面,对管道系统进行迭代升级?


如果不升级,谁也难保老天爷若干年后再来这么一发。


如果升级,又涉及到两方面的问题:


一方面,管道这玩意目前的设计寿命20年就算长的,实际使用也有超过30年的,但要进入事故多发期了。如果为了百年一遇的概率,每次管道更新都按北方标准来,值不值?2008年冻雨后,南方小伙伴有多少给自己家房子加装保温层、安装暖气的?


另一方面,目前美国为了巴黎协定,正在抑制本土油气工业,好不容易升级后,万一不让你采了咋整?

12


与轨道、公路、水运、空运等其他运输方式相比,管道运输由于多埋于地下,显而易见的优点就特别突出:运量大、占地少、无噪声、成本低、污染小、安全性高,全程连续性、密封性更好,受恶劣气候影响较小,不受地形限制,可以翻山跨海越沙漠……总之,是最经济、最环保的油气运输方式——这应该是石油人的共识。


0.jpg


当然,在某些环保人士机智狐疑的目光下,这些观点由石油人自己提出来,很容易陷入嫌疑人自证清白的窘境——你说什么都被是为了利益撒谎设局,可信度天然降低。但让行业外的人来说,多数又不懂。事情就是这么尴尬。


不过,如果你关心的是事实,而不是立场,有一个办法可以帮自己想明白这件事:


第一,目前,发电有没有可能不依靠化石能源,实现供需平衡。


第二,你家里是否可以不使用电、水、天然气。


第三,如果一定要用,它们有两种办法送到你家:


一是管道输送,就是目前你正在使用的。


二是换成罐车速递到家,你家需要安装水罐、气罐各一个,脑补一下货到之时,你下载接收的技术过程。


油气输运到电厂、炼油厂,大致也是这个道理。


现在你一定清楚了:到底管道安全环保,还是车船安全环保。


当然,业内人都知道,如果配套基于IPM油气生产一体化系统的DOF数字油田智能管理系统,尤其是发挥其GAP地面管网集输系统优化设计软件的优势,不仅更安全、更环保,而且更低耗、更高效。


环保,以及要不要石油工业,是科学问题,技术问题,不是感情问题,更不是立场问题。


-END-


参考资料:

中国石油和化工标准与质量, 2020年03期,《浅谈如何降低液化天然气生产能耗》,作者:李建芳,冯星星,詹大富,王军
《中国石油员工基本知识读本·科技》

感谢:

中国石化金陵石化分公司@王滨 技术意见支持

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