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LPG管道輸送及其經(jīng)濟論證方法

時間：2023-02-20 22:42:36 化學化工論文我要投稿

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一、LPG管道輸送方式的特點及其發(fā)展

LPG的運輸可分為陸上和水上兩類，陸上運輸可以分別采用鐵路槽車，汽車槽車以及長距離管道輸送三種方式。一般說來，在有水運條件的情況下可采用水運，能達到運量大，費用小的效果。在陸上運輸方面，三種運輸方式各有其適用條件。一般在長距離，大運量，具有鐵道專用線且接軌距離不太長等條件時，采用鐵路運輸是首選方案。不過在近些年，由于鐵路運輸能力的緊張，鐵路運輸周期往往變得較長，使鐵路運輸?shù)男艽鬄闇p低。這種狀況在未來若干年亦恐難有顯著的改善。

汽車槽車運輸方式具有靈活的特點，但運輸量小，特別是由于其運輸成本(油料消耗，車輛折舊及維修，道路稅費等)基本上正比于運距，所以只適于短距離運輸。例如在省內(nèi)或鄰省之間的運距范圍運輸。否則運輸成本將在LPG的經(jīng)營本中占據(jù)不適當?shù)谋戎亍?/p>

管道輸送相比于鐵路運輸和公路運輸具有很多優(yōu)點。首先，管道輸送工作穩(wěn)定可靠，不受外界因素的影響。這是管道輸送的基本技術特點。其二，管道輸送安全性好，管理簡單。管道埋于地下，不像槽車在各種道路上穿行，也不需裝車卻車環(huán)節(jié)。其三，管道輸送有很好的經(jīng)濟特性。在本文我們將會看到，達到一定的運輸規(guī)模時，即能使LPG的運費成本降到合理的水平。

采用管道輸送的一個重要前提條件是供需關系需要固定，即管道的兩端一端是固定的LPG供應廠，站，庫，點，另一端也是固定的接受站點。所以管道輸送不適用于變動的供需關系。另一個前提條件是前面提到的LPG管道輸送要求具有一定的輸送規(guī)模。

所以采用何種LPG運輸方式要根據(jù)LPG供應點與接受點的特性，相距距離，運量規(guī)模，各運輸方式的有關因素，經(jīng)技術經(jīng)濟比較和論證后予以確定。

LPG管道輸送在我國的城市燃氣系統(tǒng)中已有了39余年的工程歷史，到目前為止有近lo條系統(tǒng)正在運行，分布在北京，天津，南京，武漢，寧波等城市，管徑為φ159x 6-φ89x 4不等。管道長度在10—100km之間。運行壓力為2—4Mpa。但總起來看，我國LPG管道輸送沒有很好的發(fā)展，現(xiàn)有的幾條管線距離都很短，運量很小，沒有形成規(guī)模。我國現(xiàn)有LPG年供量已達600萬噸，而采用管道輸送的LPG量估計只占5-8左右�？梢奓PG管道輸送在我國發(fā)展有很大的空間。

在八十年代和九十年代初期各地大量涌現(xiàn)的經(jīng)營規(guī)模很小(接近于零售站點)的LPG公司以及一些地方或國有的LPG公司都是直接向LPG生產(chǎn)廠購買并運進LPG的情況下，不具備LPG管道輸送應有的建設規(guī)模。

隨著國民經(jīng)濟由計劃經(jīng)濟向社會主義市場經(jīng)濟的轉(zhuǎn)型，作為公用事業(yè)燃氣系統(tǒng)的LPG產(chǎn)銷關系將完全納入市場。 LPG的供銷將逐步提高到規(guī)模經(jīng)營水平。在經(jīng)濟中心地區(qū)(LPG消費中心地區(qū))以及沿海，沿江口岸已經(jīng)出現(xiàn)了LPG儲運中心，即LPG儲運基地。這種儲存站與LPG產(chǎn)出方有固定的大批量購入合同關系或與海外有LPG輸入合同關系，它們向周圍地區(qū)，市鎮(zhèn)的各種中小型LPG公司銷售LPG，一般采用汽車槽車作銷售的運輸工具。在這樣一種經(jīng)營格局情況下，就會

產(chǎn)生采用LPG管道輸送方式的要求，具備管道輸送方式所要求的輸送量長期穩(wěn)定，有一定輸送規(guī)模這樣兩個前提條件，以及具備建設管線的資金條件�？梢灶A計，LPG管道輸送方式將在今后一段時間內(nèi)興起。有眼光的經(jīng)營者和企業(yè)家應該看到這種前景，規(guī)劃并實施相應的經(jīng)營戰(zhàn)略。

在考慮液化石油氣管道輸送的技術經(jīng)濟問題時，需要看重論證兩個重要的方面：首先是液化石油氣管道輸送是否存在一個規(guī)模界限值，只有達到一定的輸送量才值得采用這種方式，即管道輸送的經(jīng)濟規(guī)模問題；第二方面是對已定的液化石油氣輸送能力的管道，采用多大的管徑在經(jīng)濟上最為合理，或者說管道的設計流速應取多大，這即是經(jīng)濟流速問題。

二、LPG管道輸送系統(tǒng)的年費用

經(jīng)濟規(guī)模和經(jīng)濟流速，顧名思義，是從經(jīng)濟角度確定的輸送規(guī)模和合理流速。所以作為了解它們的基礎，首先要研究管道系統(tǒng)的經(jīng)濟性。為此，我們考察表證經(jīng)濟性的系統(tǒng)年費用指標。

管道輸送系統(tǒng)的年費用包括管道泵站設備及建筑的年折舊、年維修費、人員工資及管理費、液化石油氣泵組設備的年運行電費及其他輔助消耗費。對一個LPG管道輸送系統(tǒng)進行關于流速或管徑為主要因素的經(jīng)濟比較，人員工資等某些項目費用在方案之間的差別很小甚至沒有差別。我們在下面的分析中因此將略去這些因素的可能的差異。

1.泵設備運行年費用

Ep=e0nNτ （1）

式中Ep----泵設備運行年費用104元a-1

e0----電價 104元（104kWhr）-1

n----泵站數(shù)

N----泵站運行功率 kW

τ----泵站年運行小時數(shù) 104hra-1

N=PQ（3.6η)-1 (2)

式中p----泵工作的揚程 Mpa

Q----泵流率,即管道輸送流率 m3hr-1

η----泵組效率

P=1.1λL0w2ρ(2D)-110-3 (3)

式中λ----摩阻系數(shù)

L0----泵站輸送平均距離 m

D----管道內(nèi)徑 m

w----管道內(nèi)LPG流速 ms-1

ρ----液態(tài)LPG密度 tm-3

L0=Ln-1

式中L----LPG管線總長度 m

由(3)式代入(2)式,得

N=1.1λL0w2ρQ(2×3.6η)-110-3 (4)

2.管線工程造價及管線工程折舊、維修費用

Es=1.5(CtCRFt+CcCRFc+CpCRFp) (5)

式中Es----管道系統(tǒng)的年折舊、維修費用 104元a-1

Ct、Cc、Cp----分別為管道，管道防腐及保護，泵站的建設費 104

CRFt、CRFc、CRFp----相應于管道、管道防腐、泵站建造費的資本回收因子

1.5----維修費為折舊費的50%

一般CRF=(1+i)ni/(1+i)n-1 (6)

式中i----貼現(xiàn)率(折現(xiàn)率)

n----折舊年限

Ct=ctπ(D+δ)δLρm

=1.06ctπDδLρm

式中ct----管道工程單位造價指標 104元t-1

δ----管道壁厚度 m

ρm----鋼材密度 tm-3

1.06----取(D+δ)/D=1.06

δ=Pd

D/(2[δ]φ-Pd)+δ0

δ=PdD/2[δ]+δ0 (7)

式中Pd----管道設計壓力 MPa

[δ]----管道材料許用應力 MPa

φ----焊接系數(shù),φ=1

δ0----管道壁厚附加值 m

(8)

Cc=ccπDL (9)

式中cc----管道防腐工程造價指標 104元m-2

Cp=cpCNnN

式中cp----泵站工程單位造價指標 104元KW-1

CN=裝機容量/運行功率

二、經(jīng)濟流速

大家都經(jīng)常提到LPG管道輸送經(jīng)濟流速的概念，顧名思義，是從經(jīng)濟角度確定的合理流速，即按經(jīng)濟流速設計的輸送管道，投資及運行費用的綜合效益是最好的。從國內(nèi)外書刊文獻或手冊中間或有資料提供出經(jīng)濟流速的數(shù)字，但其未源不明，并且未見有關于經(jīng)濟流速的論述和分析。經(jīng)濟流速只是停留在概念上而非實在的把握中。

所以作為了解經(jīng)濟流速的基礎，首先要研究管道系統(tǒng)的經(jīng)濟性。為此，我們采用管道系統(tǒng)年費用指標作為衡量經(jīng)濟性的尺度。

從(13)式看到，管道輸送系統(tǒng)的年費用大小與流速w的關系是雙曲函數(shù)與冪函數(shù)的疊加關系。下面試求出能使年費用為最小的經(jīng)濟流速wop，為此令dE/dW=0

由(13)式的函數(shù)式可得(d/dw)(dE/dw)，所以w=wop時，E有極小值。由(14)式計算所得的管道內(nèi)流速即為最佳設計流速，即經(jīng)濟流速�？梢钥吹�，計算wop需

由(14)及(14a)經(jīng)迭代計算。

由(14)式可以看到，經(jīng)濟流速與輸送能力Q有關，與e0ctcccp無關，即與市場絕對物價無關，與管道工程單位造價與電價的相對比值εt,εc,εp,有關。采用單價比值對于經(jīng)濟問題的論證更有好處，因為相對比值比絕對物價要穩(wěn)定得多。市場物價相對之間有著內(nèi)在的投入產(chǎn)出關系，在一般情況下可認為是基本同步的。此外，經(jīng)濟流速還與CRFt、CRFc、CRFp有關，即與金融環(huán)境有關。但是wop與運距Lkm無關。

為便于工程計算,完全可采用下列簡化式:

考慮到一般λ=0.025,wop=1.42m/s,η=0.8,ρm=7.8,代入(14)式得

表中G表示LPG管線的日輸送量(t/d)

G=Qpτ104/365 (16)

年輸送量(104ta-1)是

Ga=Qρτ (17)

由表一的數(shù)據(jù)看到

1)在很大的G的變化范圍和εt的變化范圍,wop變化不大,一般wop=1.42ms-1

2)輸送量G增大,wop只略有增大,G由50t/d增為1000td-1,即增大為20倍時,wop僅增大為1.37倍

3)從敏感性角度看,雖然εt增減,wop相應增減,但wop對εt并不敏感。εt由1變?yōu)?.5時,wop增加僅為1.33倍。

計算表明，管線運行時數(shù)增加，則wop減小。這是因為若τ較大,則計算流量小，使選用管徑偏向小的方向3而經(jīng)濟險的要求則對此有所約制；使管徑值增大，結(jié)果使經(jīng)濟流速值調(diào)小。

眾所周知，管道輸送流速除了從技術經(jīng)濟角度考慮，在設計中使設計流速盡量接近經(jīng)濟流速wop外，還應考慮防靜電起電的要求。流速不應高于防靜電的允許流速。若采用允許的防靜電流速為0.5/D(D—管道內(nèi)徑，m)，則可看到表l中的wop都遠低于允許流速,因而wop可以看為唯一的設計流速準則。

在進行經(jīng)濟流速計算時，要先給定管道設計壓力Pd，為此，先確定采用的泵站數(shù)n，相應于每一泵站的輸送管道長為l

l=L/n

式中l(wèi)----每一泵站的輸送管道長度 m

n----泵站數(shù)

再按一般情況設流速w＝1.42m/s，計算泵的揚程H

管道設計壓力Pd的確定即泵站數(shù)n的確定存在優(yōu)化問題，作者將另文論述。

三、管道輸送的經(jīng)濟規(guī)模

管道輸送的經(jīng)濟規(guī)模問題是指確定在經(jīng)濟上合理的管道輸送量的界限。其衡量的足度可以取為單位噸公里的液化石油氣的輸送成本。

1.管道輸送單位成本

由(13)式,等式兩邊同除以年輸送量Ga

y=1.1E/GaLkm (18)

式中 y----管道輸送單位成本元/(tkm-1)