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LPG管道輸送及其經(jīng)濟(jì)論證方法
一、LPG管道輸送方式的特點(diǎn)及其發(fā)展
LPG的運(yùn)輸可分為陸上和水上兩類，陸上運(yùn)輸可以分別采用鐵路槽車，汽車槽車以及長(zhǎng)距離管道輸送三種方式。一般說來，在有水運(yùn)條件的情況下可采用水運(yùn)，能達(dá)到運(yùn)量大，費(fèi)用小的效果。在陸上運(yùn)輸方面，三種運(yùn)輸方式各有其適用條件。一般在長(zhǎng)距離，大運(yùn)量，具有鐵道專用線且接軌距離不太長(zhǎng)等條件時(shí)，采用鐵路運(yùn)輸是首選方案。不過在近些年，由于鐵路運(yùn)輸能力的緊張，鐵路運(yùn)輸周期往往變得較長(zhǎng)，使鐵路運(yùn)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(yùn)輸方式具有靈活的特點(diǎn)，但運(yùn)輸量小，特別是由于其運(yùn)輸成本(油料消耗，車輛折舊及維修，道路稅費(fèi)等)基本上正比于運(yùn)距，所以只適于短距離運(yùn)輸。例如在省內(nèi)或鄰省之間的運(yùn)距范圍運(yùn)輸。否則運(yùn)輸成本將在LPG的經(jīng)營(yíng)本中占據(jù)不適當(dāng)?shù)谋戎亍?/p>
管道輸送相比于鐵路運(yùn)輸和公路運(yùn)輸具有很多優(yōu)點(diǎn)。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(shù)特點(diǎn)。其二，管道輸送安全性好，管理簡(jiǎn)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(jì)特性。在本文我們將會(huì)看到，達(dá)到一定的運(yùn)輸規(guī)模時(shí)，即能使LPG的運(yùn)費(fèi)成本降到合理的水平。
采用管道輸送的一個(gè)重要前提條件是供需關(guān)系需要固定，即管道的兩端一端是固定的LPG供應(yīng)廠，站，庫(kù)，點(diǎn)，另一端也是固定的接受站點(diǎn)。所以管道輸送不適用于變動(dòng)的供需關(guān)系。另一個(gè)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(yùn)輸方式要根據(jù)LPG供應(yīng)點(diǎn)與接受點(diǎn)的特性，相距距離，運(yùn)量規(guī)模，各運(yùn)輸方式的有關(guān)因素，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較和論證后予以確定。
LPG管道輸送在我國(guó)的城市燃?xì)庀到y(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(yùn)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(zhǎng)度在10—100km之間。運(yùn)行壓力為2—4Mpa。但總起來看，我國(guó)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(yùn)量很小，沒有形成規(guī)模。我國(guó)現(xiàn)有LPG年供量已達(dá)600萬(wàn)噸，而采用管道輸送的LPG量估計(jì)只占5-8左右�？梢奓PG管道輸送在我國(guó)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(yíng)規(guī)模很小(接近于零售站點(diǎn))的LPG公司以及一些地方或國(guó)有的LPG公司都是直接向LPG生產(chǎn)廠購(gòu)買并運(yùn)進(jìn)LPG的情況下，不具備LPG管道輸送應(yīng)有的建設(shè)規(guī)模。
隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)由計(jì)劃經(jīng)濟(jì)向社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的轉(zhuǎn)型，作為公用事業(yè)燃?xì)庀到y(tǒng)的LPG產(chǎn)銷關(guān)系將完全納入市場(chǎng)。 LPG的供銷將逐步提高到規(guī)模經(jīng)營(yíng)水平。在經(jīng)濟(jì)中心地區(qū)(LPG消費(fèi)中心地區(qū))以及沿海，沿江口岸已經(jīng)出現(xiàn)了LPG儲(chǔ)運(yùn)中心，即LPG儲(chǔ)運(yùn)基地。這種儲(chǔ)存站與LPG產(chǎn)出方有固定的大批量購(gòu)入合同關(guān)系或與海外有LPG輸入合同關(guān)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(yùn)輸工具。在這樣一種經(jīng)營(yíng)格局情況下，就會(huì)
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(zhǎng)期穩(wěn)定，有一定輸送規(guī)模這樣兩個(gè)前提條件，以及具備建設(shè)管線的資金條件。可以預(yù)計(jì)，LPG管道輸送方式將在今后一段時(shí)間內(nèi)興起。有眼光的經(jīng)營(yíng)者和企業(yè)家應(yīng)該看到這種前景，規(guī)劃并實(shí)施相應(yīng)的經(jīng)營(yíng)戰(zhàn)略。
在考慮液化石油氣管道輸送的技術(shù)經(jīng)濟(jì)問題時(shí)，需要看重論證兩個(gè)重要的方面：首先是液化石油氣管道輸送是否存在一個(gè)規(guī)模界限值，只有達(dá)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(jì)規(guī)模問題；第二方面是對(duì)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(jì)上最為合理，或者說管道的設(shè)計(jì)流速應(yīng)取多大，這即是經(jīng)濟(jì)流速問題。
二、LPG管道輸送系統(tǒng)的年費(fèi)用
經(jīng)濟(jì)規(guī)模和經(jīng)濟(jì)流速，顧名思義，是從經(jīng)濟(jì)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(chǔ)，首先要研究管道系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。為此，我們考察表證經(jīng)濟(jì)性的系統(tǒng)年費(fèi)用指標(biāo)。
管道輸送系統(tǒng)的年費(fèi)用包括管道泵站設(shè)備及建筑的年折舊、年維修費(fèi)、人員工資及管理費(fèi)、液化石油氣泵組設(shè)備的年運(yùn)行電費(fèi)及其他輔助消耗費(fèi)。對(duì)一個(gè)LPG管道輸送系統(tǒng)進(jìn)行關(guān)于流速或管徑為主要因素的經(jīng)濟(jì)比較，人員工資等某些項(xiàng)目費(fèi)用在方案之間的差別很小甚至沒有差別。我們?cè)谙旅娴姆治鲋幸虼藢⒙匀ミ@些因素的可能的差異。
1.泵設(shè)備運(yùn)行年費(fèi)用
Ep=e0nNτ （1）
式中Ep----泵設(shè)備運(yùn)行年費(fèi)用104元a-1
e0----電價(jià) 104元（104kWhr）-1
n----泵站數(shù)
N----泵站運(yùn)行功率 kW
τ----泵站年運(yùn)行小時(shí)數(shù) 104hra-1
N=PQ（3.6η)-1 (2)
式中p----泵工作的揚(yáng)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(zhǎng)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(jià)及管線工程折舊、維修費(fèi)用
Es=1.5(CtCRFt+CcCRFc+CpCRFp) (5)
式中Es----管道系統(tǒng)的年折舊、維修費(fèi)用 104元a-1
Ct、Cc、Cp----分別為管道，管道防腐及保護(hù)，泵站的建設(shè)費(fèi) 104
CRFt、CRFc、CRFp----相應(yīng)于管道、管道防腐、泵站建造費(fèi)的資本回收因子
1.5----維修費(fèi)為折舊費(fèi)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(jià)指標(biāo) 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(shè)計(jì)壓力 MPa
[δ]----管道材料許用應(yīng)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(jià)指標(biāo) 104元m-2
Cp=cpCNnN
式中cp----泵站工程單位造價(jià)指標(biāo) 104元KW-1
CN=裝機(jī)容量/運(yùn)行功率
二、經(jīng)濟(jì)流速
大家都經(jīng)常提到LPG管道輸送經(jīng)濟(jì)流速的概念，顧名思義，是從經(jīng)濟(jì)角度確定的合理流速，即按經(jīng)濟(jì)流速設(shè)計(jì)的輸送管道，投資及運(yùn)行費(fèi)用的綜合效益是最好的。從國(guó)內(nèi)外書刊文獻(xiàn)或手冊(cè)中間或有資料提供出經(jīng)濟(jì)流速的數(shù)字，但其未源不明，并且未見有關(guān)于經(jīng)濟(jì)流速的論述和分析。經(jīng)濟(jì)流速只是停留在概念上而非實(shí)在的把握中。
所以作為了解經(jīng)濟(jì)流速的基礎(chǔ)，首先要研究管道系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。為此，我們采用管道系統(tǒng)年費(fèi)用指標(biāo)作為衡量經(jīng)濟(jì)性的尺度。
從(13)式看到，管道輸送系統(tǒng)的年費(fèi)用大小與流速w的關(guān)系是雙曲函數(shù)與冪函數(shù)的疊加關(guān)系。下面試求出能使年費(fèi)用為最小的經(jīng)濟(jì)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(shí)，E有極小值。由(14)式計(jì)算所得的管道內(nèi)流速即為最佳設(shè)計(jì)流速，即經(jīng)濟(jì)流速�？梢钥吹剑�(jì)算wop需
由(14)及(14a)經(jīng)迭代計(jì)算。
由(14)式可以看到，經(jīng)濟(jì)流速與輸送能力Q有關(guān)，與e0ctcccp無(wú)關(guān)，即與市場(chǎng)絕對(duì)物價(jià)無(wú)關(guān)，與管道工程單位造價(jià)與電價(jià)的相對(duì)比值εt,εc,εp,有關(guān)。采用單價(jià)比值對(duì)于經(jīng)濟(jì)問題的論證更有好處，因?yàn)橄鄬?duì)比值比絕對(duì)物價(jià)要穩(wěn)定得多。市場(chǎng)物價(jià)相對(duì)之間有著內(nèi)在的投入產(chǎn)出關(guān)系，在一般情況下可認(rèn)為是基本同步的。此外，經(jīng)濟(jì)流速還與CRFt、CRFc、CRFp有關(guān)，即與金融環(huán)境有關(guān)。但是wop與運(yùn)距Lkm無(wú)關(guān)。
為便于工程計(jì)算,完全可采用下列簡(jiǎn)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(shí),wop僅增大為1.37倍
3)從敏感性角度看,雖然εt增減,wop相應(yīng)增減,但wop對(duì)εt并不敏感。εt由1變?yōu)?.5時(shí),wop增加僅為1.33倍。
計(jì)算表明，管線運(yùn)行時(shí)數(shù)增加，則wop減小。這是因?yàn)槿籀虞^大,則計(jì)算流量小，使選用管徑偏向小的方向3而經(jīng)濟(jì)險(xiǎn)的要求則對(duì)此有所約制；使管徑值增大，結(jié)果使經(jīng)濟(jì)流速值調(diào)小。
眾所周知，管道輸送流速除了從技術(shù)經(jīng)濟(jì)角度考慮，在設(shè)計(jì)中使設(shè)計(jì)流速盡量接近經(jīng)濟(jì)流速wop外，還應(yīng)考慮防靜電起電的要求。流速不應(yīng)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(yuǎn)低于允許流速,因而wop可以看為唯一的設(shè)計(jì)流速準(zhǔn)則。
在進(jìn)行經(jīng)濟(jì)流速計(jì)算時(shí)，要先給定管道設(shè)計(jì)壓力Pd，為此，先確定采用的泵站數(shù)n，相應(yīng)于每一泵站的輸送管道長(zhǎng)為l
l=L/n
式中l(wèi)----每一泵站的輸送管道長(zhǎng)度 m
n----泵站數(shù)
再按一般情況設(shè)流速w＝1.42m/s，計(jì)算泵的揚(yáng)程H
管道設(shè)計(jì)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(jì)規(guī)模
管道輸送的經(jīng)濟(jì)規(guī)模問題是指確定在經(jīng)濟(jì)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)
1.1----人員工資及管理等費(fèi)用按E的10%考慮
(18)式的表達(dá)式為
由(19)式揭示出，y與輸送距離無(wú)關(guān)，以及在一定程度上與輸送能力Q的方根成反比。y與年輸送規(guī)模的關(guān)系見圖2，可見Ga愈大,y愈低。圖2的5根曲線相應(yīng)于5種e0值由上到下分別相應(yīng)于e0＝0.8，0.7，0.6，0.5，0.4 元／kwh．圖2是按εt＝3.0作出的。
2.管道輸送的經(jīng)濟(jì)規(guī)模
若給定管道輸送單位成本應(yīng)小于或等于其他運(yùn)輸成本(例如:汽車槽車、鐵路槽車、槽船水運(yùn)等)的單位成本y0,則由(19)式y(tǒng)≤y0,可得出:
圖(3)給出了以εt為參數(shù)(εt＝4.0,3.5,3.0,2.5)情況下經(jīng)濟(jì)規(guī)模Ga與單位運(yùn)價(jià)y0的關(guān)系,y0愈高,則Ga愈小。
圖（4）給出了以y作參數(shù)(y=1.5,1.25,1.0,0.75,0.5)情況下經(jīng)濟(jì)規(guī)模Ga與εt的關(guān)系。
四、結(jié)論 ．
1.LPG管道輸送的經(jīng)濟(jì)規(guī)模是存在的，其值變化范圍不大，約為1.2—1.7m,基于年費(fèi)用最小為目標(biāo)的經(jīng)濟(jì)流速計(jì)算公式可供工程實(shí)用。
2.由于經(jīng)濟(jì)流速遠(yuǎn)小于防靜電允許流速，所以經(jīng)濟(jì)流速wop可以作為唯一的流速設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。
3.分析表明LPG管道輸送的單位成本隨輸送規(guī)模的增大而降低，因而表明LPG管道輸送特別適用于大規(guī)模輸送量的情況。
4．按液化石油氣各種運(yùn)輸方式的單價(jià)：
汽車槽車1.2元／(tkm)
鐵路槽車l元／(tkm)
內(nèi)河水運(yùn)槽船O.3—O.5元／(tkm)
取εt＝3.0從電價(jià)e0＝O.5元(kWhr)-1，則管道輸送相對(duì)于上列各運(yùn)輸形式，在經(jīng)濟(jì)上更有利的輸送規(guī)模分別是：
Ga＞4.O 1O4t／a(相對(duì)于汽車槽車運(yùn)輸)
Ga＞4.5 1O4t／a(相對(duì)于鐵路槽車運(yùn)輸)
Ga＞28.O 1O4t／a(相對(duì)于內(nèi)河水運(yùn)槽船O.5元／(tkm))
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