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【海川管道历史】充满科技含量的第一条极地输油管线

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发表于 2020-8-27 19:32:05 | 显示全部楼层 |阅读模式

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1968年,美国在阿拉斯加北坡北极圈内发现了普鲁德霍湾大油田。直到1973年11月,由于第一次能源危机,美国国会才批准动工建设横贯阿拉斯加输油管道。它起自普鲁德霍湾油田,终点在阿拉斯加南部的瓦尔迪兹港,全长1287千米,管径为1220毫米,日输油能力约80000立方米。直到 1977年才建成。总投资高达88亿美元,可谓“世界之最”。它的技术难点在于穿越永久冻土带和地震多发区。为此进行了大量科学试验,独创性采取架空铺设方法。


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 楼主| 发表于 2020-8-27 19:33:38 | 显示全部楼层
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Peterpaul彼得保罗

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 楼主| 发表于 2020-8-27 19:34:30 | 显示全部楼层
以往开采石油都是在热带或温带地区,在寒带开采石油的经验极为有限,在北极圈内更是史无前例。位于北极圈内的阿拉斯加油田,开发起来真是石油史上最大的挑战。建造纵贯阿拉斯加的输油管的工程已经够浩大,再加上天寒地冻,很多意想不到的自然现象,像冻原气候,地下水不均匀,海水冬冻夏融等,真让铺设油管的工程师吃了不少苦头。

冻原是一种含大量水分的泥土,冬天气温降至冰点以下时坚硬如石;夏天日光照射后,地下冰融解则成泥浆,连人都难以立足。有些地方的冻原即使夏天也只有表面薄薄30公分的表土融化,地下仍保持在冰点附近,因此只要温度上升1℃,就会把冻土融化成一大泥浆池。冻原对温度变化如此敏感,使很多设施因季节交换而出纰漏,像图三的桥就是个例子因此任何工程除非事先设计得相当周密,否则一定维持不了一年。

阿拉斯加一年内大部分时间的气温均在冰点以下,故生物不易生存,泥土中的有机养分仅在薄薄的表层。由于缺乏适当的植物来保护水土,一旦将地下的冻土裸露于夏日,新的一层表土极易受雪水冲失。这种地形及地质的破坏历久不停,20世纪初期的淘金者便曾对这些冻原任意挖掘破坏,至今仍无法恢复旧观。因此美国政府对油管的敷设订有严密的规格,以保护自然环境的完整。

点评

那些插入冻土带的管道支架称“固温棒”,是保持冻土在夏季温度升高不会发生融沉现象,始终保持冻土带为一条大冰带。 上世纪九十年代,国内利用“固温棒技术”解决了青藏铁路的铁路路基问题。  详情 回复 发表于 2020-8-27 19:56

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 楼主| 发表于 2020-8-27 19:36:21 | 显示全部楼层
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 楼主| 发表于 2020-8-27 19:40:50 | 显示全部楼层
地下水因受地质及地形构造的影响分布不均,是冻原区另一项头痛的事。冬天地下水结冻膨胀所产生的压力很不均匀,常使地面设施变形,地下装备压坏或扭断。另一方面,输油管内的原油必须在50℃以上的温度下才能保持畅流。不管如何保温,这些热总会有少许传导到外面;因此,如将油管埋在地下,迟早会传出热而融解冻土,油管就难保不往下陷落。经过种种考虑,工程负责人决定把油管高离地面架设。

北极区的冬夏温差高达80℃,各种工程设施不能不先预防热胀冷缩造成的损害。就拿盖房子来说吧,冬天盖好时看起来不错,到了夏天,地表膨胀,把门给封住了,出都出不去。为了避免油管因热胀冷缩而折断,工程人员设计了锯齿形的敷设法。(见刊头图)

但油管以锯齿形高架于地面上,问题并没有完全解决,高架所用的支桩仍有麻烦。夏天里,地面温度高于地下,支桩顶端所吸收的热传到地下,融解了周围冻土的地下冰,支桩失去依附便往下溜。冬天,尤其是初冬,地下温度高于地上,贴支桩的地下水由上往下流,沿支桩外壁结冰,冰在支桩壁上结紧,继续膨胀时就把支桩往上顶。如此一溜一顶,支桩又上又下的,不要多久就会使油管弯折,甚至断裂。

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 楼主| 发表于 2020-8-27 19:42:17 | 显示全部楼层
【海川管道历史】汇总贴不断更新中,了解各种管道的发展过程
https://bbs.hcbbs.com/thread-3068575-1-1.html
(出处: 化海川流-海川化工论坛)

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 楼主| 发表于 2020-8-27 19:45:08 | 显示全部楼层
要解决支桩的问题倒不难,工程师作了两种设计,最后采用的是固温管的设计。先将中空的钢桩打进地下,再套进一根密封的钢管,内装50克的液氨。夏天里,液氨吸收由上往下传的热气,蒸发成氨气,升到管顶。由于不断蒸发,压力变大,把管上端的氨气压缩成液氨,所放出的热由气冷式交换机传到大气中,凝结的液氨则下流到管底。如此一再蒸发、凝结,可使桩的地下部分维持低而均匀的温度。到了冬天,整个过程恰好反过来,氨气由下而上,与由上而下的液氨交换热量,尚未液化的氨气继续往上升,最后在顶端与外界交换热量而液化。整个设计就是利用氨的挥发、凝结,把热量由热的地方带到冷的地方,维持管内的温度均匀。只要支桩下半部的温度保持均匀,且低于冰点,让周围的冻土终年冻结,不会融解,支桩就可以固定住了。

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 楼主| 发表于 2020-8-27 19:50:08 | 显示全部楼层
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 楼主| 发表于 2020-8-27 19:51:04 | 显示全部楼层
在严寒的阿拉斯加,要使管内原油保持50℃以上,沿途必须设立加热站。在加热站有小型炼油厂及加热装备。炼油厂抽取油管内一部分原油加以炼制分离,将所得的燃料油分离送进锅炉燃烧,维持油管温度,剩余的部分则送回油管内与原油混合继续输送。因为油管所经地区多半是酷寒荒凉的冰原,不容易请到人驻厂,所以加热站都是全自动设备。

克服了重重困难,终于筑好了一条高架油管。由布鲁何湾出发,纵贯阿拉斯加,到达南岸的瓦地兹港(Valdez),全长1300公里,管径1.2公尺。在瓦地兹港,工程师利用同样的支桩建立了码头,好让接运的油轮靠岸,把油运回美国本土。谁知人算不如天算,耗资巨额建造的码头,完成不到一年就报销了。原来,冬天里,码头支桩上端冻结了一个大冰锥,一到春天,海水温度升高,支桩将这些热往上传,冰锥与支椿相接处的部分融解,就松松地套在支桩上,随着潮水或海浪上下滑动。在瓦地兹港,这种冰锥的上下滑动高达7公尺。夏天来到,这些冰锥全往上冲,就把整座码头掀掉了。

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发表于 2020-8-27 19:56:14 | 显示全部楼层
沙漠里的游鱼 发表于 2020-8-27 19:34
以往开采石油都是在热带或温带地区,在寒带开采石油的经验极为有限,在北极圈内更是史无前例。位于北极圈内 ...

那些插入冻土带的管道支架称“固温棒”,是保持冻土在夏季温度升高不会发生融沉现象,始终保持冻土带为一条大冰带。
上世纪九十年代,国内利用“固温棒技术”解决了青藏铁路的铁路路基问题。
固温管技术5.jpg

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 楼主| 发表于 2020-8-27 20:15:23 | 显示全部楼层
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 楼主| 发表于 2020-8-27 20:23:02 | 显示全部楼层
智者明 发表于 2020-8-27 19:56
那些插入冻土带的管道支架称“固温棒”,是保持冻土在夏季温度升高不会发生融沉现象,始终保持冻土带为一 ...

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 楼主| 发表于 2020-8-27 20:28:05 | 显示全部楼层
自1950年代以来勘探人员一直在阿拉斯加北部各处探油,终于在1968年在普拉德霍湾发现石油。要把石油运到最近的不冻港、1,300公里外的瓦尔迪兹,兴建输油管被认为是唯一可行的方法。但是管道的建筑面临位置偏远和周围恶劣环境的挑战:中间要穿越三座山脉、活跃的断层、广大的冻土层和定时迁徙的驯鹿和驼鹿。

获得开发权的石油公司组成了阿拉斯加财团,并成立公司设计、兴建和管理输油管。美国总统尼克松在1973年11月16日签署了《纵贯阿拉斯加管道授权法案》(Trans-Alaska Pipeline Authorization Act),为建造管道提供法理依据。

输油管为单管设计,直径 1.22米(48英吋),在1974年3月27日开工,1977年5月31日落成。耗资 80亿美元。工程分六个部分,由五家总承包商负责,高峰时期雇用了21,000 名工人。有31人死于工程事故。

输油管自1977年6月20日启用以来,已运送了超过150亿桶的原油,在1988年的高峰期每日运量曾达到 210万桶。石油公司耗资 14亿美元,在瓦尔迪兹的码头兴建了四个泊位。1977年8月1日,大西洋里奇菲尔德公司的朱诺号油轮成为第一艘装运阿拉斯加原油的油轮。

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 楼主| 发表于 2020-8-27 20:30:16 | 显示全部楼层
智者明 发表于 2020-8-27 19:56
那些插入冻土带的管道支架称“固温棒”,是保持冻土在夏季温度升高不会发生融沉现象,始终保持冻土带为一 ...

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 楼主| 发表于 2020-8-27 20:31:39 | 显示全部楼层
称为“猪”的装置可以改善阿拉斯加输油管道的流量,并监测其状况。“猪”在泵站启动和回收,通过移动的油通过管道。“聪明”的猪,它包含多种传感器,可以执行多个任务。例如:保持管道清洁,找出腐蚀的地方,发现管道是否形状不规则等。据说,整条管道只需要两个小时就监测完毕,但为求细致,通常需要更多时间。原来输油管道的运行和维护还有这么多学问。

这是一个已退役的“猪”。

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 楼主| 发表于 2020-8-27 20:32:47 | 显示全部楼层
道尔顿公路(Dalton Highway)因油田而诞生的。

普拉德霍湾Prudhoe Bay地处阿拉斯加的北缘——北冰洋沿岸,是名符其实的蛮荒之地。虽然多数工人乘飞机进出油田,但他们每日生活所需的食物、日用品以及建设油田的材料,则都是由一辆辆重型卡车,经由道尔顿公路长途运输过去。这条与阿拉斯加输油管完全平行的公路还肩负着另一项重要的任务:方便工程师检修油管。油管是油田生产的命脉,全依赖道尔顿公路,它才得到良好的维护和保养。

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 楼主| 发表于 2020-8-27 20:34:55 | 显示全部楼层
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 楼主| 发表于 2020-8-27 20:41:37 | 显示全部楼层
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发表于 2020-8-27 20:44:13 | 显示全部楼层
这个修建难度比较大

点评

这项工程延续了十几年,边研究、边设计、边施工。  详情 回复 发表于 2020-8-28 11:02

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发表于 2020-8-28 11:02:09 | 显示全部楼层
泡沫_ZPTK 发表于 2020-8-27 20:44
这个修建难度比较大

这项工程延续了十几年,边研究、边设计、边施工。

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