LPG管道输送及其经济论证方法

时间: 2007-01-27 栏目: 化学化工论文

一、LPG管道输送方式的特点及其发展

LPG的运输可分为陆上和水上两类,陆上运输可以分别采用铁路槽车,汽车槽车以及长距离管道输送三种方式。一般说来,在有水运条件的情况下可采用水运,能达到运量大,费用小的效果。在陆上运输方面,三种运输方式各有其适用条件。一般在长距离,大运量,具有铁道专用线且接轨距离不太长等条件时,采用铁路运输是首选方案。不过在近些年,由于铁路运输能力的紧张,铁路运输周期往往变得较长,使铁路运输的效能大为减低。这种状况在未来若干年亦恐难有显著的改善。

汽车槽车运输方式具有灵活的特点,但运输量小,特别是由于其运输成本(油料消耗,车辆折旧及维修,道路税费等)基本上正比于运距,所以只适于短距离运输。例如在省内或邻省之间的运距范围运输。否则运输成本将在LPG的经营本中占据不适当的比重。

管道输送相比于铁路运输和公路运输具有很多优点。首先,管道输送工作稳定可靠,不受外界因素的影响。这是管道输送的基本技术特点。其二,管道输送安全性好,管理简单。管道埋于地下,不像槽车在各种道路上穿行,也不需装车却车环节。其三,管道输送有很好的经济特性。在本文我们将会看到,达到一定的运输规模时,即能使LPG的运费成本降到合理的水平。

采用管道输送的一个重要前提条件是供需关系需要固定,即管道的两端一端是固定的LPG供应厂,站,库,点,另一端也是固定的接受站点。所以管道输送不适用于变动的供需关系。另一个前提条件是前面提到的LPG管道输送要求具有一定的输送规模。

所以采用何种LPG运输方式要根据LPG供应点与接受点的特性,相距距离,运量规模,各运输方式的有关因素,经技术经济比较和论证后予以确定。

LPG管道输送在我国的城市燃气系统中已有了39余年的工程历史,到目前为止有近lo条系统正在运行,分布在北京,天津,南京,武汉,宁波等城市,管径为φ159x 6-φ89x 4不等。管道长度在10—100km之间。运行压力为2—4Mpa。但总起来看,我国LPG管道输送没有很好的发展,现有的几条管线距离都很短,运量很小,没有形成规模。我国现有LPG年供量已达600万吨,而采用管道输送的LPG量估计只占5-8左右。可见LPG管道输送在我国发展有很大的空间。

在八十年代和九十年代初期各地大量涌现的经营规模很小(接近于零售站点)的LPG公司以及一些地方或国有的LPG公司都是直接向LPG生产厂购买并运进LPG的情况下,不具备LPG管道输送应有的建设规模。

随着国民经济由计划经济向社会主义市场经济的转型,作为公用事业燃气系统的LPG产销关系将完全纳入市场。 LPG的供销将逐步提高到规模经营水平。在经济中心地区(LPG消费中心地区)以及沿海,沿江口岸已经出现了LPG储运中心,即LPG储运基地。这种储存站与LPG产出方有固定的大批量购入合同关系或与海外有LPG输入合同关系,它们向周围地区,市镇的各种中小型LPG公司销售LPG,一般采用汽车槽车作销售的运输工具。在这样一种经营格局情况下,就会

产生采用LPG管道输送方式的要求,具备管道输送方式所要求的输送量长期稳定,有一定输送规模这样两个前提条件,以及具备建设管线的资金条件。可以预计,LPG管道输送方式将在今后一段时间内兴起。有眼光的经营者和企业家应该看到这种前景,规划并实施相应的经营战略。

在考虑液化石油气管道输送的技术经济问题时,需要看重论证两个重要的方面:首先是液化石油气管道输送是否存在一个规模界限值,只有达到一定的输送量才值得采用这种方式,即管道输送的经济规模问题;第二方面是对已定的液化石油气输送能力的管道,采用多大的管径在经济上最为合理,或者说管道的设计流速应取多大,这即是经济流速问题。

二、LPG管道输送系统的年费用

经济规模和经济流速,顾名思义,是从经济角度确定的输送规模和合理流速。所以作为了解它们的基础,首先要研究管道系统的经济性。为此,我们考察表证经济性的系统年费用指标。

管道输送系统的年费用包括管道泵站设备及建筑的年折旧、年维修费、人员工资及管理费、液化石油气泵组设备的年运行电费及其他辅助消耗费。对一个LPG管道输送系统进行关于流速或管径为主要因素的经济比较,人员工资等某些项目费用在方案之间的差别很小甚至没有差别。我们在下面的分析中因此将略去这些因素的可能的差异。

1.泵设备运行年费用

Ep=e0nNτ (1)

式中Ep----泵设备运行年费用104元a-1

e0----电价 104元(104kWhr)-1

n----泵站数

N----泵站运行功率 kW

τ----泵站年运行小时数 104hra-1

N=PQ(3.6η)-1 (2)

式中p----泵工作的扬程 Mpa

Q----泵流率,即管道输送流率 m3hr-1

η----泵组效率

P=1.1λL0w2ρ(2D)-110-3 (3)

式中λ----摩阻系数

L0----泵站输送平均距离 m

D----管道内径 m

w----管道内LPG流速 ms-1

ρ----液态LPG密度 tm-3

L0=Ln-1

式中L----LPG管线总长度 m

由(3)式代入(2)式,得

N=1.1λL0w2ρQ(2×3.6η)-110-3 (4)

2.管线工程造价及管线工程折旧、维修费用

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

式中Es----管道系统的年折旧、维修费用 104元a-1

Ct、Cc、Cp----分别为管道,管道防腐及保护,泵站的建设费 104

CRFt、CRFc、CRFp----相应于管道、管道防腐、泵站建造费的资本回收因子

1.5----维修费为折旧费的50%

一般CRF=(1+i)ni/(1+i)n-1 (6)

式中i----贴现率(折现率)

n----折旧年限

Ct=ctπ(D+δ)δLρm

=1.06ctπDδLρm

式中ct----管道工程单位造价指标 104元t-1

δ----管道壁厚度 m

ρm----钢材密度 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----管道设计压力 MPa

[δ]----管道材料许用应力 MPa

φ----焊接系数,φ=1

δ0----管道壁厚附加值 m

(8)

Cc=ccπDL (9)

式中cc----管道防腐工程造价指标 104元m-2

Cp=cpCNnN

式中cp----泵站工程单位造价指标 104元KW-1

CN=装机容量/运行功率

二、经济流速

大家都经常提到LPG管道输送经济流速的概念,顾名思义,是从经济角度确定的合理流速,即按经济流速设计的输送管道,投资及运行费用的综合效益是最好的。从国内外书刊文献或手册中间或有资料提供出经济流速的数字,但其未源不明,并且未见有关于经济流速的论述和分析。经济流速只是停留在概念上而非实在的把握中。

所以作为了解经济流速的基础,首先要研究管道系统的经济性。为此,我们采用管道系统年费用指标作为衡量经济性的尺度。

从(13)式看到,管道输送系统的年费用大小与流速w的关系是双曲函数与幂函数的叠加关系。下面试求出能使年费用为最小的经济流速wop,为此令dE/dW=0

由(13)式的函数式可得(d/dw)(dE/dw),所以w=wop时,E有极小值。由(14)式计算所得的管道内流速即为最佳设计流速,即经济流速。可以看到,计算wop需

由(14)及(14a)经迭代计算。

由(14)式可以看到,经济流速与输送能力Q有关,与e0ctcccp无关,即与市场绝对物价无关,与管道工程单位造价与电价的相对比值εt,εc,εp,有关。采用单价比值对于经济问题的论证更有好处,因为相对比值比绝对物价要稳定得多。市场物价相对之间有着内在的投入产出关系,在一般情况下可认为是基本同步的。此外,经济流速还与CRFt、CRFc、CRFp有关,即与金融环境有关。但是wop与运距Lkm无关。

为便于工程计算,完全可采用下列简化式:

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

表中G表示LPG管线的日输送量(t/d)

G=Qpτ104/365 (16)

年输送量(104ta-1)是

Ga=Qρτ (17)

由表一的数据看到

1)在很大的G的变化范围和εt的变化范围,wop变化不大,一般wop=1.42ms-1

2)输送量G增大,wop只略有增大,G由50t/d增为1000td-1,即增大为20倍时,wop仅增大为1.37倍

3)从敏感性角度看,虽然εt增减,wop相应增减,但wop对εt并不敏感。εt由1变为5.5时,wop增加仅为1.33倍。

计算表明,管线运行时数增加,则wop减小。这是因为若τ较大,则计算流量小,使选用管径偏向小的方向3而经济险的要求则对此有所约制;使管径值增大,结果使经济流速值调小。

众所周知,管道输送流速除了从技术经济角度考虑,在设计中使设计流速尽量接近经济流速wop外,还应考虑防静电起电的要求。流速不应高于防静电的允许流速。若采用允许的防静电流速为0.5/D(D—管道内径,m),则可看到表l中的wop都远低于允许流速,因而wop可以看为唯一的设计流速准则。

在进行经济流速计算时,要先给定管道设计压力Pd,为此,先确定采用的泵站数n,相应于每一泵站的输送管道长为l

l=L/n

式中l----每一泵站的输送管道长度 m

n----泵站数

再按一般情况设流速w=1.42m/s,计算泵的扬程H

管道设计压力Pd的确定即泵站数n的确定存在优化问题,作者将另文论述。

三、管道输送的经济规模

管道输送的经济规模问题是指确定在经济上合理的管道输送量的界限。其衡量的足度可以取为单位吨公里的液化石油气的输送成本。

1.管道输送单位成本

由(13)式,等式两边同除以年输送量Ga

y=1.1E/GaLkm (18)

式中 y----管道输送单位成本 元/(tkm-1)

1.1----人员工资及管理等费用按E的10%考虑

(18)式的表达式为

由(19)式揭示出,y与输送距离无关,以及在一定程度上与输送能力Q的方根成反比。y与年输送规模的关系见图2,可见Ga愈大,y愈低。图2的5根曲线相应于5种e0值由上到下分别相应于e0=0.8,0.7,0.6,0.5,0.4 元/kwh.图2是按εt=3.0作出的。

2.管道输送的经济规模

若给定管道输送单位成本应小于或等于其他运输成本(例如:汽车槽车、铁路槽车、槽船水运等)的单位成本y0,则由(19)式y≤y0,可得出:

图(3)给出了以εt为参数(εt=4.0,3.5,3.0,2.5)情况下经济规模Ga与单位运价y0的关系,y0愈高,则Ga愈小。

图(4)给出了以y作参数(y=1.5,1.25,1.0,0.75,0.5)情况下经济规模Ga与εt的关系。

四、结论 .

1.LPG管道输送的经济规模是存在的,其值变化范围不大,约为1.2—1.7m,基于年费用最小为目标的经济流速计算公式可供工程实用。

2.由于经济流速远小于防静电允许流速,所以经济流速wop可以作为唯一的流速设计准则。

3.分析表明LPG管道输送的单位成本随输送规模的增大而降低,因而表明LPG管道输送特别适用于大规模输送量的情况。

4.按液化石油气各种运输方式的单价:

汽车槽车1.2元/(tkm)

铁路槽车l元/(tkm)

内河水运槽船O.3—O.5元/(tkm)

取εt=3.0从电价e0=O.5元(kWhr)-1,则管道输送相对于上列各运输形式,在经济上更有利的输送规模分别是:

Ga>4.O 1O4t/a(相对于汽车槽车运输)

Ga>4.5 1O4t/a(相对于铁路槽车运输)

Ga>28.O 1O4t/a(相对于内河水运槽船O.5元/(tkm))