七甲镇田家小学图片:石油天然气储运手段的进步-【石油之光】中国石油大学(华东)

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石油天然气储运手段的进步 09-04-01 作者:   编辑:石油之光编辑

初始的储运手段

  1859年8月27日,美国宾夕法尼亚的泰特斯维尔诞生了美国第一个油田。不到半年,就有了24口生产井。1860年一年,这里产出原油9万吨,1866年产量27万吨。这么多油往哪里放?用什么运输?

  最早的盛油工具是装啤酒的木桶。德雷克井出油后,用了一只容积为8桶(约1.1吨)的鲸鱼油油桶当储油罐。

  各个石油生产商雇用马车,把一桶桶原油运到河边,装上平底驳船,沿阿列汉尼河顺流而下,到达匹茨堡。那里有多家炼油厂。驳船成为第一种“长距离”运输工具。1861年初,“石油城”一带已有15艘蒸汽船来拖运驳船。丰水期河上船只来往如梭,十分繁忙。枯水期船就不能航行。

  1865年,铁路修进了油区。初始的铁路运输,是把一桶桶原油直接码放在平板车上拉走。

  后来出现了专门的“油罐车”,是在一辆平板车上安放两只大木桶,原油装在大木桶里运走。

 

  1868年出现第一台卧式铁路油罐车,这是现今铁路油罐车的原型,每辆油罐车的容积约为100桶(约13.64吨)。

  木桶作为基本的盛油容器,初期没有统一的规格,大小不等,大的有50加仑的,小的只有30加仑。1860年,宾夕法尼亚罗斯维尔的埃格赫特(M.C.Eghert)博士和石油溪的20家石油生产商提出,按桶来出售原油,桶应该有标准,主张按每桶40加仑,外加2加仑作为对买方的优惠,即每桶为42加仑。后来1870年,洛克菲勒成立标准石油公司,大批量使用自己制桶厂专门生产的“标准”油桶。1872年,石油生产商协会采纳了这个标准。1916年得到美国国会批准。

  最早的储油手段是土油池,就是在井场旁边挖一个坑,让来不及装桶的原油流进土油池存放。

  到19世纪60年代,人们把木桶“放大”,在油田上制作了许多大大小小的木制储油罐。1861年,艾金(Akin)建造了一具带箍的圆桶形油罐,建在泰特斯维尔以南金斯兰洼地上,罐底直径8英尺(约2.44米),高也是8英尺(约2.44米)。从存留的照片看,20世纪80~90年代,有的木制油罐大约有7~8米高,容积有几十立方米。

早期的输油管道

  在油区里用马车拉运原油,从井口拉到河边,每桶的运费高达2.5~5美元。怎么把这笔运费节省下来呢?

  有一个采油生产商,名叫赛缪尔·范·赛克尔(Samud Van Syckel),在油区里铺设了第一条管道来输油。这是用螺栓把一根根2英寸(约5.08厘米)直径的熟铁管连接起来,从皮托尔镇(Pithole City)到米勒农场火车站,全长5英里(约8千米),埋入地下2英尺(约0.5米)深。首站上用2台蒸汽机带动的泵压送,日输油量800桶(约40000吨/年),每桶油的运费才l美元。于是,油田上很快铺满了集输管道。

  但是,埃克森公司《发现的100年》画册上说,宾州最早的输油管是木制的。《石油、金钱、权力》一书也说,1863--1865年运油最便宜的是木制管道。

  其实,中国人早在1000多年前在四川自流井地区就已经使用竹、木管道来输送天然气和卤水。这种管子叫“笕”或“枧”。中间挖空的竹子或木头,外面缠上竹篾条,用桐油和石灰把缝隙涂上,作为连接、加固和防止渗漏。以上讲的是油田或气田内部的管道。

  最早的第一条外输管道,或叫做“长输管道”,是宾夕法尼亚产油区的一部分石油生产商联合建造的“潮水”(Tide Water)管道。它建于1879年5月,从宾州的格里维尔到威廉港,全长90英里(约145千米),管径6英寸,日输油能力10000桶(约50万吨/年)。管道翻越了阿列汉尼山脉。

  《石油、金钱、权力》一书称,这是“全世界第一条长途输油管线”。但是,美国油气杂志(OGJ)美国石油工业100周年专辑报道:“世界第一条管道干线是1874年建成的从宾夕法尼亚油田到匹茨堡的管线,属于哥伦比亚管道公司,管子直径76.2毫米,全长60英里(约96.5千米),日输能力3500桶(约17.5万吨/年)。当时宾夕法尼亚铁路公司为阻挡它建成,不允许它穿越铁路。为此,只得在铁路两侧各建一座终端,在铁路上方架起高架桥。”

  1907—1910年,在美国,从俄克拉何马州产油区到得克萨斯墨西哥湾海滨建成了两条8英寸(约20厘米)的输油管道。

  1923年,从怀俄明州的茶壶山到中陆地区建成了一条管径10英寸(约25.4厘米)和12英寸(约30厘米)的输油管道。

现代输油管道的开始

  20世纪20年代末焊接技术的诞生,使管道和储罐建设进入了飞速发展的时期。

  1941年珍珠港事件后,美国对日作战,抽调了大量油轮到西海岸。与此同时,德国大规模开展潜艇攻击,重点打击美国的油轮。1942年前4个月,美国有48条油轮被击沉,美国的石油运输发生严重困难,因为东海岸所需的原油和油品,绝大部分靠油轮海上运送。1940年6月,船运石油每天高达23.4万立方米,而管道运输仅0.64万立方米,铁路只运12.7万立方米。

  在此情况下,1942年美国石油协调局和战时石油委员会召集67家石油公司商议。大家建议,从盛产石油的得克萨斯州朗维尤往纽约州费城地区建一条“大口径(Big Inch)”输油管道,管径24英寸,全长2155千米。1942年8月3日铺设第一节管子,1943年2月19日开始南段输油。

  与此同时,1943年1月26日政府批准,开工建设几乎平行的“次大口径(Little Big Inch)”成品油管道,管径20英寸(约50.8厘米),起点为得克萨斯州的博蒙特,终点是新泽西州的贝永,全长2373千米。

  这是当时世界上口径最大的原油管道和成品油管道。有的书上把这称为现代输油管道的开始。

  1944年6月,为支持战争,跨越英吉利海峡建设了一条成品油管道。

  到1959年,美国的原油输送管网已经发展到16万英里(约25.7万千米)。80%运往炼油厂的原油靠管道运输。

  在当时苏联卫国战争中,管道建设事关重大。

  战争期间,苏联也建设了一条至关重要的输油管道。当时苏联90%以上的石油产自高加索地区,特别是巴库。但是,德军已经占领了煤炭中心顿巴斯,包围着原斯大林格勒。巴库的石油要运往莫斯科、列宁格勒及乌拉尔地区的工业基地,只能向东南经由里海海上的船运,再走铁路绕道中亚。为此,斯大林为首的苏共中央决定建设从里海之滨阿斯特拉罕,通往萨拉托夫的输油管线,全长820千米。这是当时苏联距离最长的输油管道。钢铁供应困难,大部分管子使用从巴库到巴统那条管道拆下来的旧管子。这些管子需要清洗,重新做防腐层,不少地方已经腐蚀,需要补焊。总共有五万多个管端要修补。动员了大量骆驼和马匹作为运输工具。发动了上万中亚地区的集体农庄庄员挖沟和填埋。这条管线的建成,加上两条输气管道的建成,从根本上保证了斯大林格勒附近萨拉托夫等后勤基地的能源供应,有力地支援了战争。

  最惊心动魄的一场管道抢建战发生在1942年。早在1941年秋,苏联第一大城市列宁格勒(即圣彼得堡)就被德军包围。进入列宁格勒的全部公路、铁路都处在德军大炮和飞机轰炸之下。冬天,拉多加湖冰冻,成为唯一一条运送生活物资和军火的通道,称为“生命之路”。可是,春暧花开,这条通道就要中断。列宁格勒只剩下30~40天的燃料了。1942年4月,苏联最高统帅部决定,突击抢修一条穿越拉多加湖底的水下成品油管道。1942年5月开工,管径101毫米,全长30千米,其中水中21.5千米,最大水深12.5米。白天要冒着敌机的轰炸。一节节钢管用原木扎成的木排拖运。6月16日建成投产,每天向列宁格勒供应400吨汽油等石油产品,有力地支持了列宁格勒保卫战。

输气管道

  输气管道的建设和发展比输油管道要晚一些。

  世界最早的输气管道,应当是中国四川自流井气田上的竹木制管道。

  1950年以前的天然气工业史,基本上是美国天然气工业史,因为美国几乎是唯一的天然气生产、消费国。

  美国最早在1821年就已经商业性开发纽约州的费里多尼亚气田,用中空木头连接起来的管子,把天然气输送到附近几个城镇作照明用。

  1880年,在离宾夕法尼亚的布雷德福市21千米处,建成世界上第一座天然气增压站,使用了两台直接用蒸汽机带动的天然气压缩机。

  1891年,所罗门·德莱赛发明了用橡胶密封的管道联接器。当时还没有焊接技术,管子靠两端法兰盘用螺栓连接,天然气输送压力稍高就容易在接头处漏气。德莱赛联接器解决了天然气高压输送问题。他在俄克拉何马建了一条2.5英里(约4千米)的试验管道于1891年10月开始向用户供气。

  美国第一条高压(约3.6兆帕)输气管道建成,起点是印第安纳州的格林顿,终点是芝加哥,全长120英里(约193千米),是8英寸直径的熟铁管。

  1900年,初步形成了输气管网,美国有17个州用上了天然气。

  1910年,俄克拉何马天然气公司在美国西部建了第一座压气站。同年,隆星(Lone Star)燃气公司开始经营它在西南部第一条“长距离输气管道”,长217千米,管径16英寸,向Fort Worth和达拉斯供气。

  1911年,出现了第一套孔板流量计(Orifice meter)和Weymouth流量公式,从而可以计量和计算经过管道的天然气流量。

  20世纪20年代末、30年代初,由于诞生了焊接技术,也由于有了无缝钢管,美国开始现代天然气管线的建设。1931年建成了两条现代天然气管道的原型,一是美国天然气公司的输气到芝加哥的1258.5千米管道;另一条是东潘汉得管道公司的输气到印第安纳卅l南部的1930千米管道,都是24英寸口径。

  1933年,美国已经建成16.3万英里(约26.2万千米)输气管道。俄罗斯的天然气管道建设始于1940年。从达沙瓦到利沃夫的管道,直径200毫米(苏联乃至今俄罗斯均用公制),全长68千米。这就是前苏联天然气工业的开端。

  1942年,苏联伟大的卫国战争期间,德军大举进攻斯大林格勒。离它不远的萨拉托夫成为苏联红军战略物资的重要供应地。正在这期间,在萨拉托夫州发现了耶尔尚克天然气田。苏联政府立即决定,突击抢建耶尔尚克一萨拉托夫输气管道。这段管道距离不长,仅18千米,采用325毫米管子,只用了一个半月于1943年1月18日建成通气。

  与此同时,1943年10月建设了布古鲁斯兰气田到古比雪夫市的输气管道。全长180千米,是前苏联最长的输气管道,管径也是325毫米。萨拉托夫和古比雪夫这两个斯大林格勒附近的工业重镇解决了能源问题,为斯大林格勒保卫战的胜利提供了有力保障。

  1944年底,斯大林格勒战役已经取得了胜利。卫国战争的形势发生了有利于苏联的逆转。苏联政府决定建设萨拉托夫到莫斯科的输气管线。全长800千米,也是325毫米管径,中间经过5个州,穿越大小河流80处,公路、铁路280处。这条管线首次使用高强度薄壁钢管,壁厚6.35毫米,从而节约用钢约3万吨。全线有100多千米是在0℃以下的严寒天气下户外焊接的,从此废除了一5℃以下不能焊接的规定。施工中首次采用“下坡焊”和加压气焊。这一方法后来发展为接触焊,成为自动焊的基础。1946年6月管道建成。莫斯科的供气量一下子增加了5倍。

大口径输油管道

  20世纪50~70年代,是世界油气田大发现的年代,也是石油消费量快速上升的年代。相应地,世界各地开展了多项大口径、长距离的管道工程,把管道建设提高到新的水平。

  第一次世界大战后第一项大型管道工程是埃克森、雪弗龙、德士古、美孚4家的沙特子公司阿美石油公司(Aramco)建的“横贯阿拉伯半岛输油管道”(Tapfine)。起自沙特阿拉伯东部产油区卡提夫,贯穿沙特阿拉伯东西,经过叙利亚,直达地中海滨黎巴嫩的赛达港,管径30英寸,全长1040英里(1673千米),日输油能力32万桶(相当于年输油1600万吨),1957年扩大到日输45万桶(约12250万吨/年)。由此,沙特阿拉伯生产的部分原油可以经此管道直抵地中海装船,不必绕道阿拉伯半岛,不走苏伊士运河,运距大为缩短。自此,阿美石油公司的产量急剧增长,1938年才6.5万吨,1949年达到2282万吨。

  1978年阿美石油公司开工建设一条新的横贯阿拉伯半岛的东西输油管线,称为PetroLine,起自东部的阿卜凯克,终点是西部红海之滨的延布港,全长1202千米,管径48英寸,输油能力高达每天240万桶(相当于年输油12000万吨)后来扩大到400万桶(约2亿吨/年)。这可能是世界上输油能力最大的原油长输管道。1981年7月竣工投产。同它并行的还有一条天然气凝析油管道,把东部大油区生产的天然气凝析油输送到延布的三座大石化厂作原料和燃料,同时给东西输油管线沿途13座泵站的燃气轮机供应燃料。

  1963年3月,美国辛克莱、德士古、海湾等9家石油公司联合建设科洛尼尔成品油管道(Colonial Product Pipeline)。起点在得克萨斯州休斯敦附近的帕萨丁那,经过博蒙特、阿瑟港,然后北上,经过亚特兰大、费城,到新泽西州的林登,主干线长2478千米,管径分别是36英寸、32英寸和30英寸,外加2200千米支线。整个系统长达4552千米,日输油能力100万桶(约5000万吨/年),可以顺序输送118种石油产品。这是迄今为止最大的成品油管线。

  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。

  20世纪70年代,中国建设了从青海格尔木,翻越唐古拉山,到达西藏拉萨的成品油管道,全长1076千米。这是世界海拔最高的输油管道,最高点海拔4857米,全线平均海拔4260米。

  20世纪80年代,美国建设了一条世界最长的热输重油管道。这就是美国东西大管道(West-East Pipeline),又称全美管道(AU American Pipeline)。它西端起自加利福尼亚海滨的圣巴巴拉,终点在得克萨斯南部的韦伯斯特,全长2817.5千米。这是一条加热输送重质原油的管道,管径762毫米,年输油量2500万吨。每个加压站都要对原油加热。

  世界上另一个产油大国是前苏联。

  20世纪50~60年代,苏联开发伏尔加河和乌拉尔山脉之间的“第二巴库”。这里离首都莫斯科和古比雪夫等工业重镇都比较近,无需建设距离在千米以上的管道。1952--1954年,这里建了6条输油管道,总长2300千米,其中最长的是阿里缅杰沃一高尔基市的570千米的管道。

  1963年,苏联建成了“友谊”输油管道,口径从1020毫米到426毫米,全长4665千米,把原油输送到东欧各国。

  当时,苏联管道建设的高潮是伴随西西伯利亚石油天然气大发现和开发而形成的。自从1965年第一个油田开始产油,到1971年,建成了从沙伊姆油田到秋明市,乌斯季巴雷克油田到鄂木斯克炼油厂两条输油管道,管径1020毫米。苏联1971年的输油干线总长度达到32344千米。

大口径输气管道

  这时期,马格诺里亚公司建造了当时第一批管道之一,长350千米,口径14~18英寸的萨里塔(路易斯安那州)一博蒙特输气管道。从得州西南、东北部及路易斯安那北部建了4条输气管线到休斯敦的阿瑟港。州际天然气公司(属路易斯安那标准石油公司)铺设了一条22英寸的输气管道,从门罗气田到巴吞鲁日,又延伸到新奥尔良。

  重要的突破是1931年。美国天然气管道公司建成了长距离管道的原型,长950英里(约1450千米),从西得克萨斯输气到芝加哥。同时,东潘汉得管道公司建成一条长1930千米的输气管道到印第安纳的Muncie。这两条都是24英寸口径的。

  20世纪20年代末美国已经初步形成了输气管网。1933年,有了16·3万英里(约26.2万千米)输气管道;1961年发展到102.5万千米。

  前苏联是世界上建成大口径输气管线最多的国家。

  1963年前苏联建成第一条管径1020毫米的输气管道,从布哈拉到乌拉尔,全长2200千米。

  1975年建成第一条管径1420毫米的超大口径输气管线,全长3641千米。被称为“联盟”输气管道。它起自“第二巴库”南部的奥伦堡大气田,穿越几乎整个前苏联欧洲部分,到达西部边界,然后延伸到东欧的保加利亚、匈牙利、民主德国、波兰、罗马尼亚、捷克和斯洛伐克。这是当时世界上第一大输气管道。

  20世纪70年代末,世界第一大气田乌连戈伊投入开发,前苏联建设了并行的6条管径均为1.42米的西输管道,终点在俄罗斯最西部的乌日哥罗德,向东欧、西欧供气。这6条管道总长度超过2万千米,其中最长的一条长4451千米。在技术上也是很了不起的。它穿越150千米永久冻土带,1000千米沼泽地、2000多千米大森林,穿越乌拉尔山脉和洛尔巴阡山545千米,穿越河流800多处、铁路公路560多处。年输气量2000亿立方米。如此巨大的工程,15个就建成了,真是人类奇迹1

  20世纪80年代,西西伯利亚扬堡大气田投入开发,同样建设了6条平行的1.2米大管道,同样是年输气2000亿立方米,管线总长度达456千米,创造了另一个管道建设之“最”。

  单线输气管道最长的要算横贯加拿大输气管道(Trans-Canada Ga{Pipeline)。它1956年动工,1958年完成从加拿大艾尔伯塔省与萨斯喀彻温省交界处到魁北克省蒙特利尔的主体部分,全长3600千米。此后不断扩建,形威4个管道系统,组成横贯加拿大输气管道大系统,全长8500千米。管子直径从1000~500毫米,年输气量300亿立方米。

  西半球最大的输气工程是1981年开工建设,1986年完成的阿拉斯加天然气输送系统,是美加两国合作建设的,主干线全长7800千米,起自普鲁德霍湾油气田,向南穿过阿拉斯加,经过加拿大的育空地区,到艾尔伯塔省的加罗林,由这里分为两支线进入美国。一支向东延伸到芝加哥附近;另一支向南到达旧金山附近。最大管径1.42米。它的最大难点是通过永久冻土带,采取了天然气的低温(一17~C)输送。它的输气压力达到88.2~100帕,是少见的。

  20世纪70年代起,人们开始建造长距离、大输量的海底天然气管道。这方面的第一壮举,是1979年底开工、1981年初建成的从非洲阿尔及利亚,穿过地中海,到意大利北部的跨地中海管道(Trans~Mediterranean GasP’peline)。全长2500千米,年输气量120亿立方米。这条跨海、跨洲输气管道的起点是阿尔及利亚的哈西鲁迈勒大气田,管道在陆上到突尼斯下海,先穿过西西里海峡,登上西西里岛,再北上穿过墨西拿海峡,在意大利南端登陆。最大难点是西西里海峡一段,长156千米,水深达608米。为了建设顺利,事先在两个海峡埋了两段试验管道;用微型潜水艇测量海流;专门设计了一种巨型海上铺管船。

  1995年建成了第二条非洲一欧洲输气管道。起点也是阿尔及利亚的哈西鲁迈勒气田,跨越直布罗陀海峡到西班牙的科尔旺。这是第一期工程,全长760千米。第二期工程在陆上向葡萄牙延伸,年输气能力100亿立方米。

20世纪70~90年代,欧洲北海陆续发现并开发了多个大气田,建设了不

少海底输气管道。到90年代后期,挪威一共建成6条向欧洲大陆输气的海底输气大管道。Norpipe和Europipe通到德国,年输气能力分别为220亿立方米和120立方米;ZeePipe通到比利时,年输气120亿立方米;两条通到英国,年输气240亿立方米;Norfa通到法国,长829千米,1998年开始输气;还有一条Zeepipe IV已经开工建设,给法国供气,年输气120亿立方米,长863千米,是世界最长的海底输气管道。

水上运输——油轮

  管道再发达,也替代不了水上运输工具——油轮。因为油轮的运输成本最低。

  美国第一次石油的跨洋运输是1861年,即德雷克井出油后两年。“伊丽莎白.瓦茨”号双桅帆船把5桶(约0.86吨)石油从美国东海岸的费城运到英国伦敦。用这种把一桶桶石油装在帆船上的方式,到1864年美国出口了73.2万桶石油。

  1869年,出现船上安装了59只铁质储罐的木帆船,名为‘查尔斯”号,它载重714吨。1872年,2748吨的比利时船。“瓦德兰”号投入运行。这是世界上第一条用蒸汽机为动力的运油船。

  到1885年。美国已经有1000多条运油船。

  世界第一条散装油轮出现在1878年。阿塞拜疆巴库的诺贝尔兄弟石油公司设计,并且委托瑞典一家造船厂建造的“索洛阿斯特”号散装油轮投入里海航行。这是现代油轮的原犁。同装桶运输不同,当船加速或者减速,或者遇到风浪左右摇晃的时候,散装在船舱里的石油,会大大加剧船的晃荡,造成危险。诺贝尔兄弟石油公司解决了这个问题。散装使运输成本大为降低。

  美国第一条散装油轮是1886年起航的“格鲁柯夫”(Glukauf)号,这是一条帆船。

  1888年,美国启用第一条散装蒸汽油轮“标准(Standard)”号,船长只有162英尺(约49.4米),而瓦德兰号(第一条蒸汽油轮)长达320英尺(约97.5米)。这种烧煤的远洋油轮一直用到20世纪20年代,才被效率更高的柴油机或蒸汽透平驱动的油轮所取代。

  1890年,英国壳牌运输贸易公司的老板马库斯·塞缪尔,正在从事把煤油从阿塞拜疆运销到远东去的生意。他在巴库看见了诺贝尔公司的散装油轮,非常高兴。他意识到,这是一种运输效率更高的船,就定制了几条,附加了一系列安全措施(比如可以适应不同温度下煤油热胀冷缩的要求)。1982年7月22日,他的第一条散装油轮“骨螺号”在黑海之滨的巴统港装满了巴库煤油,通过苏伊士运河,驶往新加坡。到1893年底,他已经有了十几艘散装油轮。第一次世界大战时,最大的油轮是6000吨级的。

  20世纪20年代末30年代初,焊接技术和优质钢板的出现,使造船业向前迈进了一大步。第二次世界大战期间,短短3年里,美国建造了1000多条油轮,绝大部分是T一2型1.66万吨级的,航速为14.5节(即每小时14.5海里)。第二次世界大战结束时,美国拥有的油轮占全世界的60%。

  第二次世界大战以后,中东成为世界石油产量最大的地区。大量原油要经由波斯湾、红海:苏伊士运河、地中海运向欧洲和北美,或穿越印度洋、南中国海到日本。石油海运的需求急剧上升,不仅要求更多的油轮,而且要求更大的油轮。T-2油轮加大为2万吨级的,装载量从13.4万桶(约1.83吨)增大到17.5万桶(约2.38吨)。

  1958年时,世界上最大的油轮是85515吨的“宇宙领袖(Universe Leader)”号,可以同时运载60.3万桶原油和3.48万桶船用燃料油,长260米,宽38米。20世纪60~70年代,世界上建造了大量特大油轮和超大油轮,载重量16万吨以上到319999万吨级的大油轮,叫特大油轮(Very Large CrudeCarrier,VLCC);载重量32万吨以上的油轮被称为超大型油轮(Ultra LargeCrude Carrier,ULCC)。

  1978年12月,全世界有特大油轮和超大油轮共745艘。

  1983年,埃克森公司拥有了一对“巨无霸”式的超级油轮,一艘叫“埃索太平洋”号,另一艘叫“埃索大西洋”号,都载重50万吨。

  1980年,日本建造了世界最大的超大油轮“海上巨人”号,总载重量568640吨。这条船长1500英尺(约458米),宽223英尺(约68米),高30米,是真正的油轮“巨无霸”。

储油能力大型化

  19世纪末,出现了钢质油罐。最早的钢罐是用铆钉铆接起来的。据记载,早在1864年,在油区有一个名叫加夫哈森的人,建造了容积为8000桶(约1091吨)的铁罐。

  1913年,美国的甘茨储罐公司(Gantz Tank Co.)用螺栓连接建造了一批钢质油罐。

  20世纪20年代诞生了焊接技术,出现了多种形式的大型储罐。

  1923年,美国芝加哥桥梁钢铁厂设计、建造了世界第一座浮顶罐。罐顶自动上下浮动,始终与液面接触,因此可以减少油的蒸发损失。

  第二次世界大战期间,北欧的瑞典等国建造了第一批地下岩洞储油库。

  第二次世界大战后,许多国家陆续建设了更多的岩穴油库。瑞典国家电力局的艾德霍姆(H.Edholm)研究、设计出了地下水封油库。到20世纪80年代初,世界上已有700多座地下油库。法国孟那期油库包括90个1.8万~36.5万立方米的洞穴,总容量达1600万立方米。

  1969年,欧洲首次将原油大规模储存在盐穴中。同一年,南非利用改造的煤矿坑道大量储存原油。本是世界上第二大石油进口国。1980年,日本在九州的喜人港建成了世界最大的中转油库。其地上的储油总容量达659万立方米,卸油能力每小时3万立方米。其北面有30座1 0万立方米的储油罐;南面的油罐群总容量377万立方米。此外还有3座压舱水罐,2座次品油罐,1座船用重油罐,l座饮用水罐,9座其他小型罐。这种10万立方米的大罐直径81.4米,高22.6米;15万立方米的油罐直径100米,高22.6米,罐壁是35.6毫米厚钢板。油罐坐落在桩基上,1座15万立方米大罐要打1500根桩,54座油罐打了9万多根桩,为的是抗御地震。

  日本十分重视石油的战略储备,因为它95%以上石油靠进口,而且运距很远。1973年第一次石油危机,造成了经济和社会的强烈震荡。20世纪70年代中期就开始建造大规模战略石油储备库,总目标是3000万立方米储备量。但是,日本国国土面积小,只得向海上、地下发展。

  它在北海道的苫小牧储备基地,储油量达620万立方米;本州岛青森县六小川原的储备基地,占地面积260万平方米,储油量570万立方米。这两个是陆上地面储罐群。

  在日本海海滨的秋田县、四国岛的荀间、九州的鹿儿岛建立了巨大的地下储库。荀间基地的地下油库深入地下60多米,由7座长230~450米、宽约20米、高约30米的隧道组成,总储存量150万立方米。

  在九州岛福冈县的白岛储油基地,是世界上第一座海上浮式储油系统,包括8座70万立方米的海上油罐组成,总储油量达560万立方米。此外,在长崎上五岛的储油基地,有7座88万立方米海上浮式油罐,总储油量超过600万立方米。

  在九州岛南端鹿儿岛志布志湾填海建了一座面积为196万平方米的人工岛,岛上建了40多座地面储罐,总储油能力500万立方米。20世纪60~70年代大量海上油田的开发,引发了海上油田开发、生产过程中的石油储存问题。

  1968年,张伯伦(R.S.Chamberlin)及其同事获得一项海上储油技术专利,美国专利号3381481。水底为三节圆筒焊成三角形储油罐,作为容器,又是塔架基脚和底座。三脚顶端水面之上是另一个储罐。风浪不能所及。芝加哥桥梁及钢铁公司(Chicago and Iron Co.)采用此设计为田纳科(Tenneco)公司在墨西哥湾建了一座这样的储罐。水深150英尺(约45.7米),储油量3万桶(约4093吨)。

  北海英国海域布伦特油田建成一座半潜式储油装卸平台(SPAR),容量30万桶(约4.093万吨)。

  1969年,芝加哥桥梁与钢铁公司在阿拉伯湾迪拜(Dubai)近海法塔赫油田水深150英尺(约45.7米)处海底安装了1座水下储罐,容积50万桶(约6.82万吨)。1972年又扩建了2座。这种圆筒形、圆球顶钢质水下油罐,底部是高31英尺(约9.45米),直径(外径)270英尺(约82.3米)围墙,上面是半球钢顶,中间是瓶状结构,瓶体外径80英尺(约24.4米),底下辐射状分布盐水通道。瓶口出露水面,是原油入口。整个水下结构重8500吨(大气中重量14000吨)。最大充满速度15万桶/日(约2万吨/日),最大排放速度5万桶/日(约6821吨/日)。

  1973年,在挪威海域的埃科菲斯克油田上,出现了世界第一座钢筋混凝土重力平台。这是一组巨大的立式混凝土储油罐组成的巨大基座,上面建造生产平台。它位于70米水深处,可以储存100万桶(约13.64万吨)原油。这也是世界第一座水下大型混凝土油罐。

  1976年投产的英国海域布伦特油田,有3座钢筋混凝土重力平台。其中B平台水深140米,混凝土量达7万吨,基础面积6400平方米,储油量120万桶(约16.4万吨)。

  1979年建成的英国海域尼尼安油田中心平台,水深139米,基础面积15400平方米,用混凝土14.2万立方米,储油量110万桶(约15万吨)。

  1981年投产的挪威海域斯塔福约德油田,A、B、C 3座生产平台都是钢筋混凝土重力平台,基座也都是储罐群。B平台水深145米,基础面积达18000平方米,由24个高64米、直径23米的立式混凝土储罐组成基座。储油能力高达190万桶(约25.9万吨),是世界之最。

  20世纪90年代,适应于开发中小油田和水越来越深,海上石油开采出现了一种新的方式,叫浮式生产、储存、装卸系统。采油采用半潜式平台,用一条大的储油轮,兼而对原油进行处理,并给运油轮装卸。这种储油轮往往很大。

  1988年3月22日,在波斯湾也门海域就位了一条“巨无霸”式的“游行”号储油卸油轮,载重量40.9万吨,储存能力250万桶(约34万吨),每天可以处理原油40万桶(约2000万吨/年),每小时可以把8万桶(约1.09万吨)原油卸给前来接运的油轮。

天然气的储存

  起初,人们也用储罐来存放天然气。但是,硕大的气罐装不了多少气。建造天然气储罐是不经济的。

  1915年,国民燃料气公司(National Furl Gas Co.)的加拿大子公司在安大略省韦兰县把天然气注人一批废弃的气井,发现可以提高气层里的压力,保持到冬天再把气采出来。这是该公司副总裁贾齐(w.J.Judge)的创新。

  1916年,美国在纽约州的康科德建造了世界第一座地下储气库,以便保障布法罗市的用气。它是利用已经衰竭的气田,把天然气回注进去,到用气高峰时再抽放出来。

  1946年,美国肯塔基州的路易斯维尔燃气电力公司成功地在含水砂岩中储存天然气。

  1950年,美国建成第一座地下盐穴储气库。墨西哥湾沿岸地区盐层平均埋深约1000~2000米,盐丘的盐纯度达95%,很适合建造地下气库。

  1954年,隆星天然气公司在得州克莱县试用油层储气成功。

  1959年,美国科罗拉多州丹佛附近把莱顿煤矿改造为地下储气库。

  1963年,加拿大萨斯喀彻温省鲍尔公司建造了第一座专门用来储存天然气的洞穴。

  1970年,横贯大陆输气管道公司在密西西比州科文顿县的埃米能斯盐丘建成第一座专门用于储存天然气的溶造盐穴。

  到1988年,美国在27个州已经有398座地下储气库,总库容量2320亿立方米,昼夜最大抽气量达ll亿立方米,年抽气量达535亿立方米。其中“最深最大”的地下储气库,在地下4000米深处,有效容量达55亿立方米,昼夜抽气能力达2500万立方米。

  苏联在20世纪50年代末开始建地下储气库。到80年代末,共有35座气库在使用,年注气量200亿立方米。世界最大衰竭气田气库的容量是100亿立方米。

  1985年,英国在阿伯丁附近建成世界第一座海上地下气库,由1968年发现的罗夫(Rough)气田改造而成,水深120英尺(约36.6米)。这个气田的储量是4000亿立方英尺(约113亿立方米),已经采出38%的天然气,其余就留在这储气库里当“气垫”。这是一座调节气库,它可以按每日10亿立方英尺(约2830万立方米)的数量供气40~80天,寿命40年。主要用于满足冬季用气高峰时的需要。

  据统计,2003年全世界共有各种地下储气库554座,总库容超过5000亿立方米。其中数量最多的是利用枯竭油气藏储气,有425座,占76.7%;利用含水砂岩层储气的有82座,占14.8‰盐穴储气库有44座;废旧矿坑改造的气库有3座。

  乌克兰利沃夫附近比尔奇一波里茨克一乌格尔地下储气库可能是世界最大的地下储气库。它利用两个将要废弃的气田。含气面积84平方千米,设计总容积330亿立方米,其中有效气容积210亿立方米,气垫气120亿立方米,日最大注采气量1.6亿立方米。1986年投入使用。

天然气的液化和储存

  把天然气液化为液化天然气(LNG)是一个重要的里程碑。

  把天然气冷冻到零下161℃,可以使天然气从气体转化为液体,体积缩小634倍。

  1939年,美国的希望天然气公司(Hope Natural Gas Co.)总裁库珀(H.C.Cooper)主持下,在西弗吉尼亚州康沃尔建造起第一座天然气液化试验装置;同时,建造了用2%镍钢制造的100万立方英尺(约2.83万立方米)液化气储罐。

  1941年,美国俄亥俄州克里夫兰的东俄亥俄燃气公司建成3座储存液化天然气的球罐,直径57英尺(约17.4米),1943年扩建。1944年10月20日下午一座新建球罐开裂,发生严重伤亡事故。

  1948年,苏联在莫斯科建成一群10英尺×42英尺(3.05米×12.8米)钛铬镍钢钢罐组成的液化天然气库。

  1958年,在美国路易斯安那州查尔斯湖建成一座地上双壁平底液化天然气储罐,容积35000桶(约4775吨)。

  1963年,菲利普斯公司在美国犹他州伍兹克劳斯建成容积为16万桶(约2.18万吨)的近地面冻土液化天然气储罐。现今世界上最大的液化天然气储库可能要算川崎重工为日本东京燃气公司建筑的千叶储罐,呈圆柱形,直径64米,深44米,底部混凝土板厚7米,墙厚3米,容积1400万升。由于采用珠光体隔离层和特殊薄膜,储存量增加到3000刀升。20世纪60年代出现了运输液化天然气(LNG)的船只。

  1959年,“甲烷先锋(Methane Pioneer)”号第一次从美国路易斯安那州的莱克查尔斯到英国坎威岛试运液化天然气成功,开创了天然气液化后长距离运输的新纪元。

  液化天然气的商业化运输开始于1964年。阿尔及利亚的阿尔泽天然气液化厂投入生产,产品批量地供应英国和法国。

  1964年到1993年期间,10个国家的18家造船厂先后建造了容积20000立方米以上的液化天然气船76艘,其储罐容积总共近800万立方米。1994年到2000年期间建造了27艘,都是(12.5~13.5)万立方米级的。到2003年lO月,全世界共有液化天然气船151艘,最大的一艘是14.5万立方米的。