第４６卷第２期 ２０１４年第２期 ｄｏｉ：１０．Ｉ １７９９／ｃｅ２０１４０２Ｏ３３ 煤炭工程 Ｖｏ１．４６，Ｎｏ．２ Ｎｏ．２，２０１４ ＣＯＡＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ 区域性煤炭管道运输的技术 经济可行性分析 刘海滨，吴必善 （中国矿业大学（北京）管理学院，北京１０００８３） 摘要：为对我国煤炭管道运输的未来发展提供理论指导，文章对区域性管道输煤的技术和 经济条件进行了研究。并在运用工程动态投资回报期等技术经济手段进行分析之后，得到我国当 前管道输煤工程投资的经济性相对良好，其技术条件已经成熟的结论，并提出管道输煤是开创一 种全新的煤炭物流模式。同时，以实例证明作为第四种煤炭运输通道的时机已经成熟。 关键词：煤炭管道运输；水煤浆；投资回报期；管道运输 中图分类号：ＴＤ４０７．２１ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１６７１—０９５９（２０１４）０２－００９８－０３ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｃｏｎｏｍｉｃ Ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ ｏｆ Ｒｅｇｉｏｎａｌ Ｃｏａｌ Ｐｉｐｅｌｉｎｅ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ ＬＩＵ Ｈａｌ—ｂｉｎ．ＷＵ Ｂｉ—ｓｈａｎ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ，Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｍｉｎｉｎｇ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（Ｂｅｉｊｉｎｇ），Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００８３，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｏＭｅｒ ｔｏ ｐｒｏｖｉｄｅ ｇｕｉｄａｎｃｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｃｏａｌ ｐｉｐｅｌｉｎｅ ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ ｉｎ Ｃｈｉｎａｉｎ ｔｈｅ ｆｕｔｕｒｅ，ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ａｎｄ ｅｃｏｎｏｍｉｃ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅｇｉｏｎａｌ ｃｏａｌ ｐｉｐｅｌｉｎｅ ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ ｗａｓ ｓｔｕｄｉｅｄ．Ａｎｄ ｒｅｓｕｌｔ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ ａｐｐｌｙｉｎｇ ｐｒｏｊｅｃｔｓ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ａｎｄ ｅｃｏｎｏｍｉｃ ｍｅａｎｓ，ｓｕｃｈ ａｓ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｄｙｎａｍｉｃ ｉｎｖｅｓｔｍｅｎｔ ｒｅｃｏｖｅｎｙ ｐｅｒｉｏｄ，ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ，ｔｈｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ａｒｅ ｒｉｐｅ ｔｏ ｕｔｉｌｉｚｅ ｐｉｐｅｌｉｎｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ ｃｏａｌ ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ，ａｎｄ ｔｈｅ ｅｃｏｎｏｍｉｃ ｅｆｉｃｉｆｅｎｃｙ ｏｆ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｉｎｖｅｓｔｍｅｎｔ ｉｓ ｒｅｌａｔｉｖｅｌｙ￣ｖｏｒａｂｌｅ．Ｃｏａｌ ｐｉｐｅｌｉｎｅ ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ ｈａｓ ｃｒｅａｔｅｄ ａ ｂｒａｎｄ ｎｅｗ ｃｏａｌ ｌｏｇｉｓｔｉｃｓ ｐ￣ｔｅｍ，ａｎｄ ｉｔ ｓ ｔｈｅ ｒｉｇｈｔ ｔｉｍｅ ｆｏｒ ｃｏａｌ ｐｉｐｅｌｉｎｅ ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ ｔｏ ｂｅ ｔｈｅ ｆｏｕｒｔｈ ｋｉｎｄ ｏｆ ｃｏａｌ ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ｃｏｒｒｉｄｏｒ ｗｈｉｃｈ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｐｒｏｖｅｄ ｉｎ ｐｒａｃｔｉｃｅｓ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｏａｌ ｐｉｐｅｌｉｎｅ ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ；ｃｏａｌ ｓｌｕｒｒｙ；ｉｎｖｅｓｔｍａｔ ｒｅｃｏｖｅｒｙ ｐｅｒｉｏｄ；ｐｉｐｅｌｉｎｅ ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ 持，更不缺乏投资及供需市场。在进行了多方位、多层次 １概述 调查和验算之后，本文经过实际研究分析认为，国内区域 性管道输煤作为煤炭运输的第四通道无论是从技术性或经 济性都具备可行性 。 管道输煤是将煤块碾碎后注水搅拌成浆，煤浆灌注管 道后，经沿途若干泵站接力抽送至终点，这种运输方式可 以实现长距离、大运量、低成本输煤。我国三十年来，国 家相关部门及业内少数企业已经开始提议或作相关实验， 但是终究使管道输煤规划没有赋予实施。在１９８１年的管道 输煤规划中：从准格尔到秦皇岛８００ｋｍ，年运煤量３０００万ｔ 的设计没有实施；在１９８６年，孙越崎和吴京两位政协委员 ２ 区域性管道输煤的可行性综合分析 ２．１ 管道输煤系统的简介 １９５７年美国建成了世界上第一条输煤管道——俄亥俄 州输煤管道，输送管道全长１７３ｋｍ，管径为２５４ｍｍ，年输 送量达１３０万ｔ。结合其他后来者的特征，可以总结出管道 输煤管理重点在于三大过程管理 。ｊ。 ２．１．１前处理系统管理 此阶段是管道输煤系统的第一环节，即水煤浆的制备 在六届四次会议上提出管道输煤规划也未实行。在这三十 年内，相关企业多次研究和设计，计划将管道输煤作为煤 炭运输的第四通道，但只停留在理论研究层面上。 管道输煤在国内现阶段无技术障碍，也不缺政策的支 收稿日期：２０１３—０４—２３ 基金项目：教育部博士点基金项目（２０１０００２３ １ １０００２） 作者简介：刘海滨（１９６８一），男，北京人，教授，博士生导师，研究方向为能源经济，Ｅ—ｍａｉｌ：ｗｕｂｉｓｈａｎ１０２４＠ ｓｉｎａ．ｃｏｒｎ０ 引用格式：刘海滨，吴必善．区域性煤炭管道运输的技术经济可行性分［Ｊ］．煤炭工程，２０１４，４６（２）：９８—１００． ９８ ２０１４年第２期 煤炭工程 Ｇ１：（ ／６）Ｄ３ｌｇ（ｐ２一Ｐ１） （２） 管理，制备适宜于管道输煤的水煤浆，用于长距离输送的 系统。制备水煤浆程序为：破碎、磨细、筛分、浓缩、贮 式中，ｇ为重力加速度，Ｐ 为煤炭密度。 当管道内煤炭颗粒重力、阻力和浮力之间达到平衡状 浆等，例如，采用球磨机制煤浆工艺如图１所示。此管理 过程要重点关注：符合水煤浆输送要求的煤颗粒的上限尺 寸；水煤浆输送的流速及浓度；管道摩阻损失的大小和外 界温度影响等因素的控制 －５１。 ２．１．２泵站和管道的管理 此阶段是管道输煤系统的第二环节，即水煤浆输送管 态时，即Ｆ ＝Ｇ ，可求出煤炭颗粒在水煤浆中的沉降极限 速率见式（３）： ＝［（４／３）ｇＤ （Ｐ２一Ｐ１）／（卯 ）］ （３） 煤炭颗粒在管道中输送方式也是不同的，如有垂直输 送、水平输送或倾斜输送，但是为了避免输送过程中煤炭 颗粒沉积，就必须满足平均流速 大于煤炭颗粒开始沉淀 的临界速度，即： 均质性不同， ＞ 。当然，又因为煤炭自身种类及 判断标准在各国有所区别。如，国外 理，也是整个管道输煤工程的核心。此阶段的管理重点是： 将制备好的水煤浆输送到预定目的地的距离选择；沿途输 送的泵站段数经济性评价；输送终点或储存地的基建投资、 能耗和运营成本管理等 Ｊ。 ２．１．３后处理系统管理 Ｔｈｏｍａｓ、Ｃｈａｒｌｅｓ、Ｄｕｒａｎｄ等人和国内沈文汶、费祥俊、王 邵周等人给出更加具体计算公式，经验值一般在２ｍ／ｓ左右 较为合适。 ２．３．２水煤浆浓度技术控制的可行性 此阶段是管道输煤系统的第三环节，即水煤浆脱水及 贮存管理。水煤浆中的水是作为煤炭颗粒运输的载体随物 料到达输送终点，然后要进行脱水与贮存。脱水后物料的 对于提高水煤浆在管道运输中的稳定性，有人考虑将 煤炭颗粒磨得更细，使在一定流速条件下，水煤浆在管道 中垂向浓度分布较均匀，但此举会导致制备水煤浆和脱水 费用提高。同时，当煤炭颗粒达到一定程度细时，既提高 了水煤浆输送浓度，又使水煤浆粘性提高。水煤浆的粘性 达到一定程度后，其输送的流动性就要下降，阻力加大； 反之，水煤浆的粘性过低时，虽然容易流动，但是稳定性 又下降了。 含水量要满足用户直接使用要求或贮存要求。脱除后的污 水通常含有悬浮物及其他有害成分，必须经过处理。如， 向外排放时，应该满足地方或国家的排放标准。 ２．２煤炭运输通道的技术经济定性比较 从技术经济的角度定性分析不同的煤炭运输方式，它 们存在不同的特征，主要体现见表１。 表１煤炭运输通道技术经济特征 因此，水煤浆在管道运输中，提升其效率除了具备一 定流速外，还要考虑水煤浆的浓度、煤炭颗粒自身性质。 清华大学费祥俊等人通过实验提出：为了具有更好的脱水 性能、更高的节水效益和提高管道运输效益，将水煤浆的 浓度控制在６２％～６４％。 ２．４管道输煤工程投资可行性的定量经济分析 本文采用工程投资回报期动态计算法来评价管道输煤 工程投资的经济性 。 ２．４．１工程投资回收期动态计算法 将历年的工程建设投资先折算到基准年，设基准年为 工程投产收益开始的这一年。假设工程投产后历年的运营 费用Ｃ。及年效益Ｒ。都为均值，则折算后的总成本是投资 总额，总和运营成本Ｃ总之和，记为Ｙ１，以公式表达分别见 式（４）、（５）、（６）。 ２．３管道输煤技术的可行性 ２．３．１ 水煤浆流速技术控制的可行性 Ｃ ＝（Ｃｏ／ｉ）［１—１／（１＋ｉ） ］ ｒ （４） 根据流体力学原理，实现管道输煤是借助水为载体， 在封闭的管道中输送煤炭的方式 』。而水中单个煤炭固体 颗粒所受到的阻力 与水煤浆密度、煤炭颗粒的横截面以 及水和煤炭颗粒相对流速平方成正比，见式（１）。 ，总＝∑，ｆ（１＋ ） ｔ＝ｌ （５） （６） Ｙ１＝Ｃ总＋，总＝（Ｃｏ／ｉ）［１—１／（１＋ｉ） ］ ＋∑，ｆ（１＋ｉ） 式中 ——年利率； Ｃｏ、Ｒ ——历年的运营费用及年效益； 卜动态计算的工程投资回收年限。 Ｆ ＝，７［（ 浆密度， 、 ）／４］ｐ。（ 一 ） ／２ （１） 式中，，７为阻力系数，Ｄ 为煤炭颗粒直径，Ｐ，为水煤 分别代表水、煤炭颗粒速度。 由于存在浮力，因此煤炭颗粒在水中重量会减轻，一 般把减去浮力后的重力定义为浮重Ｇ．，见式（２）。 一再将 年内的年收入折算到基准年（即为工程投产的这 年）得到总收益，记为 ，见式（７）： ９９ 煤＝炭（７） 工程 ２０１４年第２期 （Ｒ。／ｉ）［１—１／（１＋ ） ］ 计算出两种运输通道方案投资、年收益和年运营的财 务数据值，见表３。 表３新建铁路和Ｍ输煤管道的财务数据表 （年利息ｉ记０．０６） 项目费用 新建铁路运输方案 Ｍ输煤管道 一当总成本 与总收益ｙ２相等时，即ｙｌ＝ ，表达式 为： （Ｃ０／ ）［１—１／（１＋ ） ］＋，总＝（尺ｏ／ ）［１—１／（１＋ ） ］ （８） 投资额， 上式简化后为： Ｔ＝［１ｇ（ 一ｃ０）一ｌｇ（ ０一Ｃ０一 ， ）］／ｌｇ（１＋ｉ）（９） …１０００ ７Ｙ￣ｔＶｋｍ Ｚ７００ｋｍ 次性投入４８亿元 约ｌＯ亿元 ｔ・ｋｍ Ｘ７００ｋｍ× 年毛收益Ｒ０ ｎ ３ＹｒＪｔ・ｋｍｘ７００ｋｍ×７０ｏｔ …、．即为动态计算工程投资回报年限，以此作为选择工程 年运营成本Ｃ０．１元／ｔ－’一Ｘ －ｔ￣ｌｌｌ０．０５ 方案的方法之一。 其实，Ｙ。和Ｙ：分别为计算复利的累计总成本和累计总 收益曲线。比较Ｙ 和Ｙ：已知，在分析期限开始处，ｙ２只有 中期收益 ，位于Ｙ。的下方；而随着 的增大，Ｙ 按照复 利增值，Ｙ：除了初值按复利增值外，每年末还增加一个年 均收益值 。，所以Ｙ：比Ｙ 增值快，它们的曲线必有交点。 此点就是工程累计总收益和总成本的交点，简单认为是盈 亏平衡点如图１所示。 Ｙ／万元 ０ ＪＲｆｌ ０ 图１盈亏平衡图 ２．４．２工程投资回收期动态计算实例 “盂一潍一青”输煤管道项目，全程７００余公里，年输 送洗精煤７００万ｔ。工程期限３年，总投资４８亿元。中美共 同投资：中美股权比例为３：７，估计该项目建成每年毛收益 １０亿元左右。相对而言，如果现在建设一条同等运力的煤 炭铁路运输专线，可以用动态回收期计算法来比较这两项 目的可行性。从业内经验数值来看，煤炭工业专业线时速 在ｌＯＯｋｍ／ｈ的投人约１０００万元／ｋｍ。煤炭铁路运输价格按 照５号运价计算，发到基价为７．９Ｙｒ＿／ｔ；运行基价、电气化 附加费、铁路建设基金、新铁路均摊价按每吨千米分别是 ０．０３６元、０．０１２元、０．０３３元和０．０１１元，约０．３元每吨 千米。如此，可以列出这两种运输通道投资项目的相关费 用单价表见表２，新建铁路和Ｍ输煤管道的财务数据表见 表３ 表２新建铁路和Ｍ输煤管道费用单价表 １００ ｏ ７０ ×７ｏｏｔ ７００ｔ＋３元／ｍ Ｘ７００ｍ。 借助以上工程投资回报年限 的动态计算公式为： 建铁路＝［１ｇ（Ｒｏ— ）一ｌｇ（Ｒｏ—Ｃｏ— ，总）］ ／ｌｇ（１＋ｉ、＝１８．２ａ ＴＭ输煤管道 ［１ｇ（１０—２・６６）一ｌｇ（１０—２・６６—４８×０・０６）］ ／ｌｇ（１＋０．０６）＝８．６ａ 从上面的计算可以看出，Ｍ输煤管道项目的动态投资 回报年限具有的优势很明显。 ３结语 无论从专业技术、建设成本、投资收益，还是从煤炭 运输特征来说，规划十余年的Ｍ输煤管道项目的实施条件 基本具备。通过本文的研究，无论从理论研究和实例分析 均可以反映国内区域性的煤炭运输第四通道的建设是有了 较严密的科学依据的、是可行的。 参考文献： ［１］ Ｓｏｌｉｄ—Ｌｉｑｕｉｄ Ｆｌｏｗ，Ｓｌｕｒｒｙ Ｐｉｐｅｌｉｎｅ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ，Ｅ．Ｊ．Ｗａｓｐ ｅｔ ａｌ，１９７７． ［２］Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ｏｆ Ｓｏｌｉｄｓ ｉｎ Ｐｉｐｅｓ，Ｄ． Ｋａｏ，Ｄｅｐｔ．ｏｆ Ｍｅ－ ｃｈａｎｉｅａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｔｈｅ Ｃｉｔｙ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｌｏｎｄｏｎ，１９７８． ［３］ Ｖ．Ｒ．Ｃａｂｒｅｒａ．Ｓｌｕｒｒｙ Ｐｉｐｅｌｉｎｅ：ｔｈｅｏｒｙ，ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ （Ｐａｒｔ １）【Ｊ］．Ｗｏｒｌｄ Ｍｉｎｉｎｇ，１９７９（１）． ［４］ Ｎ．Ｗ．Ｌｏｒｅｎｔｚｓｅｕ．Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ ｏｆ Ｗｅｓｔｅｎｒ Ｃｏａｌ［Ｊ］．Ｍｉｎｉｎｇ Ｃｏｎｇｒｅｓｓ Ｊｏｕｍｅｌ，１９８１（５）． ［５］ 白晓宁，胡寿根．固液两相流管道水力输送的研究进展 【Ｊ］．上海理工大学学报，１９９９，２１（４）：１７—２１． ［６］ 唐连生．物流运输与配送管理［Ｍ］．武汉：武汉大学出版 社，２０１０． ［７］ 李玉民．物流技术与设备［Ｍ］．上海：上海财经大学出版 社，２００８． ［８］ 林强．物流工程［Ｍ］．北京：清华大学出版社，２００９． ［９］ 费祥俊．高浓度煤浆管道运输问题［Ｊ］．水力采煤与管道 运输，１９９５（４）：７８—８１． ［１Ｏ］ 张健行．工程投资回收年限动态计算法［Ｊ］．水利学报， １９８４（４）． ［１１］ 李再龄．追加投资回收期的动态计算探讨［Ｊ］．南昌水专 学报，１９９９，１８（１）：２１—２６． （责任编辑赵巧芝）