陕西神渭煤炭管道运输有限责任公司陕西省西安市710000
摘要：目前，我国管道煤炭运输不存在技术障碍、政策支持、投资和供需市场。经过多方位、多层次的调查和验算，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。
关键词：煤炭管道运输；水煤浆；管道运输；
为对我国煤炭管道运输的未来发展提供理论指导，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。
一、管道输煤系统的概述
1.管道输煤系统的简介。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。
2.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。
图1盈亏平衡图
3.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。
4.后处理系统管理。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。
二、能源调运成本影响因素
经过分析、研究、修改方案之后，区域性煤炭配送中心的位置最终确定下来。但是全国煤炭产、消、运市场具体需要多少类似于秦皇岛的第三方物流节点了?作为第三方的煤炭配送中心，其分布网点的数量及中转能力的规划分析，一方面视市场客户需求而定；而更为重要的另一方面是需要从成本核算结果而研究其可行性。对于已经确定选址方案的煤配中心来说，其市场客户需求因素主要包括：运输方式、运输价格和运输时间等安排与选择。而煤配中心自身考虑物流节点内部煤炭装卸、采购、调度、运力等效率及成本优势因素。因此，煤配中心节点数量、中转能源数量必然直接影响到第三方物流经济效益，也关系到全国煤炭运输通道战略管理问题。
三、管道输煤技术的可行性
1.水煤浆流速技术控制的可行性。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F1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）。
（1）
式中，η为阻力系数，D1为煤炭颗粒直径，ρ1为水煤浆密度，V1、V2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G1，见式（2）。
（2）
式中，g为重力加速度，ρ2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态时，即F1=G1，可求出煤炭颗粒在水煤浆中的沉降极限速率见式（3）：
（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V3大于煤炭颗粒开始沉淀的临界速度，即：V3＞V2。当然，又因为煤炭自身种类及均质性不同，V2判断标准在各国有所区别。如，国外和国内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.水煤浆浓度技术控制的可行性。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。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。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%。
3.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
4.管道输煤工程投资可行性的定量经济分析。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。（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C0及年效益Ｒ0都为均值，则折算后的总成本是投资总额I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）。
（4）
（5）
（6）
式中i———年利率；
C0、Ｒ0———历年的运营费用及年效益；
T———动态计算的工程投资回收年限。再将T年内的年收入折算到基准年（即为工程投产的这一年）得到总收益，记为Y2，见式（7）：
（7）
当总成本Y1与总收益Y2相等时，即Y1=Y2，表达式为：
（8）
上式简化后为：
（9）
即为动态计算工程投资回报年限，以此作为选择工程方案的方法之一。其实，y1和y2分别为计算复利的累计总成本和累计总收益曲线。比较y1和y2已知，在分析期限开始处，y2只有中期收益Ｒ0，位于y1的下方；而随着T的增大，y1按照复利增值，y2除了初值按复利增值外，每年末还增加一个年均收益值Ｒ0，所以y2比y1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。
5.工程投资回收期动态计算实例、“盂—潍—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100km/h的投入约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7.9元/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。
总之，不论从专业技术、建设成本、投资收益，还是从煤炭运输特征来说，规划十余年的黑山煤矿输煤管道项目的实施条件基本具备。通过研究，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］李秀英，浅谈区域性煤炭管道运输的技术经济可行性分析.2018.
［2］王菊萍，分析区域性煤炭管道运输的技术经济可行性的研究.2018.