《能源管道发展史:从一战到二战后的变革》 New

一、美国海军的造船项目与电焊技术的发展

在一战期间,美国海军做出了一个雄心勃勃的计划——建造一支由110艘货船和12艘运兵船组成的舰队,目的是将战争物资和部队运往欧洲。这一举措在当时具有重大的战略意义。为了实现这个目标,他们采用了电焊加上铆接技术,这无疑是一次创新性的尝试。

虽然直到战争结束后这些船只都还没有下过水,但这个项目却有着不可忽视的意义。它推进了造船技术的发展,尤其是在焊接技术方面。就像在一个新兴的技术试验场一样,为后续相关技术的提升奠定了基础。这种对新技术的大胆探索精神,就如同航海者勇敢地驶向未知海域一样,充满着开拓性。🧐

二、一战后造船业的停滞与电焊技术在管道建设中的新应用

(一)造船业的停滞

一战结束后,美国的造船业陷入了停滞状态。这主要是由于多种因素共同作用的结果,其中经济大萧条的影响不容小觑。然而,与此同时,电焊技术并没有停止发展的脚步,并且在其他领域找到了重要的用武之地,那就是管道建设。

(二)木兰花石油公司的成功案例

总部设在得克萨斯州加尔维斯顿市的木兰花石油公司成为了电焊技术应用于管道建设的一个典型代表。在1925年,他们用气焊重建了一条长达200英里且经常发生泄漏的天然气管道。这条管道原来是用螺栓连接在一起的,而采用气焊重建后,效果显著。

随后,其他公司纷纷效仿木兰花石油公司的经验。经过5年的发展之后,电焊技术取代了气焊。这种转变带来的好处是多方面的。例如,管道接口处不再需要有重叠部分,这就意味着只需要用更少的管道材料,从而降低了成本。而且焊接时间也缩短了一半,大大提高了施工效率。就像在一场马拉松比赛中,选手们找到了一种更快捷、更省力的跑步姿势一样,电焊技术的应用让管道建设变得更加高效便捷。😎

(三)合金钢和其他设备的改进

除了焊接技术的革新,合金钢对管道的改进也很重要。合金钢具有更好的强度和耐腐蚀性等特性,使得管道更加坚固耐用。同时,改进后的开沟机和气体压缩机也为管道建设提供了有力的支持。到1931年,管道工人已经在铺设从得克萨斯州狭长地带到芝加哥的第一条长达上千英里的天然气管道了。这一壮举就像是在广袤的土地上绘制出一条巨大的能源动脉,将丰富的天然气资源源源不断地输送到远方的城市。🤩

三、天然气的优势与挑战

(一)天然气的优势

天然气相比于人造燃气有着诸多优势。首先,其热能含量多了一倍,这意味着在相同的使用量下,能够提供更多的热量。其次,它烧起来更干净,不会产生太多有害的污染物,这对于改善环境质量有着积极的作用。再者,由于天然气是通过钻孔挖出来的而不是人工制造出来的,所以它的价格相对便宜得多。在1930年,每百万英国热量单位(Btu)的价格减少了2/3,这就使得天然气能够给供应商带来更多的利润。

(二)面临的挑战

然而,天然气的发展也面临着一些挑战。一方面,要把天然气从气田送到用户(通常是城市里的住宅用户)所需要的管道成本较高。另一方面,天然气田储量存在不确定性,这一问题曾经迫使匹兹堡放弃天然气而改回使用煤炭。这就像是在一场商业冒险中,虽然看到了潜在的巨大收益,但也面临着不小的风险。🤔

四、天然气公司的市场推广策略

为了让更多家庭使用天然气,天然气公司在客户服务方面投入了大量的资金。他们在家庭主妇身上做文章,通过培训客服工人向家庭主妇出售其他电器来收回部分投资。这是因为家庭主妇在家庭消费决策中往往扮演着重要的角色,如果她们认可了天然气的优点并开始使用,那么整个家庭就可能会成为天然气的忠实用户。不过,在20世纪20年代和30年代大发展时期,天然气公司之间的串通舞弊行为使得分销情况变得复杂。尽管如此,随着需求的增加,管道输送技术还是得到了不断的改进。😉

此外,勘探技术的改进也逐渐缓解了人们对天然气储量不足的担忧。从扩大产气井周围测试钻探范围,到根据地质模型估算天然气储量,这些方法让人们对天然气的储量有了更准确的认识。像1918年在得克萨斯州北部发现的“狭长地带气田”和1922年在堪萨斯、俄克拉何马和得克萨斯州三个州交会处发现的“雨果顿气田”,这两个巨型气田的发现,极大地增加了天然气的储备量。它们加起来约占20世纪美国发现的天然气总储量的1/16,约为117万亿立方英尺。这就如同在沙漠中发现了两片巨大的绿洲,为天然气产业注入了新的活力。👏

五、天然气管道的扩张

从1927年到1936年间,至少有29个美国大城市换上了天然气。这些城市包括从西海岸的圣地亚哥、洛杉矶和旧金山,到中部地区的凤凰城、丹佛和奥马哈,再到东部的底特律、孟菲斯、亚特兰大以及东至里士满、肯塔基、匹兹堡和布法罗等地。对于芝加哥这样的城市,由于之前在人造燃气方面有过大量的投资,所以采用了混合气体作为过渡,即将人造燃气混入天然气以提高热能含量。

到了1940年,虽然全国性的天然气管道网络远未完工,但得克萨斯州和路易斯安那州的天然气已经能够通过美国中西部向东输送到像宾夕法尼亚州这样远的地方。这标志着天然气供应范围的进一步扩大,就像一张不断延伸的大网,将越来越多的城市和地区纳入到天然气的供应体系之中。😄

六、天然气浪费现象及其原因

尽管天然气管道有了大规模的扩张,但在那个时期仍然存在着大量天然气被浪费的现象。与石油混在一起流出来的潮湿气体通常被排放到大气中或者燃烧掉。当钻井工放弃一口干井时,天然气也会被排放到空气中,有时甚至排放好多年。据美国联邦贸易委员会1935年向国会提交的一份报告估计,在1919年至1930年间,美国全国范围内浪费掉的天然气比被人消耗的天然气要多出20%,浪费掉的天然气有4375亿立方英尺,而美国的天然气消费量是3520亿立方英尺。

缺乏向消费市场输送天然气的管道是造成这种浪费的部分原因。另外,历史学家克里斯托弗·卡斯塔内达总结说:“得克萨斯的石油钻探者只关注石油这种‘黑金’,而继续将数万亿立方英尺的‘废气’排放到大气中。”这种短视的行为导致了宝贵的能源资源被白白浪费掉。而且,虽然全球变暖问题在当时尚未引起公众的关注,但天然气(甲烷)比二氧化碳对温室效应的影响要高出约30倍。没有人计算过20世纪几十年间,在美国和世界上其他地方造成的天然气巨大浪费对全球变暖的具体影响,但可以肯定的是,这个百分比肯定是比零要大的一个数字。这就像是一种隐形的环境破坏,随着时间的推移,其危害逐渐积累起来。😕

七、美国东北部的能源状况

20世纪30年代天然气的管道建设没有建到美国的东北部,在这个地区,人造天然气和煤炭继续占据着主导地位。新英格兰地区由于其特殊的地质构造,火成岩和变质岩的地形不利于油气的形成。直到2001年,宾夕法尼亚州和纽约州的天然气探明储量仅为2093亿立方英尺,而美国的天然气储量为183460亿立方英尺,这两个州在美国各州中储量的排名分别为第15位和第22位。新英格兰其余的州如康涅狄格州、缅因州、马萨诸塞州、新罕布什尔州、新泽西州、罗德岛州和佛蒙特州以及特拉华州和马里兰州,这些地方生产的天然气很少或几乎没有。这就使得美国东北部在能源供应方面面临着一定的困境,就像一个缺水的地区无法获得充足的水源一样。😔

八、二战期间美国东北部能源运输的新挑战与应对

(一)德国潜艇对油轮的威胁

第二次世界大战期间出现了一个不同的挑战,这个挑战意外地解决了美国东北部缺少天然气的问题。二战始于1939年9月1日,德国入侵波兰。当时美国占世界石油总产量的60%以上,每天的剩余产能超过100万桶。这种剩余产能让美国可以在整个战争期间为其盟友提供燃料。即使是在美国宣布保持中立的时期(从1939年9月到1941年12月7日日本偷袭珍珠港),美国的石油运输也支持了盟军的防御。

有一队装满了油罐的油轮从墨西哥湾沿着佛罗里达州的海上航行,再从美国东部沿海往北运送石油,为东部城市提供能源,并转运到英国和欧洲等地。随着德国于1941年12月11日与日本结盟宣战,在德国海军元帅和U型潜艇指挥官卡尔·邓尼茨的指挥下,德国派遣了一支小型潜艇部队来攻击脆弱无助的油轮。邓尼茨曾想要配备12艘潜艇,但希特勒当时优先考虑在地中海的部署以便支持德国在北非的战役,所以他只给邓尼茨配备了5艘潜艇。邓尼茨挑选了最好的船员,在1942年1月11日至2月28日的6个星期之内,在美国东海岸游弋的U型潜艇袭击了至少74艘油轮,击沉了其中的46艘,击伤了16艘。而潜艇则毫发无损地逃脱。邓尼茨报告称:“我们的U – 艇正沿着美利坚合众国的沿岸和近岸航行,所有在岸边的游泳者和有时是整个沿海城市的人,都见证了战争的戏剧性,他们会看到燃烧的油轮卷起巨大的火圈。”

(二)油轮损失与应对措施

在1941年春天,从墨西哥湾沿岸运到美国东北部的石油最多时达到每天140万桶,在不到两年的时间内,送油量降到了每天10万桶。1942年3月举行的一次会议上,美国“石油行业战时委员会”告诉美国海军,如果油轮被击毁的速度再如此继续下去的话,那么在年底之前,他们就无法再为战场提供石油。美国负责大西洋沿岸防御的海军上将阿道夫·安德鲁斯在一个月后提醒美国海军部长:“在美国沿岸船只被击沉——特别是油轮被击沉——是一件严重的事情。如果这种情况继续下去,将对我们的战斗能力造成严重的削弱。”他强调了他的请求的紧迫性:“如果在不久的将来,我们还无法提供此类武装,建议考虑让油轮暂停航行,直到有军舰可以一路护送为止。”

(三)临时沿海护航系统与陆地管道建设

美国海军缺乏足够的武装护航舰来维持全面的护航战略。这位海军上将提议建立临时沿海护航系统,他将之称为“桶式护航队”:在北卡罗来纳州的哈特拉斯角等危险地点附近护送油轮,并在晚上将油轮停泊在安全的锚地上。邓尼茨加快了攻击速度,但是“桶式护航队”生效了,油轮的损失随之减少。邓尼茨随后将潜艇潜入加勒比海一带,并继续摧毁美国油轮。随着反潜护卫舰以及舰载和机载雷达的发展,在战争的后期,德国潜艇的威胁减弱。与此同时,美国开始为往东北部输送需要的石油提供了更为有效的保障:建设陆地管道——这是世界上最大和最长的陆地石油管道。

九、输油管道的历史与发展

早在1863年,第一条直径2英寸和3英寸宽的输油管道就将宾夕法尼亚油田的原油从井口运到铁路装载点。随着时代的发展,运输石油的管道越建越大越长。到了20世纪初,输油管道的尺寸已标准化为8英寸的直径,因为管道如果再大,往往容易在接缝处裂开。但是一条8英寸直径的输油线,每天只能运送约2万桶原油。而到1930年,一家大型炼油厂每天可以加工多达12.5万桶的原油。为了解决这个瓶颈,最初的方案是修建“循环管道”:在第一条输油管道旁边铺设第二条管道。在20世纪30年代,钢铁冶炼技术的进步使制造商能够生产直径大于12英寸的无缝钢管,石油行业称这样的钢管为“大尺寸”管道。然而,在美国经济大萧条时期,社会对石油需求的下降,让修建新的输油管道很难实施。在这10年间,美国只新铺设了大约1万英里长的输油管道。

十、“战时紧急管道”的建立

为了避开德国潜艇的威胁,由美国11家私营石油公司组成的称为“战时紧急管道”的一家公司于1942年6月25日成立,要建立一条属于政府的输油管道,将得克萨斯州东部的石油输送到美国东北部的炼油厂。管道建设在公司成立的第二天就开始施工。“大管线”管道的直径为24英寸,长度为1254英里,每隔50英里建有一个泵站,每天可以运输多达33.5万桶的原油,这是到那时为止最大和最长的输油管道。

在焊接钢管之前,工人们拉着一个躺在清洁垫上的工友穿过每一截管道,那个工友要用抹布去擦拭管道内壁,就像英国乔治王时代戴着松软毡帽清理烟囱的烟囱清理工那样。在一段长达50英里的输油管道里注水运行,测试没有泄漏问题后,管道操作人员在1942年12月的最后一天将原油送进了“大管线”的第一段管道里。

十一、“大管线”与“小管线”的建设过程

在“石油行业战时委员会”1942年的首次会议上就有人提议,要建另外一条与第一条输油管道基本上平行的“小管线”。这条“小管线”直径为20英寸宽,主要输送汽油、煤油、柴油和家庭取暖用的油。“小管线”于1943年2月开始铺设,与“大管线”共用泵站。这两条输油管线的项目记载报告称:“工人们挖了一条4英尺深、3英尺宽的沟渠,通常在恶劣的天气条件下干活,铺设的管道越过阿利根尼山脉,穿过沼泽地和茫茫森林,经过30条河流、200条小溪和湖泊,穿过街道、铁路线和居民的后院。挖掘的土方总量超过了314万立方码,整个工程必须比以前任何人铺设管道的进度做得都要快。”工程人员在密西西比河底部进行爆破,炸出的沟渠让他们可以铺设管道。在新泽西州东部的潮汐沼泽地里,他们不得不填上泥土、石块来筑起一个凸起的基床,虽然管道建设从来没有遇到过像罗伯特·斯蒂芬森穿过查特沼泽地的时候,需要在漂浮的地块上建起轨道那样的麻烦。

1943年7月19日,在“大管线”开工还不到一年的时候,人们在菲尼克斯维尔附近举行了一个仪式,庆祝这条开拓性管道最后的焊接工作。据该项目的历史记载:“石油在5天之前就已经开始输入东部的线路区。这条输油管以每天10万桶石油的速度在灌注着,以每天40英里的速度向东移动。需要有260万桶石油才能灌满线路的东部延伸区,而要灌满从得克萨斯州到美国东海岸之间的整条输油线,则总共需要有500万桶的石油。”汽油则于1944年1月26日开始灌进“小管线”,输油管道在这之前注了水进行水压实验(按照设计,直径略小于管道内径的实心橡胶球让“小管线”能够依照批次,分开输送不同的液体)。汽油洪流的头一部分在36天后,于1944年3月2日抵达新泽西州。在这两条管道运营的第一年里,共输送了1.85亿桶石油和石油产品。

十二、二战后的管道利用转型

第二次世界大战以日本帝国在1945年8月承认战败告终,数十亿美元的美国军事和工业设备在战后闲置。“大管线”和“小管线”被关闭并处于空闲状态,美国政府、石油行业和劳工组织之间就如何处理这些问题进行了激烈的辩论。1944年,一位名叫西德尼·斯文斯鲁德的石油公司高管给出了一个很好的答案。斯文斯鲁德是艾奥瓦州人,1927年从哈佛商学院毕业。他当时担任俄亥俄州标准石油公司总裁的助理。他提出建议:将这两条管道改装,从得克萨斯州东北部储量丰富的天然气田里,把未被充分利用的天然气输送到美国的东北部,那里因为缺乏天然气,居民生活和工业生产仍然要依赖昂贵的、用煤炭生成的人造煤气。

斯文斯鲁德在纽约市举办的石油工程师战时会议上说:“一头是规模很大的市场不能得到服务;另一头则有大量的天然气可以供应。而且两者之间有着可能会闲置下来的输油线路,在战争结束之后……如何利用好这两条输油管道,显然是值得好好考虑的事情。”他说,天然气可以供应给大约1500万人用,他们当时还用人造煤气来做饭和烧水,很少有人能用天然气给他们的房屋取暖。斯文斯鲁德估计,在该地区现有的房屋中,有50万套可以转用天然气。当军人们退伍回到家,结婚并定居下来后,对能源的需求将进一步增加,而天然气作为一种清洁、高效的能源,将会在这个过程中发挥重要的作用。👍

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