管道施工中的碳足跡

1、管道施工中的碳足跡Carbon Footprint of Pipeline Projects: A cradle-to-gate research荷蘭NACPA公司Syamak Nazary, Alfred Griffioen摘要：本項(xiàng)研究報(bào)告的目的是研究和了解管道施工對(duì)環(huán)境的影響，增強(qiáng)人們對(duì)碳排放的認(rèn)識(shí)和透明度。這是一項(xiàng)系統(tǒng)評(píng)價(jià)。這種方法容易掌握，與使用周期評(píng)價(jià)方法相比較，可以在更短的時(shí)間內(nèi)得出比較可靠的結(jié)論。本項(xiàng)研究中涉及的管徑包括16英寸、20英寸、24英寸、36英寸、48英寸，因?yàn)檫@些是管道工程中常用的管徑。碳排放量是按每公里施工管段為單位計(jì)算的。結(jié)果包括管道生產(chǎn)中的碳排放，管道和設(shè)備

2、運(yùn)輸過程中的碳排放，設(shè)備燃料的碳排放，焊接和防腐層施工等其他活動(dòng)的碳排放，使用能源的管理經(jīng)營以及荷蘭Nacap公司人員出差航空和陸上交通的碳排放。本項(xiàng)研究結(jié)果表明，在48英寸管道每公里施工過程中，從管子生產(chǎn)到現(xiàn)場(chǎng)完成安裝大約要排放出1260噸二氧化碳。盡管鋼管生產(chǎn)過程構(gòu)成了碳排放的主要部分，但是，本報(bào)告對(duì)施工單位確實(shí)很有啟發(fā)，使他們認(rèn)識(shí)到應(yīng)當(dāng)從何處著手減少碳排放。引言作為管道施工承包商，應(yīng)當(dāng)了解管道工程的實(shí)施過程會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生怎樣的影響。只有保證提供給Nacap公司和用戶的信息是有用的，Nacap公司才能夠采取措施減少碳排放，通過節(jié)能降耗，降低施工成本；用戶才能在選擇生產(chǎn)工藝時(shí)充分考慮本項(xiàng)研究的

3、結(jié)果。盡管有人對(duì)管道工業(yè)中使用的某些鋼材和塑料的碳排放問題做過些研究，但尚未有人對(duì)管道施工過程中的二氧化碳排放問題做過深入研究。本項(xiàng)研究所采用的數(shù)據(jù)是Nacap公司、Europipe公司和Corus公司提供的。英國環(huán)境、食品和鄉(xiāng)村事務(wù)部提供了計(jì)算碳排放所用的換算系數(shù)。過去進(jìn)行的研究與英國環(huán)境、食品和鄉(xiāng)村事務(wù)部的換算系數(shù)研究報(bào)告結(jié)合在一起有力地支持本項(xiàng)研究的實(shí)施。1. 研究背景和方法在此解釋了研究背景和方法,從而澄清本項(xiàng)研究的范圍和所用的數(shù)據(jù)。1.1 碳足跡的定義在敘述研究結(jié)果之前，有必要澄清碳足跡（carbon footprint）的定義。這很重要，因?yàn)榘l(fā)現(xiàn)有關(guān)碳足跡的定義太多了。在所有定義中

4、選擇一個(gè)適用本項(xiàng)研究的定義，其集中了有關(guān)碳足跡的不同觀點(diǎn)和看法。以下是CenSa（可持續(xù)性會(huì)計(jì)中心）引用的定義：“碳足跡是表達(dá)人類活動(dòng)直接或者間接造成的二氧化碳排放量的專一量值”（The Carbon Footprint is a measure of exclusive amount of carbon dioxide emissions that is directly and indirectly caused by an activity.）在本項(xiàng)研究中，人類活動(dòng)就是直接或者間接排放二氧化碳的管道工程。但是，所謂的直接或者間接排放二氧化碳的內(nèi)容縮小到下文解釋的范圍。1.2 研究的范圍管

5、道工程的范圍包括五大主要活動(dòng)。管道工程中發(fā)生的所有碳足跡均按收集數(shù)據(jù)的分類納入各項(xiàng)活動(dòng)之中。這些活動(dòng)包括：1） 管子生產(chǎn)（生產(chǎn)鋼管過程的碳排放）2） 運(yùn)輸（設(shè)備和管子運(yùn)輸過程中的碳排放）3） 設(shè)備（施工中用的所有設(shè)備，如吊管機(jī)、吊車等）4） 管理經(jīng)營（辦公室、出差航行、員工陸上交通）5） 易耗品（構(gòu)成管道一部分的小材料）將本項(xiàng)研究與ISO 14040-44標(biāo)準(zhǔn)的生命周期評(píng)價(jià)區(qū)分開來是非常重要的，因?yàn)樯芷谠u(píng)價(jià)是調(diào)查和評(píng)定指定產(chǎn)品或服務(wù)的存在對(duì)環(huán)境所造成的必然沖擊的程度，并且，這是一項(xiàng)“從生至死”的評(píng)價(jià)，與本項(xiàng)研究的目的是全然不同的，這需要更長(zhǎng)的時(shí)間和更多的投入才能進(jìn)行。本項(xiàng)研究?jī)H僅是從生產(chǎn)到

6、安裝完成的施工過程的系統(tǒng)評(píng)價(jià)。1.3 管徑本項(xiàng)研究涉及五種管徑：16英寸、20英寸、24英寸、36英寸、48英寸。這樣選擇的目的是要說明每種管徑施工中碳排放量的不同，從而建立起不同管徑施工過程中碳排放的變化趨勢(shì)。選擇這些管徑是因?yàn)檫@些是管道工程中常用的管徑。2 管子生產(chǎn)過程的碳排放本章敘述鋼管的生產(chǎn)和生產(chǎn)過程的碳排放。正如上文提到的，鋼管的生產(chǎn)過程是管道工程的碳足跡中，排放二氧化碳最多的部分。因?yàn)樾枰拇罅磕芰堪谚F礦石煉成鋼并最終制造成管線鋼管。表1所示是從高爐煉鐵開始的生產(chǎn)過程，最終煉成錳碳鋼（鋼里含有1%至1.8%的錳以增加深度和改善強(qiáng)度和硬度）。下文主要分三步計(jì)算鋼管生產(chǎn)的碳排放量。表

7、1鋼管生產(chǎn)的二氧化碳排放量管徑（英寸）壁厚（mm）重量(噸/km管)二氧化碳排放量（噸/km管）高爐連續(xù)澆鑄軋鋼制管合計(jì)167.9577.9120.71.111.9133.7209.82120.3186.41.718.4206.42410.25150.6233.52.123.0258.63614.35316.3490.34.448.3543.04819.30567.2879.27.986.7973.7高爐高爐煉成的鐵里含有4%至4.5%的碳，因此，雖然可以用來生產(chǎn)鑄件，但生鐵很脆，不能鍛制或者軋制成其他產(chǎn)品，因?yàn)檫@些產(chǎn)品的剛性和可機(jī)加工性能是非常重要的。所以，大多數(shù)生鐵進(jìn)一步煉成了鋼。鐵礦石在

8、高爐里化成鐵水以及其他還原過程幾乎完全靠焦炭燃燒產(chǎn)生的高溫，因此，鋼鐵工業(yè)排放出大量二氧化碳。從全球的二氧化碳排放狀況來看，每生產(chǎn)一噸鋼，平均要排放1.6噸的二氧化碳。在歐洲，每生產(chǎn)一噸鋼要排放1.5噸的二氧化碳，而在中國，每生產(chǎn)一噸鋼要排放1.8噸的二氧化碳。在本項(xiàng)研究中取1.55噸作為平均值。由于沒有其他辦法可以生產(chǎn)出鋼管，所以，這個(gè)生產(chǎn)過程的碳排放是無法避免的。盡管還有其他工藝，如電弧爐也可以把鐵煉成鋼，但是，同樣會(huì)排放出大量二氧化碳和其他溫室氣體，而且，其他工藝未必能夠生產(chǎn)出滿足鋼管質(zhì)量要求的鋼材?，F(xiàn)在不知道鋼鐵工業(yè)是否有其他能夠減少碳排放的生產(chǎn)流程。連續(xù)澆鑄與軋鋼在連續(xù)澆鑄過程中，鋼

9、水被直接注入澆鑄機(jī)，生產(chǎn)出一定形狀的鋼坯（見圖1）圖1鋼管生產(chǎn)流程在三輥機(jī)中，鋼管開始形成理想的形狀。圖表1所示是各加工過程不同的碳排放量。連續(xù)澆鑄的碳排放量?jī)H占總量的1%，而在高爐里從鐵礦石煉成生鐵的過程占了總的碳排放量的90%。圖表1鋼管生產(chǎn)過程的二氧化碳排放量3.運(yùn)輸過程的碳排放表2形象地說明了一定管徑的鋼管運(yùn)輸1000 km的過程中排放的二氧化碳量（kg）。在此取1000 kM為平均運(yùn)輸距離。并且僅指管道工程中鋼管本身的運(yùn)輸。有關(guān)人員的出差航行和使用交通工具造成的碳排放已經(jīng)納入“管理經(jīng)營”部分。在此運(yùn)輸活動(dòng)包括管子和設(shè)備兩部分。用一定管徑的管道工程所用設(shè)備的的平均噸數(shù)除以類似項(xiàng)目平均長(zhǎng)

10、度的管道工程所用設(shè)備的平均噸數(shù)，就得出每公里管子相應(yīng)的設(shè)備重量。表2管子和設(shè)備運(yùn)輸過程的二氧化碳排放量管徑（英寸）重量（噸/km管子）二氧化碳排放量（噸/km管子）管子設(shè)備管子運(yùn)輸設(shè)備運(yùn)輸合計(jì)1677.916.87.792.079.8520120.332.012.033.9415.9624150.658.715.067.2222.2836316.3139.231.6317.1248.7548567.2234.756.7228.8685.59由表可見，管子和設(shè)備運(yùn)輸過程的碳排放量是不同的，因?yàn)橥ǔＴO(shè)備重量比滿載管子的車輛要重得多，而且需要在更長(zhǎng)距離上使用。提高海運(yùn)、鐵路和公路運(yùn)輸?shù)拿繃嵐锏钠骄?/p>

11、二氧化碳排放量為0.1 kg，因?yàn)楣艿拦こ趟诘攸c(diǎn)的不同，施工承包商可能選擇全部三種運(yùn)輸路徑。表2顯示運(yùn)輸活動(dòng)中的碳排放量幾乎成直線增長(zhǎng)。管徑越大，管道施工所需要的設(shè)備越多。類似壁厚的管子重量與它們的碳排放量或多或少也成正比。4. 設(shè)備燃料的碳排放所用施工機(jī)具設(shè)備是管道施工中二氧化碳排放的重要來源。這些設(shè)備可以分為五大類：挖土機(jī)和推土機(jī)、重型吊運(yùn)設(shè)備、管道專用施工機(jī)具、運(yùn)輸設(shè)備和其他（壓縮機(jī)、泵等）。表3所示是各類設(shè)備的碳排放量。這是按照每公里管道的碳排放量來計(jì)算的，即將施工機(jī)具設(shè)備的燃料用量乘以柴油的二氧化碳換算系數(shù)，就計(jì)算出設(shè)備燃料的碳排放量。表3不同類型設(shè)備的二氧化碳排放量管徑（英寸）二

12、氧化碳排放量（噸/km管子）挖土機(jī)具吊裝設(shè)備專用機(jī)具運(yùn)輸設(shè)備其他設(shè)備合計(jì)1627.91.33.415.93.349.22024.210.511.23.44.353.42437.35.57.46.527.384.03654.125.514.618.07.6119.74868.625.810.824.98.5138.6盡管24英寸和36英寸管道的管徑相差12英寸，36英寸和48英寸管道的管徑相差也是12英寸，但是圖表3形象地說明了24英寸和36英寸管道施工過程中施工機(jī)具設(shè)備的碳排放量的差距比36英寸和48英寸管道施工過程中施工機(jī)具設(shè)備的碳排放量的差距大。這是因?yàn)樵诖笮凸艿朗┕み^程中需要更多使用重型

13、機(jī)具設(shè)備。例如，在管徑30英寸以下管道施工中，很少使用吊管機(jī)作業(yè)，所以吊裝設(shè)備的燃料使用量和使用時(shí)間都很少。而在這些管道施工中，挖土機(jī)和推土機(jī)的工作量相當(dāng)大，所以挖土機(jī)具的燃料使用量和使用時(shí)間都很高。1500L履帶式液壓挖土機(jī)和2000L履帶式液壓挖土機(jī)是挖土機(jī)具中碳排放量最大的設(shè)備。1500L履帶式液壓挖土機(jī)每小時(shí)作業(yè)消耗柴油9升，而2000L履帶式液壓挖土機(jī)每小時(shí)作業(yè)消耗柴油13升，由于強(qiáng)大的挖土功能，所以在施工過程中使用頻率非常高。在吊裝設(shè)備中，吊裝管子和重型設(shè)備的吊管機(jī)和履帶起重機(jī)的碳排放量最多。圖表3設(shè)備的二氧化碳排放量管徑20英寸以下的管子施工時(shí)，由于管徑較小，管子重量相對(duì)也較輕，

14、所以吊裝采用其他設(shè)備。例如可以用車載起重機(jī)，它們的燃料消耗低，所以二氧化碳排放量比較少。離心泵、焊接設(shè)備和彎管機(jī)是管道專用施工機(jī)具中碳排放量最大的設(shè)備，它們是管道施工中不可或缺的。管道施工現(xiàn)場(chǎng)需要用到水泵、全套焊接設(shè)備和彎管設(shè)備，不管什么管徑，每條管道施工都離不開這些基本施工設(shè)備。5. 其他事項(xiàng)其他事項(xiàng)包括在管道工程生產(chǎn)和施工過程中需要消耗的、破壞的、廢棄的、用盡的材料和設(shè)備。在本項(xiàng)研究中，主要關(guān)注的是管道焊接后的補(bǔ)口防腐材料以及焊接過程用的焊條。表4是它們的碳排放量。表4其他事項(xiàng)的二氧化碳排放量管徑（英寸）重量（噸/km）二氧化碳排放量（噸/km管子）補(bǔ)口涂料焊條補(bǔ)口涂料焊條合計(jì)164.00

15、.046.80.066.9205.00.078.50.128.6246.00.0910.20.1610.4369.00.2715.30.4715.84812.00.6620.41.1321.5防腐層是管道的一個(gè)重要材料，管道防腐層主要采用聚乙烯或者聚丙烯塑料。目前正在開發(fā)一種叫做STOPAQ的粘彈性防腐材料，對(duì)其特性不甚了解。所以，本項(xiàng)研究只涉及常用防腐層。每生產(chǎn)一噸聚丙烯或者聚乙烯要排放1.7噸的二氧化碳。焊條的生產(chǎn)過程也要用到鋼材，主要是鑄鋼。管道的焊接通常采用自動(dòng)保護(hù)金屬極電弧焊。也有用金屬極惰性氣體保護(hù)焊來增強(qiáng)精度的。焊接用電是由發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的，涉及的燃料消耗已經(jīng)納入設(shè)備燃料消耗數(shù)據(jù)之中

16、。我們已經(jīng)選擇計(jì)算焊條產(chǎn)生的二氧化碳影響來說明管道施工過程只有某些階段才有這樣的影響。焊條代表了許多鋼材和重量，它們是非常消耗能量的。其他消耗品有紙質(zhì)咖啡杯、打印紙、筆和在管道工程實(shí)施過程中用的其他辦公用品，但是，本項(xiàng)研究沒有考慮在內(nèi)，因?yàn)榕c管道和設(shè)備比，它們的碳排放量實(shí)在太少了。6. 管理經(jīng)營的碳排放計(jì)算管理經(jīng)營的碳排放量時(shí)，考慮到出差乘飛機(jī)航行，八個(gè)地區(qū)辦公室人員上下班的交通，以及所用設(shè)施的碳排放。二氧化碳排放量是以Nacap公司2008年的業(yè)務(wù)活動(dòng)為基礎(chǔ)計(jì)算出來的。這部分?jǐn)?shù)據(jù)沒有按管徑來區(qū)分，因?yàn)檫@些活動(dòng)與管徑大小沒有直接關(guān)系。表5Nacap公司管理經(jīng)營的二氧化碳排放量二氧化碳排放量（噸

17、/km管子）辦公設(shè)施出差飛機(jī)上下班汽車合計(jì)二氧化碳總量（噸）96713681440017701每公里管道數(shù)2.43.335.040.7表5說明員工上下班交通的碳排放量是公司管理經(jīng)營中碳排放量的最大一部分。Nacap公司約有三千員工，每個(gè)人每天上下班行程距離平均為120 km。這個(gè)平均值比較高，因?yàn)橛械膯T工住得比較遠(yuǎn)。大約55%的員工開柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的小汽車。2008年，Nacap公司有600人次的業(yè)務(wù)出差飛行，僅此一項(xiàng)產(chǎn)生的二氧化碳排放量為342噸。82%的出差飛行距離比較短（在歐洲范圍內(nèi)），并且都是經(jīng)濟(jì)艙。（經(jīng)濟(jì)艙的碳足跡比商務(wù)艙低一點(diǎn)）。估計(jì)這些短程飛行的碳排放量占世界各地飛行碳的總排放量的四

18、分之一。Nacap公司總部大樓平均每年的二氧化碳排放量為121噸，主要是用電用氣造成的。上述設(shè)施的耗能量產(chǎn)生的碳排放量乘以8就得出Nacap公司在世界各地（澳大利亞、英國等）八家業(yè)務(wù)分公司的總的碳排放量。7. 結(jié)論表6把上述各項(xiàng)數(shù)據(jù)綜合在一起（根據(jù)所做的假設(shè)），說明了鋪設(shè)一公里不同管徑的管道所產(chǎn)生的全部二氧化碳排放量。表6鋪設(shè)管道的全部二氧化碳排放量管徑（英寸）二氧化碳排放量（噸/km管子）煉鐵煉鋼軋制鋼管運(yùn)輸（1000 km）設(shè)備燃料消耗防腐層與焊接公司管理經(jīng)營合計(jì)16133.79.8549.26.940.7240.420206.415.9653.48.640.7325.124258.622.2884.010.440.7415.936543.048.75119.715.840.7768.048973.785.591