纵穿阿拉斯加南北的输油管道

文章来源：阿拉斯加麦金利旅游

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早在1960年代，美国油公司就在阿拉斯加北海岸的布鲁何湾（Prudhoe Bay）发现了蕴藏极丰的油藏，这是北美最大的油田，原始可采储量在80亿吨以上。不过当时由中东进口的油非常便宜，便宜得连德州产的油都招架不住，所以除了地质学家感兴奋外，美国大众对这油藏的开发实在不感兴趣。美国政府和环境保护协会甚至通过各种行政措施，保证不开发这个油田，让它永远埋藏于冰天雪地之下。但1973年石油禁运使整个情势改观。美国政府为了提供更多的能源，不得不手开发阿拉斯加这片丰富的油藏，这时，把石油运到美国本土，成了一项迫切的工作。

各种输油法中，以油轮最为经济，所以首先列入考虑。世界最大的埃克森油公司（Exxon Co.）曾将一艘20万吨的超级油轮加装破冰设备，想直接由北极绕过美洲北岸，载了原油，再循原路直下美国东岸。这艘油轮在全世界瞩目下乘风破「冰」，勇往直前，在冰冻的北极海打出一条航道。眼看就要到达布鲁何湾，完成壮举，谁知最后还是敌不过大自然的力量，被浮冰困于加拿大与美国交界附近，直到第二年夏天解冻后才逃脱。美国东岸的居民原指望巨轮可以运来廉价原油，如今美梦破碎；倒是加拿大东岸居民松了一口气，因为油轮漏油危害生态的威胁无形中解除了。油轮输送的办法行不通，看来只有靠油管了。

阿拉斯加输油管道

严寒气候冻原带

以往开采石油都是在热带或温带地区，在寒带开采石油的经验极为有限，在北极圈内更是史无前例。位于北极圈内的阿拉斯加油田，开发起来真是石油史上最大的挑战。建造纵贯阿拉斯加的输油管的工程已经够浩大，再加上天寒地冻，很多意想不到的自然现象，像冻原气候，地下水不均匀，海水冬冻夏融等，真让铺设油管的工程师吃了不少苦头。

冻原是一种含大量水分的泥土，冬天气温降至冰点以下时坚硬如石；夏天日光照射后，地下冰融解则成泥浆，连人都难以立足。有些地方的冻原即使夏天也只有表面薄薄30公分的表土融化，地下仍保持在冰点附近，因此只要温度上升1℃，就会把冻土融化成一大泥浆池。冻原对温度变化如此敏感，使很多设施因季节交换而出纰漏，像图三的桥就是个例子因此任何工程除非事先设计得相当周密，否则一定维持不了一年。

阿拉斯加一年内大部分时间的气温均在冰点以下，故生物不易生存，泥土中的有机养分仅在薄薄的表层。由于缺乏适当的植物来保护水土，一旦将地下的冻土裸露于夏日，新的一层表土极易受雪水冲失。这种地形及地质的破坏历久不停，20世纪初期的淘金者便曾对这些冻原任意挖掘破坏，至今仍无法恢复旧观。因此美国政府对油管的敷设订有严密的规格，以保护自然环境的完整。

阿拉斯加输油管道

锯齿高架防热胀

地下水因受地质及地形构造的影响分布不均，是冻原区另一项头痛的事。冬天地下水结冻膨胀所产生的压力很不均匀，常使地面设施变形，地下装备压坏或扭断。另一方面，输油管内的原油必须在50℃以上的温度下才能保持畅流。不管如何保温，这些热总会有少许传导到外面；因此，如将油管埋在地下，迟早会传出热而融解冻土，油管就难保不往下陷落。经过种种考虑，工程负责人决定把油管高离地面架设。

北极区的冬夏温差高达80℃，各种工程设施不能不先预防热胀冷缩造成的损害。就拿盖房子来说吧，冬天盖好时看起来不错，到了夏天，地表膨胀，把门给封住了，出都出不去。为了避免油管因热胀冷缩而折断，工程人员设计了锯齿形的敷设法。（见刊头图）

但油管以锯齿形高架于地面上，问题并没有完全解决，高架所用的支桩仍有麻烦。夏天里，地面温度高于地下，支桩顶端所吸收的热传到地下，融解了周围冻土的地下冰，支桩失去依附便往下溜。冬天，尤其是初冬，地下温度高于地上，贴支桩的地下水由上往下流，沿支桩外壁结冰，冰在支桩壁上结紧，继续膨胀时就把支桩往上顶。如此一溜一顶，支桩又上又下的，不要多久就会使油管弯折，甚至断裂。

阿拉斯加输油管道

固定支桩固温管

要解决支桩的问题倒不难，工程师作了两种设计（如图四），最后采用的是右边那种固温管的设计。先将中空的钢桩打进地下，再套进一根密封的钢管，内装50克的液氨。夏天里，液氨吸收由上往下传的热气，蒸发成氨气，升到管顶。由于不断蒸发，压力变大，把管上端的氨气压缩成液氨，所放出的热由气冷式交换机传到大气中，凝结的液氨则下流到管底。如此一再蒸发、凝结，可使桩的地下部分维持低而均匀的温度。到了冬天，整个过程恰好反过来，氨气由下而上，与由上而下的液氨交换热量，尚未液化的氨气继续往上升，最后在顶端与外界交换热量而液化。整个设计就是利用氨的挥发、凝结，把热量由热的地方带到冷的地方，维持管内的温度均匀。只要支桩下半部的温度保持均匀，且低于冰点，让周围的冻土终年冻结，不会融解，支桩就可以固定住了。

虽然大部分的油管都高架在地面上，但在地震断层及河床地区，油管必须埋于地下以策安全。埋设时，油管下方先敷设装液氨的冷却管，再铺上一层碎石，以防油管还有少许的热会透过管壁及绝缘包装泄出时，冷却管可以吸收掉，这样就可长久维持地下层的冻结状态。为了确保冷却效果，油管每隔一段距离就要设一座小型自动冷冻厂，将液氨的冷却管向两边延伸10公里左右。油井的钻油管也有同样设计，藉外来的冷冻设备，保持管周围温度的固定。

纵穿阿拉斯加南北的输油管道

人造冰山保码头

在严寒的阿拉斯加，要使管内原油保持50℃以上，沿途必须设立加热站。在加热站有小型炼油厂及加热装备。炼油厂抽取油管内一部分原油加以炼制分离，将所得的燃料油分离送进锅炉燃烧，维持油管温度，剩余的部分则送回油管内与原油混合继续输送。因为油管所经地区多半是酷寒荒凉的冰原，不容易请到人驻厂，所以加热站都是全自动设备。

克服了重重困难，终于筑好了一条高架油管。由布鲁何湾出发，纵贯阿拉斯加，到达南岸的瓦地兹港（Valdez），全长1300公里，管径1.2公尺。在瓦地兹港，工程师利用同样的支桩建立了码头，好让接运的油轮靠岸，把油运回美国本土。谁知人算不如天算，耗资巨额建造的码头，完成不到一年就报销了。原来，冬天里，码头支桩上端冻结了一个大冰锥，一到春天，海水温度升高，支桩将这些热往上传，冰锥与支椿相接处的部分融解，就松松地套在支桩上，随着潮水或海浪上下滑动。在瓦地兹港，这种冰锥的上下滑动高达7公尺。夏天来到，这些冰锥全往上冲，就把整座码头掀掉了。

油管工程不能因此功亏一篑，工程师决定以冰治冰，弄个大一点的冰块做码头的底。大冰块终年不融，就不会有这些烦恼了。他们从港口海面结的冰底下抽取海水，喷向空中冷却，掉下的冰屯积成一座冰丘。冰丘突出海水的部分，表面直径达20公尺。整个冰丘体积极大，大到可以稳稳地坐在港湾的海底。利用这座人造冰山为支点而打桩，再将码头铺在上面，就不会重蹈覆辙了。阿拉斯加的石油现在总算可以运走了。整个工程前后耗费四年，花了77亿美元。