パイプライン
オーストラリアの鉱山現場におけるHDPEパイプライン

パイプラインは、液体またはガスを長距離輸送するためのパイプシステムであり、通常は消費市場まで輸送されます。[ 1 ]業界データによると、世界の幹線・輸送パイプライン網の総延長は2025年までに約219万kmに達し、北米が約44%を占めると予想されています。米国が65%、ロシアが8%、カナダが3%を占め、全パイプラインの76%がこれら3か国に集中しています。[ 2 ]パイプラインによる汚染の主な原因は、腐食と漏洩です。[ 3 ]

パイプライン・アンド・ガス・ジャーナルの調査によると、全世界で118,623マイル（190,905 km）のパイプラインが計画中または建設中です。このうち、88,976マイル（143,193 km）は計画・設計段階のプロジェクトであり、29,647マイル（47,712 km）は建設の様々な段階にあるパイプラインです。パイプラインでは液体とガスが輸送され、化学的に安定した物質であれば何でもパイプラインで輸送できます。[ 4 ]

パイプラインは、原油や精製石油、燃料（石油、天然ガス、バイオ燃料など）、および下水、スラリー、水、ビール、温水、蒸気などの流体を短距離輸送するために存在します。また、吸引圧力を発生させて有用な作業や固形物の輸送を可能にする空気圧システムにも使用されます。 [ 5 ]パイプラインは、飲料水や灌漑用水を丘を越えて長距離輸送する必要がある場合や、蒸発、汚染、環境への影響を考慮して運河や水路が適さない場合に便利です。

石油パイプラインは、通常地中に埋設される鋼鉄製またはプラスチック製の管でできています。石油は、パイプライン沿いのポンプ場によってパイプライン内を輸送されます。天然ガス（および類似の気体燃料）は、天然ガス液（NGL）と呼ばれる液体に加圧されます。 [ 6 ]天然ガスパイプラインは炭素鋼で作られています。水素パイプライン輸送は、パイプを通して水素を輸送するものです。パイプラインは、道路や鉄道に比べて最も安全な輸送手段の一つです。そのため、戦争においては、パイプラインが軍事攻撃の標的となることがよくあります。[ 7 ]

石油と天然ガス

スイスの天然ガスパイプラインに設置された「ピッグ」発射・受信機

最初の原油パイプラインは、1860年代に石油輸送協会によって建設されました。同協会は、ペンシルベニア州の油田からオイルクリークの鉄道駅まで、6マイル（9.7 km）に及ぶ2インチ（51 mm）の錬鉄製パイプラインを建設しました。最初の主要な海底パイプラインのいくつかは、1944年のプルート作戦中にイギリス海峡を横断して建設されました。これらのパイプラインは、ノルマンディー上陸作戦から第二次世界大戦終結までの間、 西部戦線で連合軍が使用した石油製品の約8%を供給したと推定されています。

パイプラインは、一般的に大量の石油、精製石油製品、または天然ガスを陸上輸送する最も経済的な方法です。例えば、2014年には、原油のパイプライン輸送は1バレルあたり約5ドルでしたが、鉄道輸送は約10～15ドルでした。[ 8 ]トラック輸送は、追加の労働力が必要となるため、さらにコストが高くなります。完成したパイプラインの雇用は、トラック輸送業界全体の「わずか1%」に過ぎません。[ 9 ]

アメリカ合衆国では、原油と石油製品の70％がパイプラインで輸送されています。（23％は船舶、4％はトラック、3％は鉄道）カナダでは、天然ガスと石油製品の97％がパイプラインで輸送されています。[ 8 ]

天然ガス（および類似の気体燃料）は、軽く加圧されて液体になり、天然ガス液体（NGL）と呼ばれます。油田には小規模な NGL 処理施設を設けることができるため、125 ポンド/平方インチ（860 キロパスカル）の軽い圧力下にあるブタンとプロパンの液体は、鉄道、トラック、パイプラインで出荷できます。プロパンは油田の燃料として使用され、石油掘削機が使用するさまざまな施設や、油田で使用される機器やトラックを加熱します。例：プロパンは、温度によって多少異なる 100 psi の軽い圧力下でガスから液体に変換され、販売スタンドで 125 psi（860 kPa）未満で車やトラックに注入されます。パイプラインと鉄道車両では、その約 2 倍の圧力である 250 psi（1,700 kPa）で注入します。

トランスアラスカパイプラインシステムの高架部分

数千もの天然ガス処理プラントが油田内またはその周辺に位置しているため、プロパンを市場に輸送する距離ははるかに短くなっています。ノースダコタ州、モンタナ州、マニトバ州、サスカチュワン州のバッケン盆地にある多くの石油会社は、ガス田内で天然ガス（NGL）を分離しています。これにより、掘削業者はプロパンを小規模な卸売業者に直接販売することができ、大規模な製油所によるプロパンやブタンの製品価格のコントロールが不要になっています。

北米で最近稼働を開始した主要パイプラインは、ナイアガラ地域の橋を北上するトランスカナダ天然ガスパイプラインです。このパイプラインは、ペンシルベニア州産のマーセラスシェールガスと、その他のメタンガスや天然ガス源をカナダのオンタリオ州に輸送します。2012年秋に稼働を開始し、オンタリオ州で消費される天然ガスの16%を供給しています。

2009 年のヨーロッパへのロシアの主要なガスパイプライン。一部のパイプラインの配送は、 2022 年のロシアと欧州連合のガス紛争を含む、2022 年のロシアによるウクライナ侵攻後に中断されたり、物議を醸したりした。

この新しい米国産天然ガスは、以前はカナダ西部のアルバータ州とマニトバ州からオンタリオ州に輸送されていた天然ガスを置き換えるもので、ガス源から消費者までの距離が大幅に短くなるため、政府規制のパイプライン輸送料金が削減される。ノースダコタ州の多くの中小規模の石油生産者は、遅延や米国政府の規制を避けるために、カナダ北部への石油パイプラインを敷設し、西から東に石油を輸送するカナダの石油パイプラインと接続することを決定した。これにより、バッケン盆地とスリーフォークスの石油生産者は、米国の卸売市場1つに制限されなくなるため、石油の価格交渉でより高い価格を得ることができる。ノースダコタ州最大の油田であるウィリストンから、カナダと米国の国境およびマニトバ州までの距離は、わずか約85マイル（137キロメートル）である。投資信託とジョイントベンチャーは、新しい石油・ガスパイプラインへの最大の投資家である。 2012年秋、米国はヨーロッパへのプロパンガス（LPG）の輸出を開始しました。これは、ヨーロッパの卸売価格が北米よりもはるかに高いためです。さらに、現在、ノースダコタ州からイリノイ州まで、ダコタ・アクセス・パイプラインとして知られるパイプラインが建設中です。[ 10 ]

北米のパイプラインがさらに建設されるにつれ、米国の三海岸すべてでLNG、プロパン、ブタン、その他の天然ガス製品の輸出がさらに増加し​​ています。参考までに、ノースダコタ州バッケン地域の石油生産量は2007年から2015年の間に600%増加しました。[ 11 ]ノースダコタ州の石油会社は、大量の石油をタンカー貨車で輸送しています。これは、貨車を使用すると最も価格の高い市場に石油を向けることができるためであり、貨車を使用すると、混雑した石油パイプラインを回避して別のパイプラインに石油を移し、より早く市場に石油を運んだり、混雑していない別の製油所に石油を運んだりすることができます。しかし、パイプラインは量で輸送するより安価な手段です。

カナダのエンブリッジ社は、東西を結ぶ石油パイプライン（ライン9）を逆方向に拡張し、カナダ西部産のビチューメン原油を東方へ輸送する申請を行っている。[ 12 ]現在、日量25万バレル相当のパイプラインであるこのパイプラインは、日量100万～130万バレルに拡張される予定である。このパイプラインは、2014年初頭までにオンタリオ州、ミシガン州、オハイオ州、ペンシルベニア州、ケベック州、ニューヨーク州の製油所にカナダ西部産の原油を輸送する。ニューブランズウィック州もこのカナダ西部産原油の一部を精製し、深海油田ULCC積出港から原油と精製油の一部をヨーロッパへ輸出する予定である。

パイプラインは海底に建設することも可能ですが、そのプロセスは経済的にも技術的にも困難であるため、海上の石油の大部分はタンカー船で輸送されています。同様に、天然ガスもLNGの形で輸送する方が経済的に実現可能な場合が多いですが、LNGとパイプラインの損益分岐点は天然ガスの量と輸送距離によって異なります。[ 13 ]

市場の成長

チリ、アントファガスタの乾燥地域のガス管

石油・ガスパイプライン建設の市場規模は、2008年の景気後退以前には驚異的な成長を遂げていました。2009年に停滞した後、翌年にはエネルギー生産の増加に伴い、パイプラインの拡張と更新の需要が増加しました。[ 14 ] 2012年までに、北米のパイプラインの約32,000マイル（51,000 km）が計画中または建設中でした。[ 15 ]パイプラインに制約がある場合、追加のパイプライン製品輸送オプションには、抵抗低減剤の使用、または製品トラックや鉄道による輸送が含まれる場合があります。

建設と運営

石油パイプラインは、内径が通常4～48インチ（100～1,220mm）の鋼管またはプラスチック管で作られています。ほとんどのパイプラインは、通常約3～6フィート（0.91～1.83m）の深さに埋設されます。パイプを衝撃、摩耗、腐食から保護するために、様々な方法が用いられます。これには、木製ラギング（木製スラット）、コンクリートコーティング、ロックシールド、高密度ポリエチレン、輸入砂パッド、犠牲陰極、パッドマシンなどが含まれます。[ 16 ]

原油には様々な量のパラフィンワックスが含まれており、寒冷地ではパイプライン内にワックスが蓄積することがあります。これらのパイプラインは、多くの場合、ピギングと呼ばれる「ピグ」と呼ばれる装置を用いて様々なメンテナンス作業を行う方法で検査・清掃されます。これらの装置は「スクレーパー」または「ゴーデビル」とも呼ばれます。「スマートピッグ」（「インテリジェント」または「インテリジェンス」ピッグとも呼ばれる）は、腐食、ひび割れ、その他の機械的損傷によるパイプのへこみ、金属損失などの異常を検出するために使用されます。[ 17 ]これらの装置はピグランチャーステーションから発射され、パイプライン内を移動して下流の他のステーションで回収され、ライン内に蓄積したワックス堆積物や物質を清掃するか、ラインの状態を検査・記録します。

天然ガスパイプラインは炭素鋼で作られており、その直径はパイプラインの種類によって2インチから60インチ（51mmから1,524mm）まで様々です。ガスは圧縮ステーションで加圧され、規制当局の規定によりメルカプタン系着臭剤が混合されない限り無臭です。

アンモニア

ロシアからウクライナまでの世界最長アンモニアパイプライン

ロシアのウクライナ侵攻で破壊されるまで[ 18 ]、ロシア・ウクライナトランスアミアク線は全長2,500kmで世界最長のアンモニアパイプラインであった。[ 19 ]このパイプラインはロシアのトリアッティアゾット施設とウクライナの黒海輸出港オデッサを結んでいた。  

アルコール燃料

ブラジルではエタノールの輸送にパイプラインが使用されており、ブラジルと米国ではいくつかのエタノールパイプラインプロジェクトがあります。[ 20 ]パイプラインによるエタノールの輸送に関連する主な問題は、腐食性とパイプライン内で水や不純物を吸収する傾向であり、これは石油や天然ガスの問題ではありません。[ 20 ] [ 21 ]不十分な量と費用対効果も、エタノールパイプラインの建設を制限する考慮事項です。[ 21 ] [ 22 ]

米国では、パイプラインによるエタノール輸送はごくわずかです。大半は鉄道輸送で、代替手段としてはトラックやはしけ輸送が主流です。パイプライン輸送は最も望ましい選択肢ですが、エタノールは水や溶剤との親和性が高いため、専用のパイプラインを使用するか、既存のパイプラインを大幅に清掃する必要があります。

石炭と鉱石

スラリーパイプラインは、鉱山から石炭や鉱石を輸送するのに使用されることがあります。輸送される物質は、パイプラインに投入される前に水とよく混ぜられ、末端では物質が乾燥される必要があります。一例として、ミナス・リオ鉱山（年間2,650万トンを生産）からブラジルのアスー港まで鉄鉱石を輸送する計画の525キロメートル（326マイル）のスラリーパイプラインがあります。 [ 23 ]既存の例としては、オーストラリアのタスマニア島にある85キロメートル（53マイル）のサベージ川スラリーパイプラインがあり、1967年に建設された当時はおそらく世界初のパイプラインでした。このパイプラインには、サベージ川から167メートル（548フィート）の高さに366メートル（1,201フィート）の橋梁スパンが含まれています。[ 24 ] [ 25 ]

水素

水素パイプライン輸送は、水素インフラの一部としてパイプを通じて水素を輸送するものである。水素パイプライン輸送は、水素の製造地点または水素の配達地点を需要地点と接続するために使用される。[ 26 ]水素のほとんどは需要地で製造され、50～100マイル（80～161 km）ごとに工業生産施設が設置されている。[ 27 ] 1938年に敷設されたライン＝ルール間の240キロメートル（150 mi）の水素パイプラインは現在も稼働している。[ 28 ] 2004年時点で、低圧水素パイプラインは米国に900マイル（1,400 km）、ヨーロッパに930マイル（1,500 km）ある。

鋼製パイプラインにおいて、ガス状水素は疲労き裂の成長を加速させ、ラインパイプおよび溶接部の見かけの破壊靭性を低下させる可能性があるため、材料は破壊力学基準を用いて水素環境下での使用に耐え得るように認定される必要がある。水素配管およびパイプラインに関するASME B31.12 [ 29 ]は、そのような認定ルート（例えば、水素中の閾値応力強度や任意の疲労き裂成長データ）を提供している。API 5L X70ラインパイプに関する最近の評価では、混合水素条件下で測定可能な靭性の低下とき裂成長の加速が示されており、また最近のレビューでは、パイプライン用鋼に特有の水素の吸収、捕捉、および緩和についてまとめられている。[ 30 ] [ 31 ]

水

アンテロープバレーのロサンゼルス水道橋

2000年前、古代ローマ人は高地から水を輸送するために大規模な水道橋を利用した。水道橋は段階的に建設され、重力によって水が目的地まで押し流される仕組みだった。ヨーロッパやその他の地域では数百もの水道橋が建設され、製粉所とともにローマ帝国の生命線と考えられていた。古代中国も公共事業に水路やパイプシステムを利用した。漢代の有名な宦官張容（189年没）は技師の毗藍（ビ・ラン）に首都洛陽郊外に一連の四角いパレットチェーンポンプを建設するよう命じた。[ 32 ]これらのチェーンポンプは首都の皇宮や居住区に水を供給し、チェーンポンプで汲み上げた水は石器製のパイプシステムによって運ばれた。[ 32 ] [ 33 ]

パイプラインは、飲料水や灌漑用水を丘を越えて長距離輸送する必要がある場合や、蒸発、汚染、環境への影響 を考慮して運河や水路が適さない場合に便利です。

1903年に完成した西オーストラリア州の530キロメートル（330マイル）のゴールドフィールズ給水計画は、750ミリメートル（30インチ）のパイプを使用しており、当時最大の給水計画であった。[ 34 ] [ 35 ]

南オーストラリア州の重要な水道管の例としては、モーガン・ワイアラ・パイプライン（1944年完成）とマナム・アデレード・パイプライン（1955年完成）があり、どちらもスノーウィーマウンテンズ計画の一部です。[ 36 ]

カリフォルニア州ロサンゼルスの2 つの水道橋、オーエンスバレー水道橋(1913 年完成) と第二ロサンゼルス水道橋(1970 年完成) には、パイプラインが広く使用されています。

リビアの大人工河は、トリポリ、ベンガジ、シルトをはじめとするリビアの複数の都市に、毎日368万立方メートル（481万ヤード）の水を供給しています。パイプラインは全長2,800キロメートル（1,700マイル）を超え、地下500メートル（1,600フィート）以上の帯水層から汲み上げた井戸に接続されています。[ 37 ]

その他のシステム

地域暖房

オーストリアの地域暖房パイプライン（全長31km ） [ 38 ]

地域暖房システムまたは遠隔暖房システムは、断熱された給水管と戻り管のネットワークで構成され、温水、加圧温水、あるいは蒸気を顧客に送ります。蒸気は最も高温であり、その高温性から工業プロセスに使用できますが、熱損失が大きいため、製造と輸送の効率は低くなります。熱媒油は、経済的および環境的理由から、一般的には使用されません。ノルウェーの地域暖房ネットワークに見られるように、配水による熱エネルギーの年間損失は典型的に約10%です。[ 39 ]

地域暖房パイプラインは通常、地下に敷設されますが、一部の例外があります。システム内には、ピーク負荷を平準化するために蓄熱設備が設置される場合があります。熱は、熱変電所の熱交換器を介して住宅のセントラルヒーティングに伝達され、両システム内の流体が混ざることはありません。

ビール

デンマーク、ランデルスのトール・パイプライン
デンマーク、ランデルスのトールパイプライン

ドイツ、ゲルゼンキルヒェンにある主要サッカー場、フェルティンス・アレーナのバーは、全長5キロメートル（3.1マイル）のビールパイプラインで結ばれています。デンマークのランダース市では、いわゆる「トールビールパイプライン」が運用されていました。当初は醸造所から直接銅管が引かれていましたが、1990年代に醸造所がランダース市外に移転した際に、トールビールは巨大なタンクに置き換えました。

2016年9月、ベルギーのブルージュで、市内のトラック交通量を減らすために3キロメートルのビールパイプラインが完成しました。 [ 40 ]

塩水

オーストリアのハルシュタット村は塩の採掘の長い歴史で知られ、1595年に遡る「世界最古の産業用パイプライン」があると主張している。[ 41 ]このパイプラインは、ハルシュタットからエーベン湖まで40キロメートル（25マイル）の塩水を輸送するために、 13,000本のくり抜かれた木の幹から建設された。[ 42 ]

牛乳

1978年から1994年にかけて、オランダ領アメラント島と本土のホルヴェルト島を結ぶ全長15kmの牛乳パイプラインが敷設されていました。そのうち8kmはワッデン海の海底でした。毎日、アメラント島で生産された牛乳3万リットルが本土に輸送され、加工されていました。このパイプラインは1994年に廃止されました。[ 43 ]

空気輸送

1943年のワシントンD.C.の空気圧チューブシステム

気送管は、液体輸送ではなく、円筒容器内の固体を圧縮空気または部分的な真空を利用して輸送するために使用されるのが一般的です。気送管は19世紀後半から20世紀初頭にかけて最も普及し、オフィス内の書類や銀行の現金など、建物内の小さな固体の輸送に使用されました。21世紀までに、気送管輸送は情報輸送においてデジタルソリューションにほぼ取って代わられましたが、地域環境における利便性とスピードが重要となる場合には依然として使用されています。例えば、病院では薬剤や検体の輸送に使用されています。[ 44 ]

海上パイプライン

パイプラインは、場所によっては、小海、海峡、河川などの水域を横断しなければならない場合があります。[ 45 ]多くの場合、パイプラインは完全に海底に敷設されています。これらのパイプラインは「海洋」パイプライン（「海底」パイプラインまたは「オフショア」パイプラインとも呼ばれます）と呼ばれます。主に石油やガスの輸送に使用されますが、水の輸送も重要です。[ 45 ]オフショアプロジェクトでは、「フローライン」とパイプラインが区別されます。[ 45 ] [ 46 ] [ 47 ]前者は、特定の開発フィールド内の海底の坑口、マニホールド、プラットフォームを接続するために使用されるという意味で、フィールド内パイプラインです。後者は「輸出パイプライン」と呼ばれることもあり、資源を陸上に輸送するために使用されます。[ 46 ]海上パイプラインの建設と維持管理は、主に波や海流の力学、その他の地質災害のために、陸上とは異なる物流上の課題を伴います。

機能

精製石油製品のパイプラインは、注入後数時間または数日で消費者に届く時点で、複数の製品をまとめて同時に運ぶ場合があります。

一般的に、パイプラインは目的に応じて次の 3 つのカテゴリに分類できます。

パイプラインの収集
複数の近隣の油井から原油または天然ガスを処理場または加工施設に輸送する目的で、複雑なネットワークを形成する、相互接続された小規模パイプラインの集合体。このグループのパイプラインは通常、数百メートル程度と短く、直径も小さい。深海生産プラットフォームから製品を集積するための海底パイプラインも、集積システムとみなされる。
輸送パイプライン
主に大口径の長いパイプで、都市間、国間、さらには大陸間で製品（石油、ガス、精製製品）を輸送します。これらの輸送ネットワークには、ガス管内の複数の圧縮ステーションや、原油および多品種パイプライン用のポンプステーションが含まれます。
配送パイプライン
複数の小口径パイプラインが相互接続され、製品を最終消費者に供給するために使用されます。下流の家庭や事業所にガスを供給するフィーダーライン。製品をタンクや貯蔵施設に供給するためのターミナルパイプラインもこのグループに含まれます。

開発と計画

パイプラインを建設する場合、建設プロジェクトには、パイプラインを敷設し、ポンプ/コンプレッサーステーションを建設するための土木工事だけでなく、遠隔操作をサポートする現場機器の設置に関連するすべての作業も含まれる必要があります。

パイプラインは「通行権」と呼ばれるものに沿って敷設されます。パイプラインの開発と建設は、一般的に以下の段階を経て行われます。

  1. 市場の関心を判断するためのオープンシーズン: 潜在的顧客には、新しいパイプラインの容量権の一部にサインアップする機会が与えられます。
  2. 土地収用（収用権）を含むルート（通行権）の選択
  3. パイプライン設計: パイプライン プロジェクトには、新しいパイプラインの構築、既存のパイプラインの燃料タイプの変更、現在のパイプライン ルートの施設の改善など、さまざまな形式があります。
  4. 承認の取得: 設計が確定し、最初のパイプライン顧客が容量の一部を購入したら、プロジェクトは関係する規制当局の承認を得る必要があります。
  5. ルートの調査
  6. ルートのクリア
  7. 溝掘り - 主要ルートおよび横断部（道路、鉄道、その他のパイプなど）
  8. パイプの設置
  9. バルブ、交差点等の設置
  10. パイプと溝を覆う
  11. 試験：建設が完了すると、新しいパイプラインは構造的健全性を確認するための試験を受ける。これには、水圧試験やラインパッキング試験などが含まれる。[ 48 ]

ロシアは後方部隊の一部として「パイプライン部隊」を保有しており、パイプラインの建設と修理の訓練を受けている。ロシアはパイプライン部隊を保有する唯一の国である。[ 49 ]

米国政府は、主にEPA、FERCなどを通じて、提案されたパイプラインプロジェクトを審査し、水質浄化法、国家環境政策法、その他の法律、場合によっては地方自治体の法律に準拠しているかどうかを確認しています。 [ 50 ] [ 51 ]バイデン政権は、各州や部族グループが提案されたプロジェクトを評価し、場合によっては阻止することを認めようとしています。 [ 52 ]

手術

フィールド機器とは、計装機器、データ収集ユニット、および通信システムを指します。フィールド計装機器には、流量計、圧力計、温度計／トランスミッター、および必要な関連データを測定するその他の機器が含まれます。これらの機器は、注入ステーションまたは送出ステーション、ポンプステーション（液体パイプライン）、コンプレッサーステーション（ガスパイプライン）、ブロックバルブステーションなど、パイプラインの特定の場所に設置されます。

これらのフィールド機器によって測定された情報は、ローカルのリモート ターミナル ユニット(RTU) に収集され、衛星チャネル、マイクロ波リンク、携帯電話接続などの通信システムを使用して、フィールド データがリアルタイムで中央の場所に転送されます。

パイプラインは、通常「中央制御室」と呼ばれる場所から遠隔制御・操作されます。このセンターでは、現場計測に関連するすべてのデータが1つの中央データベースに統合されています。データはパイプライン沿いの複数のRTUから受信されます。パイプライン沿いの各ステーションにRTUが設置されているのが一般的です。

パイプライン向けSCADAシステム

中央制御室のSCADAシステムは、現場からのすべてのデータを受信し、一連の画面またはヒューマンマシンインターフェースを通じてパイプラインオペレータに提示し、パイプラインの運転状況を表示します。オペレータは、ラインの水圧状態を監視し、SCADAシステムを介して操作コマンド（バルブの開閉、コンプレッサーまたはポンプのオン/オフ、設定値の変更など）を現場に送信できます。

これらの資産の運用を最適化し、安全にするために、一部のパイプライン会社は、SCADA システム上にインストールされるソフトウェア ツールである「高度なパイプライン アプリケーション」を使用しています。このツールは、漏れの検出、漏れの位置の特定、バッチ追跡 (液体ライン)、ピグ追跡、構成追跡、予測モデリング、先読みモデリング、およびオペレータ トレーニングを実行する拡張機能を提供します。

テクノロジー

コンポーネント

デルタ川の下を通り、アラスカ山脈の尾根を越えるトランスアラスカパイプライン

パイプラインネットワークは、複数の機器が連携して製品をある場所から別の場所へ輸送する仕組みです。パイプラインシステムの主な要素は以下のとおりです。

初期注入ステーション
「供給」ステーションまたは「入口」ステーションとも呼ばれるこのステーションは、システムの起点であり、製品がラインに注入される場所です。通常、貯蔵施設、ポンプ、またはコンプレッサーがこれらの場所に設置されます。
コンプレッサー/ポンプステーション
液体パイプライン用のポンプとガスパイプライン用のコンプレッサーは、パイプラインを通じて製品を輸送するためにライン沿いに設置されます。これらのステーションの位置は、地形、輸送される製品の種類、またはネットワークの運用条件によって決まります。
部分配送ステーション
「中間ステーション」とも呼ばれるこれらの施設では、パイプライン事業者が輸送する製品の一部を配送することができます。
ブロックバルブステーション
これらはパイプラインの第一線を担う保護装置です。これらのバルブを使用することで、オペレーターはメンテナンス作業のためにラインの任意のセグメントを遮断したり、破裂や漏れを特定したりすることができます。ブロックバルブステーションは、パイプラインの種類に応じて、通常20～30マイル（48 km）ごとに設置されます。これは設計上のルールではありませんが、液体パイプラインでは非常に一般的な方法です。これらのステーションの設置場所は、輸送される製品の性質、パイプラインの経路、および／またはラインの運転条件によってのみ決定されます。
レギュレーターステーション
これは特殊なタイプのバルブステーションで、オペレーターはラインの圧力の一部を解放することができます。レギュレーターは通常、ピークの下り側に設置されます。
最終配送ステーション
「アウトレット」ステーションまたはターミナルとも呼ばれ、製品が消費者に供給される場所です。液体パイプラインのタンクターミナルや、ガスパイプラインの配送ネットワークへの接続などがこれに該当します。

漏れ検知システム

石油とガスのパイプラインは、ほぼすべての国にとって経済発展の重要な資産であるため、政府の規制または国内政策により、資産の安全性、およびパイプラインが通る場所の住民と環境の安全性を確保することが求められています。

パイプライン会社は、政府の規制、環境的制約、そして社会状況に直面しています。政府の規制では、運用に必要な最低限の人員、オペレーターのトレーニング要件、パイプライン施設、運用上の安全を確保するために必要な技術やアプリケーションが規定される場合があります。例えば、ワシントン州では、パイプラインオペレーターは最大流量の8%の漏れを15分以内に検知し、その位置を特定できることが義務付けられています。社会的な要因もパイプラインの運用に影響を与えます。パイプライン会社にとって、製品の盗難も問題となることがあります。この場合、検知レベルは最大流量の2%未満で、位置特定精度が求められます。

パイプラインの監視には、物理​​的な歩行から衛星監視まで、様々な技術と戦略が実装されています。パイプラインを偶発的な漏れから保護するための最も一般的な技術は、計算パイプライン監視（CPM）です。CPMは、圧力、流量、温度に関連する現場情報を取得し、輸送中の製品の水圧挙動を推定します。推定が完了すると、その結果を他の現場データと比較し、漏れに関連する可能性のある異常や予期せぬ状況を検出します。

アメリカ石油協会（API）は、液体パイプラインにおけるCPMの性能に関する複数の論文を発表しています。APIの出版物は以下の通りです。

  • RAM 1130 – 液体パイプラインの計算パイプライン監視
  • API 1149 – パイプライン変数の不確実性とそれが漏れ検出可能性に与える影響

道路や鉄道の下を通るパイプラインは、通常、保護ケーシングで覆われています。このケーシングは、可燃性ガスや腐食性物質の蓄積を防ぐため、また、漏れを検出するためにケーシング内の空気を採取するために、大気中に放出されています。ケーシングベントは、地面から突き出たパイプで、しばしばケーシングベントマーカーと呼ばれる警告標識としても機能します。[ 53 ]

実装

パイプラインは一般的に地下に敷設されます。これは気温の変化が少ないためです。パイプラインは通常金属製であるため、気象変化による膨張や収縮を軽減するのに役立ちます。[ 54 ]しかし、場合によってはパイプライン橋で谷や川を横断する必要があります。集中暖房システム用のパイプラインは、地上または頭上に敷設されることがよくあります。トランス・アラスカ・パイプラインのように永久凍土地域を通過する石油パイプラインは、高温の石油によって凍土が溶けてパイプラインが地中に埋もれてしまうのを防ぐため、頭上に敷設されることが多いです。

メンテナンス

パイプラインのメンテナンスには、適切な範囲の陰極保護レベルを確認すること、徒歩、陸上車両、船舶、または航空機による建設、浸食、または漏れの監視、および腐食性の物質がパイプラインに運ばれている場合に清掃ピグを走らせることが含まれます。

米国のパイプラインの保守規則は、連邦規則集(CFR) のセクション、天然ガス パイプラインの場合は 49 CFR 192、石油液体パイプラインの場合は 49 CFR 195 で規定されています。

規制

公園を走る地下石油パイプライン

米国では、石油やガスの輸送に使われる陸上および海上のパイプラインは、パイプラインおよび危険物安全局(PHMSA) によって規制されています。石油やガスの生産に使われる特定の海上パイプラインは、鉱物管理局(MMS) によって規制されています。カナダでは、パイプラインは州の規制当局によって規制されていますが、州境やカナダ・米国国境を越える場合は、国立エネルギー委員会(NEB) によって規制されています。カナダと米国の政府規制では、埋設の燃料パイプラインを腐食から保護することが義務付けられています。多くの場合、最も経済的な腐食制御方法は、パイプラインコーティングを陰極防食およびパイプラインを監視する技術と組み合わせて使用​​することです。地上では、陰極防食は選択できません。コーティングが唯一の外部保護です。

パイプラインと地政学

ソ連のパイプラインインフラに関する米国CIAの地図（1951年）

主要エネルギー資源（石油と天然ガス）のパイプラインは、単なる貿易の一要素ではありません。地政学や国際安全保障の問題にも関連しており、石油・天然ガスパイプラインの建設、敷設、管理は、国家の利益と行動においてしばしば重要な位置を占めます。パイプラインをめぐる政治の顕著な事例は、2009年初頭に発生しました。ロシアとウクライナの間で、価格をめぐる紛争が表面上は大きな政治危機に発展したのです。ロシアの国営ガス会社ガスプロムは、ウクライナ政府との協議が決裂したことを受け、ウクライナへの天然ガス供給を停止しました。ウクライナへの供給が停止されただけでなく、ウクライナを通過するロシア産ガス（南東ヨーロッパへのほぼすべての供給と中央ヨーロッパおよび西ヨーロッパへの供給の一部を含む）も遮断され、ロシア産ガスを燃料として大きく依存している複数の国で深刻な危機が発生しました。ロシアは、この紛争を、他国、特に欧州連合（EU）による「近隣諸国」への干渉を阻止するための手段として利用したと非難されました。

危険の特定

ディルビットの溶媒成分は通常、ナフサやベンゼンなどの揮発性芳香族化合物で構成されているため、地上流出後には比較的速やかにキャリアが蒸発すると予想されます。これは、移動の遅い粘性残留物のみを残すことで、タイムリーな介入を可能にすると考えられます。石油化学蒸気への曝露を最小限に抑えるための効果的なプロトコルは確立されており、パイプラインから流出した油が帯水層に到達する可能性は低いと考えられます。ただし、不完全な浄化処理の後に別のキャリア（例えば、集中豪雨が続くなど）が導入された場合は別です。

ベンゼンやその他の揮発性有機化合物（総称してBTEX）が地下環境に流入すると、パイプラインの漏洩による脅威が増大します。特に降雨が続くと、パイプラインの破損によりBTEXが溶解し、ベンゼンが水中で平衡状態になり、その混合物が帯水層に浸透します。ベンゼンは多くの健康問題を引き起こす可能性があり、EPAの最大汚染物質濃度（MCL）が飲料水に対して5μg/Lに設定されていることからも発がん性があります。[ 55 ]十分に研究されていませんが、ベンゼンへの単回曝露イベントは急性発がんに関連付けられています。[ 56 ]さらに、家畜、主に牛がベンゼンに曝露されると、神経毒性、胎児障害、致死的な中毒など、多くの健康問題を引き起こすことが示されている。[ 57 ]

地上パイプラインの表面全体を直接検査することで、物質的な破損の有無を検査できます。油層は明確で、容易に発見でき、修理が必要な箇所を示します。遠隔検査の有効性は、監視機器のコスト、センサー間のギャップ、そして解釈を必要とするデータによって制限されるため、埋設パイプの小さな漏れは見逃されることがあります。

パイプライン開発者は、漏洩に対する効果的な監視を必ずしも優先するわけではありません。埋設管は苦情が少なく、極端な外気温から遮断され、紫外線から保護され、光劣化の影響も受けにくいという利点があります。また、空中飛散物、雷雨、竜巻、ハリケーン、雹、酸性雨からも保護されています。さらに、営巣中の鳥類、発情期の哺乳類、そして迷い散弾からも保護されています。さらに、埋設管は事故による損傷（例：自動車衝突）を受けにくく、破壊行為者、破壊工作員、テロリストの侵入も少ないという利点もあります。

暴露

キーストーン・パイプラインに対する抗議

これまでの研究[ 58 ]では、「最悪の暴露シナリオ」は特定の条件に限定できることが示されている。トランスカナダが開発した高度な検出方法とパイプライン遮断SOPに基づくと、短期間で大量または大量の放出によって地下水がベンゼンで汚染されるリスクは低い。[ 59 ]検出、遮断、修復手順により、ベンゼンの溶解と移動が制限される。したがって、ベンゼンへの暴露は、検出限界以下の漏洩に限られ、長期間気付かれないであろう。[ 58 ]漏洩検出は、5秒ごとに圧力と流量を評価するSCADAシステムによって監視される。SCADAシステムで検出できない少量（流量の1.5%未満）を放出するピンホール漏れは、蓄積して大量の流出となる可能性がある。[ 59 ]ピンホールリークの検出は、目視または嗅覚検査、航空測量、あるいは質量バランスの不一致によって行われます。[ 59 ]ピンホールリークは14日間の検査期間内に発見されると想定されていますが、積雪量や場所（例えば、遠隔地、深海など）によっては検出が遅れる可能性があります。ベンゼンは通常、油の0.1～1.0%を占め、環境要因によって 揮発性と溶解度が異なります。

パイプラインの漏洩量がSCADAの検出限界内であっても、パイプラインの運用者はパイプラインの漏洩をポンプの故障やその他の問題と誤認することがあります。 2010年7月25日にミシガン州マーシャルで発生したエンブリッジ・ライン6B原油パイプラインの破裂は、エドモントンの運用者はパイプライン内のディルビットのカラム分離が原因だと考えていました。カラマズー川沿いの湿地帯での漏洩は、発生から17時間後に地元のガス会社従業員によって確認されました。

流出頻度-量

パイプラインおよび危険物安全局（PHMSA）には、流出件数を推定するための標準的なベースライン事故頻度があるが、トランスカナダは、パイプラインの設計、運用、安全性の向上に基づいてこれらの想定を変更した。[ 59 ]これらの調整が正当であるかどうかは、これらの想定により流出推定値がほぼ10分の1に減少したため議論の余地がある。[ 58 ]パイプラインはオガララ帯水層の247マイルを横断しており、[ 60 ]つまりパイプライン全長の14.5％であり、パイプライン全体の50年の寿命の間に11〜91回の流出が見込まれることを考えると、[ 58 ]帯水層で約1.6〜13.2回の流出が発生すると予想される。帯水層での13.2回の流出がそれぞれ14日間続くと推定されるため、パイプラインの50年の寿命全体で184日間の潜在的な暴露となる。範囲を縮小した最悪の暴露シナリオでは、最大流量の1.5％で14日間ピンホール漏れが発生した場合、その量は189,000バレル、または790万ガロンの石油と推定されています。[ 58 ] PHMSAの事故データベースによると、[ 61 ]過去10年間の流出事故のうち、10,000バレルを超える流出はわずか0.5％でした。

ベンゼンの運命と輸送

ベンゼンが地下水に浸出するシナリオ

ベンゼンは、溶解度と揮発性が高い軽質芳香族炭化水素と考えられています。温度と深度がベンゼンの揮発性にどのような影響を与えるかは不明であるため、油中のベンゼン（体積比1%）は水と平衡状態になるまで揮発しないという仮定が立てられています。[ 58 ]

オクタノール-水分配係数と、この地域の100年降水量を用いると、最悪の場合、75 mg/Lのベンゼンが帯水層に向かって流れると予想される。[ 58 ]地下水系を通るプルームの実際の動きについては十分に説明されていないが、オガララ帯水層の最大49億ガロンの水がMCLを超える濃度のベンゼンで汚染される可能性があるという推定がある。[ 58 ]国務省の最終環境影響評価書には、ほとんどのベンゼンが揮発すると想定されているため、定量分析は含まれていない。[ 59 ]

過去のディルビット流出修復の困難

ディルビットをめぐる大きな懸念の一つは、その浄化の難しさである。[ 62 ] 2010年にミシガン州マーシャルで前述のエンブリッジ・ライン6B原油パイプラインが破裂した際、少なくとも84万3000ガロンのディルビットが流出した。[ 63 ]漏出が検知されると、オイルフェンスとバキュームカーが配備された。豪雨により川の水位が既存のダムを越え、流出が食い止められるまでにディルビットは下流30マイルまで流された。浄化作業により、カラマズー川水系から110万ガロン以上の原油と、約20万立方ヤードの油汚染堆積物や残骸が回収された。しかし、2012年10月時点でも影響を受けた水域では原油がまだ見つかっていた。[ 64 ]

事故と危険

パイプラインは国の経済的繁栄を確かなものにする一助となる一方で、テロリストや戦時中の敵対勢力の標的となる可能性も高い。化石燃料はパイプライン、鉄道、トラック、船舶で輸送できるが、天然ガスは車両輸送を経済的にするために圧縮または液化する必要がある。これらの4つの輸送手段による原油輸送において、様々な報告書は、パイプラインは鉄道やトラック輸送よりも人的・物的損害が少なく、原油流出量もトラック輸送よりも少ないと評価している。[ 8 ]

事故

天然ガスや石油などの可燃性または爆発性物質を輸送するパイプラインは、特別な安全上の懸念事項を伴います。腐食、圧力、機器の故障が一般的な原因ですが、掘削による損傷も主要な事故の一つであり、パイプライン付近の掘削作業を行う前に811番に通報することで回避できます。[ 65 ]

ターゲットとして

パイプラインは、破壊行為、妨害行為、さらにはテロ攻撃の標的となる可能性があります。たとえば、2011年初頭から2012年7月の間に、エジプトとイスラエル、ヨルダンを結ぶ天然ガスパイプラインが15回攻撃されました。[ 77 ] 2019年には、燃料泥棒がラインに盗聴した後、メキシコシティ北部の燃料パイプラインが爆発しました。少なくとも66人が死亡したと報告されています。[ 78 ]戦争では、パイプラインの破壊は敵の兵站を深刻に混乱させる可能性があるため、パイプラインはしばしば軍事攻撃の標的となります。2022年9月26日、バルト海の海底をロシアからヨーロッパまで走るノルドストリーム1とノルドストリーム2のパイプラインで一連の爆発とそれに続く大規模なガス漏れが発生しました。漏れは妨害行為が原因と考えられています。[ 79 ] [ 80 ] [ 81 ]

参照

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