[科学视野]“海上受阻就走陆路？”……输油管道并非答案的原因

by Kim Jonghwa

Published 26 Apr.2026 07:00(KST)

流量越大所需压力与功率成倍激增
沙漠温差与管道腐蚀共同构成输送极限

每当被称为“能源动脉”、承载着全球约20%至30%原油运输量的霍尔木兹海峡上空再度弥漫战争阴云时，国际社会的视线便自然而然地从海上转向陆地。横穿沙漠、将沙特阿拉伯东部油田带与红海沿岸连接起来的“东西输油管道（East-West Pipeline）”便是其中被频繁提及的典型替代方案。

表面上的解法看似简单：用输油管道代替油轮，把原油送出去即可。即便海峡被封锁，只要通过横穿沙漠的陆上绕行，就能躲开海上封锁或袭击这类地缘政治风险——思路大致如此。

然而现实远没有这么简单。如果说在海上挡路的是“政治”和“军事实力”，那么在陆地上则会出现完全不同的壁垒。人眼看不见，却无从回避的压力、热量和摩擦所支配的物理法则，成为必须正面迎战的对象。

让“流动”发生的代价：黏度、摩擦与能量的激增

管道输送的原理并不复杂：在一端施加压力，将液体推送过去即可。但在这里首先遇到的障碍，便是“黏度（Viscosity）”。原油是一种远比水粘稠得多的液体，它由分子量不同的各类烃类混合而成，黏度很高，在管道内部流动时会与管壁产生强烈摩擦，持续消耗能量。

从工程学角度看，这一现象被称为“压降（Pressure Drop）”。当流体沿管道移动时，管壁粗糙度与流体黏滞性叠加，会形成减缓流速的阻力。也就是说，即便在起点施加再大的推力，流动过程中仍会因摩擦导致能量不断消散、压力持续下降，最终流动会停滞。

以霍尔무兹海峡地图为背景、呈现3D打印输油管道的插画。路透社联合通讯社供图

问题在于，这种摩擦阻力并非只是“略有增加”而已。若要提高输送量，就必须提升流速，此时流体内部粒子之间发生碰撞、产生剧烈涡动，即进入“湍流（Turbulence）”状态。从工程学上讲，湍流状态下的阻力与流速的平方成正比。例如，在危机情况下若试图将输送量提高到原来的2倍，那么所需泵压和能量消耗并非简单的2倍，而是会骤增至约4倍。

正因如此，在长达1200公里的远距离输送中，必须在一定间距设置“泵站”，为管内压力不断“充电”。这意味着，输油管道并非只是静静躺在地表的一根“管子”，而是由大量发动机和电力网络有机耦合、必须持续注入能量才能运行的“巨型流体机械系统”。

英国牛津能源研究所（Oxford Institute for Energy Studies）高级研究员 Neil Atkinson 表示：“输油管道乍看之下像是一根简单的管子，但实际上，如果没有持续的能量输入，流动本身就无法维持，它是一个高度复杂的系统”，并判断“物理层面的约束同时限制了其经济性和供应能力”。

挪威能源分析机构“Rystad Energy”也在2023年报告中指出：“对于长距离输油管道而言，只要一个泵站瘫痪，就会引发连锁停运，导致整个输送网络效率骤降”，点出了其脆弱性。

沙漠这项变量：温度塑造的“无形之力”

沙漠是工程师面临的最严酷热力学试验场之一。白天气温接近50℃，夜间却骤降至接近0℃，这种极端昼夜温差会给作为管道材料的钢铁带来巨大的物理应力。

金属在升温时膨胀、降温时收缩。线膨胀量在每公里范围内或许只有几厘米，但当管道长度达到数千公里时，情况就完全不同了。整个区段的总长度变化可达数百米，如果这种应力得不到合理释放而持续累积，钢管就可能无法承受巨大压力而发生弯曲，甚至从地表隆起，出现所谓“屈曲（Buckling）”现象。

为防止这种情况发生，输油管道不会被设计成完全笔直的形态。工程师会在中途布置多处呈“Z”形或“U”形弯折的“膨胀环（Expansion Loop）”，以吸收温度变化带来的长度伸缩。然而，这类设计会增加管道的总长度，同时在弯曲区段产生额外涡流，从而进一步提高流体阻力，形成难以避免的技术困境。

此外，温度还会改变原油本身的物理性质。炽热的沙漠高温一方面会降低原油黏度、改善流动性，另一方面却会使其中的挥发性成分气化，从而异常升高管内压力。相反，当夜间温度骤降时，原油中的石蜡成分会凝固并附着在管壁上，形成所谓“蜡沉积（Waxing）”现象，导致有效管径变小。

美国能源部（U.S. Department of Energy）下属能源效率与可再生能源局（Energy Efficiency and Renewable Energy，EERE）在输油管道设计指引中，将“温度变化”而非“压力”列为长距离输油管道的核心风险因素。指引指出：“金属会随温度变化反复膨胀与收缩，在这一过程中累积的疲劳可能最终演变为结构性损伤。因此，从设计阶段起就必须充分考虑能够吸收这些变形的结构方案。”

看不见的破坏：腐蚀与时间的博弈

在此基础上，还叠加了一重风险。对输油管道而言，最大的威胁往往不是一次性显露的破坏，而是随着时间缓慢推进的“劣化（Degradation）”。所谓劣化，是指材料在反复的温度变化、化学反应和摩擦作用下逐渐变弱的过程。在沙漠环境中，细微沙粒和盐分会不断磨蚀外部防护涂层，而原油中的硫元素与水分则会加速管内壁的化学腐蚀。

尤其是在高压流动的原油中，微小杂质持续撞击并磨损管壁的“冲蚀腐蚀（Erosion Corrosion）”，会显著缩短管道寿命。这种腐蚀过程极为缓慢，表面上看似完好无损，但当某一局部管壁被削薄到无法承受内部压力的临界点时，就可能在瞬间引发大规模爆炸和泄漏事故。

用于管道检测的智能清管器（PIG）。清管器（PIG，管道检测规）是一种用于检查和维护管道内部状况的智能装置。该装置沿着管道内部移动，收集关于腐蚀、裂纹、堵塞、变形等内部状态的数据。配备传感器、有时还配备摄像头的清管器，无需停止管道运行即可及早发现异常迹象，被视为实现安全、高效管道管理的关键技术。Ocean Prime Systems 供图

用于监控这一过程的关键技术，便是“智能清管器（Smart PIG）”。这种顺着原油流动、在管道内部“旅行”的机器人，会利用磁漏探伤（MFL）或超声波传感器，以微米（μm）级精度扫描管壁厚度。

问题在于，如此精密的检测体系在战时环境下能否照常运转。能源咨询公司 Wood Mackenzie 的分析师们在近期报告中指出：“在地缘政治局势不稳定地区，维护保养体系往往会陷入瘫痪，从而使技术性风险呈指数级放大。”

总部位于挪威的全球能源认证与风险评估机构 DNV 也在2024年发布的报告中警告称：“在地缘政治风险高企的区域，定期投放此类精密检测设备并维持数据分析基础设施几乎变得不可能，这最终会以非线性方式放大不可控环境灾难的风险。”

固定基础设施的悖论：精确打击时代的结构性脆弱

输油管道本是为规避地缘政治风险而提出的替代方案，但其自身又不可避免地成为新的地缘政治打击目标，这构成了一种悖论。如果说油轮在危机情势下尚可调整航线或改变航速，属于“可变资产”，那么输油管道则因位置完全公开而沦为“静止靶标”。

在卫星影像和侦察无人机已成常态的现代战争环境中，想要隐藏绵延数千公里的钢铁线条几乎是不可能的。只要某一段上的一个泵站或关键阀门节点遭到精确打击，就足以瘫痪整个供应网络，输油管道在结构上因此格外脆弱。

正因这种结构性局限，美国智库战略与国际问题研究中心（Center for Strategic and International Studies，CSIS）在2024年中东能源安全报告中分析称：“输油管道看似隐蔽，实则暴露无遗。在无人机和导弹横飞的现代战场上，它比油轮更容易成为被攻击的固定目标。”

近来，人们开始尝试通过新技术加以补救，例如利用光纤传感器感知管道周边的微小振动，并通过人工智能实时分析压力波形的变化，以探测入侵或打击迹象等高端安防技术。然则，全球投资银行高盛集团（Goldman Sachs）指出：“这类安保技术充其量只是用来发现并阻断破坏的‘防御性手段’，却无法从根本上消除物理打击所导致的能源供应链中断这一结构性脆弱点。”