3.2.4 Транспортування природного газу морськими трубопроводами
Відомо, що біля 30 % світових запасів газу є в надрах землі, під товщею води. Розробка таких газових родовищ потребує великих трудових ресурсів і матеріальних витрат для глибоководного будівництва. Перш ніж приступити до розробки нового проекту з прокладання газопроводу, ретельно вивчають характер морського дна, а також вибирається оптимальний маршрут трубопроводу, врахо-вуючи западини і підводні рифи. Складнощів проекту додають великі морські глибини, нерівномірності океанського дна, потужні течії, низькі температури, а також невгамовні вітри, які утворюють високі хвилі. Морське дно досліджується глибоководними безпілотними апаратами. Потім за допомогою бурових установок відкривають родовища газу і ведуть експлуатаційне буріння. Після цього прокладаються багатокілометрові трубопровідні магістралі і газ з надр транспортується до місць підготовки і споживання.
Газопровід виготовляється з високоякісних сталевих труб, товщина стінок яких вибирається від 27 до 41 мм, залежно від тиску на трасі. Зовнішнє антикорозійне і бетонне покриття наносять на спеціалізованих заводах (рис. 3.26).
Рисунок 3.26 – Підготовка труб на спеціалізованому заводі
Далі труби перевозять транспортними суднами на трубоукладальне судно, де проходять перевірку на можливі пошкодження під час транспортування і зварюють попарно в двотрубні ланки довжиною 24 м (рис. 3.27).
а б
Рисунок 3.27 – Транспортування і вивантажування труб (а); зварювання у двотрубні ланки на борту трубоукладальника (б)
Відтак, двотрубні ланки подаються на основну виробничу лінію, де їх приварюють до вже укладеного трубопроводу, перевіряють якість зварювання за допомогою автоматичного ультразвукового контролю і ізолюють монтажні стики.
У міру завершення всіх робіт з нарощування трубопроводу на одну ланку, трубоукладальне судно за допомогою якорів просувається вперед на довжину ланки (24 м), а трубопровід плавно сходить на дно по напрямній рампі. У день, наприклад, за допомогою судно-трубоукладальника “Solitaire” можна прокласти близько 3 км газопроводу.
На більшій частині маршруту трубопровід лежить на поверхні морського дна. У районах виходу на берег, а також на ділянках з інтенсивним судноплавством, може знадобитися заглиблення і зворотне засипання піском та гравієм, щоб забезпечити стійкість і захист газопроводу від хвиль, течій, корабельних якорів і льодових впливів.
На рис. 3.28 показане найбільше у світі судно під назвою “Solitaire” для укладання труб морським дном.
Рисунок 3.28 – Найбільше у світі судно “Solitaire” для прокладання морського трубопроводу
3.2.5 Транспортування скрапленого природного газу морем
Взагалі гази поділяються на:
- природний газ – метан;
- гази нафтової перегонки – пропан, бутан і їх суміші;
- хімічні гази – етилен, хлорвініл, бутадієн; аміак.
Природний газ, який здебільшого використовують у побуті, електроенергетиці і як сировина, для одержання різних хімічних речовин (пластмас, добрив, барвників тощо), складається переважно з метану (СН4 – один атом вуглецю і чотири атоми водню) у чистому вигляді не отруйний, немає кольору і запаху. І навіть для того, щоб можна було виявити витік по запаху, до нього, перед подачею споживачам, додають речовини (одоранти) з різким неприємним запахом (запах гнилих яєць). Отруйними є компоненти неочищеного природного газу, особливо, сірководень. Сірководень – це сильна отрута, що викликає параліч органів дихання й серця. Тому в повітрі населених пунктів і робочих зон встановлюються гранично допустимі концентрації компонентів природного газу. І все ж, серед усіх інших видобувних видів палива, природний газ є найчистішим і ще багато років буде користуватися попитом. Збільшення об’ємів використання природного газу зі синхронним скороченням споживання мазуту і вугілля, приводить до зменшення викидів в атмосферу мільйонів тонн парникових газів і забруднюючих речовин. Проте суттєвим недоліком природного газу є його велика собівартість при транспортуванні трубопроводом на великі відстані.
Привабливим вирішенням цієї проблеми є транспортування скрапленого природного газу (СПГ) – у рідкому стані. СПГ (англ. LNG – liquefied natural gas) – природний вуглеводневий газ, який за дуже низької температури (-162 °С) і атмосферному тиску переходить у рідкий стан, зменшуючись в об’ємі майже в 600 раз. СПГ теж немає запаху і безбарвний, легший за воду, не горить і не вибухає, оскільки не містить кисень. У відкритій місцевості, при нормальній температурі, СПГ повертається в газоподібний стан і швидко розсіюється в повітрі, тому не може вибухнути. СПГ не самозапалюється. Такі властивості полегшують його зберігання і забезпечують економічне та надійне перевезення. Особливо постачальники СПГ виграють завдяки економії на морських перевезеннях. Проте, для транспортування газу у такий спосіб, необхідно мати потужний виробничо-технологічний комплекс з виробництва і постачання СПГ:
- завод по скрапленню природного газу;
- газоекспортний термінал, де СПГ заливають у спеціальні кораблі – танкери-газовози;
- газоімпортний термінал на місці призначення, де відбувається вивантаження СПГ;
- сховище СПГ і станція регазифікації для перетворення скрапленого газу в газоподібний стан.
Крім того, треба мати або орендувати кораблі. Тому транспортування СПГ морем вважається економічно обґрунтованим, якщо йдеться про великі відстані – більші 3000 км. На рис. 3.29 представлена схема постачання СПГ.
Рисунок 3.29 – Схема постачання СПГ:
1 – свердловина; 2 – природний газ; 3 – компресорна станція;
4 – установка СПГ; 5 – сховище СПГ; 6 – завантаження СПГ в танкер-газовоз; 7 – рух завантаженого танкера;
8 – вивантажування танкера-газовоза; 9 – станція регазифікації; 10 – рух порожнього танкера
Пунктом призначення завантаженого газовоза є приймальний термінал СПГ (рис. 3.30). До нього входять причал, зливна естакада, резервуари зберігання, системи випаровування, установка обробки газів, випаровування з резервуарів і вузол обліку. Резервуари за конструкцією подібні на резервуари, що є на заводах з виробництва СПГ, але тут їх більше, тому що необхідно мати запас ємностей, через нерівномірність поставок і відвантажування продукту.
Рисунок 3.30 – Загальний вигляд приймального терміналу
Для регазифікації СПГ використовують випарники прямого і непрямого підігріву. У випарниках прямого підігріву газ отримує тепло безпосередньо від гарячого теплоносія. При непрямому підігріві тепло надходить до газу через стінку, від проміжного газу або рідини, нагрітих гарячим теплоносієм. Як проміжну рідину між водою і СПГ використовують пропан, що значно знижує імовірність замерзання води в трубах теплообмінників.
На терміналах часто, як теплоносій, використовують морську воду, а в теплообмінниках типу “регазифікатор із зрошуванням” морська вода стікає вздовж вертикальних трубок, в яких СПГ циркулює під тиском, і поступово випаровується в цих трубках знизу вгору.
З метою економії енергії в процесі регазифікації, запроваджують різні способи утилізації холоду СПГ, для галузей промисловості, що споживають холод, замість того щоб просто випускати його в довкілля.
СПГ, що пройшов регазифікацію, знову стає звичайним природним газом, придатним для стандартних видів споживання. Його можна подавати трубами на електростанції, або в житлові будинки, закачувати в газові балони.
Для перевезення СПГ використовують три основні види вантажних танків: сферичний тип, мембранний тип і комбінація мембранних систем. Найпоширенішим є сферичний тип “MOSS” (рис. 3.31).
На рис 3.32 показано фотографію найбільшого у світі танкера мембранного типу “Mozah” для перевозки СПГ. Максимальна місткість танкера 266000 м3, довжина 345 м, ширина 50 м, осадка 12 м, від киля до клотика висота судна рівна висоті 20-ти поверхового будинку. СПГ перевозиться в п’яти гігантських танках мембранного типу. Танкер має власну установку СПГ, для скраплювання випаровувань в танках, що забезпечує практично повну збереженість вантажу при перевозці. Головними двигунами є два низькооборотні дизелі, що працюють на два гвинти.
а
б
Рисунок 3.31 – Сферичний танк типу “MOSS”:
а – схема танка; 1 – глушник; 2 – вихлопна труба; 3 – танки;
4 – ізоляційний шар; 5 – СПГ; 6 – компресор; 7 – силова установка; б – танк на плаву
При скрапленні газ зменшується в об’ємі в 600 разів, а при стискуванні – в 250 разів. Перевага на користь скрапленого газу – в 2,4 рази. Крім того, сучасні танкери LNG доставляють споживачам за один рейс до 80 млн м3 природного газу, а танкери CNG – до 30 млн м3. Тут перевага на користь танкерів LNG – в 2,7 разів.
Проте організація технології транспортування СПГ, крім танкерів LNG, необхідні: дорогий завод по скрапленню газу, завантажувальний і приймальний термінали спеціальної конструкції, завод регазифікації.
Технології транспортування стисненого газу потребують тільки самі танкери CNG і завантажувально-розвантажувальні термінали. Вартість танкерів CNG приблизно така ж, як і танкерів LNG, інші складові технологічного ланцюга LNG набагато дорожчі.
а
б
Рисунок 3.32 – Танкер мембранного типу “Mozah” (а);