Сжиженный природный газ. Зачем он нужен и как его производят

Сравнительный анализ транспорта газа по трубопроводам в жидком и газовоздушном состояниях

Произведен анализ характеристик использования двух видов топлива для трубопроводного транспорта – СПГ и природного газа. Сравниваются основные параметры, влияющие на экономическую эффективность транспортировки газа по трубопроводам. На основании полученных данных сделаны выводы о целесообразности использования сжиженного природного газа, как альтернативы природному при газоснабжении потребителей по газопроводам.

СПГ на мировом рынке энергоресурсов занимает лидирующие позиции, а его актуальность только растет, однако транспортировка этого вида топлива имеет свои особенности. Проблемой транспорта сжиженных природных газов по магистральным трубопроводам занимаются ученые многих стран, т.к. совокупность конкретных параметров и рекомендаций для условий, в которых магистральный трубопровод СПГ мог бы конкурировать с обычным газопроводом, достаточно широка [2].

Для расчетов и сравнения характеристик двух агрегатных состояний природного газа и СПГ рассмотрены диаметры трубопроводов в соответствии с ГОСТ10704-91 (трубы стальные электросварные прямошовные) [3]. С помощью основных параметров (скорость, диаметр трубопровода и объем) произведены вычисления пропускной способности по классическим формулам, использованы практически возможные значения скорости: для СПГ , а для природного газа . Как известно, объем сжиженного газа превышает объем природного в 600 раз, что значительно увеличивает показатели расхода СПГ за одинаковые промежутки времени. Сравнительный анализ пропускной способности в зависимости от диаметра трубопровода приведен на рисунке 1, где существует возможность наглядно оценить расход двух агрегатных состояний топлива в зависимости от диаметра трубопровода с учетом основных технических параметров.

Рисунок 1 − Сравнительный анализ расхода LNG и NG

Действительно, расход СПГ превышает значение пропускной способности природного газа, что представляет целесообразность дальнейшего сравнительного анализа и подбора оптимальных значений для магистрального трубопроводного транспорта этого вида энергоресурса. В качестве примера рассмотрены диапазоны диаметров для перекачки СПГ а для природного газа благодаря чему металлоемкость трубопроводов для сжиженного газа значительно уменьшается. Однако чтобы обеспечить высокий уровень безопасности и надежности, который в свою очередь зависит от рабочей температуры СПГ, возникновения и распространения трещин в трубе, температурных деформаций, необходима теплоизоляция, например ППУ (пенополиуретановая) [6]. Стоимость такого вида материала существенно дороже, чем противокоррозионой изоляции, которой достаточно для труб с природным газом.

На основании термодинамических показателей (температура, давление, коэффициент сжимаемости) рассчитаны значения скорости для двух видов топлива [1, 4, 5]. Диапазоны для СПГ для природного газа в соответствии с заданными диаметрами. Исходя из расчетных данных скоростей значения максимальной, минимальной и средней пропускных способностей газопровода с природным и сжиженным газами приведены на рисунках 2, 3 соответственно.

Рисунок 2 – Границы возможных значений пропускной способности для природного газа

Рисунок 3 – Границы возможных значений пропускной способности для СПГ

Очевидно, что расход для сжиженного газа при одном и том же значении диаметра во много раз превосходит расход природного газа, а с увеличением диаметра он возрастает квадратично. Исходя из полученных значений, были взяты оптимальные, т.е. максимально возможные значения диаметров из рассматриваемого диапазона (т.к. возникла бы нецелесообразность расчета) для двух видов топлива. На основании этих показателей приведен сравнительный анализ по следующим параметрам – максимальный расход, тоннаж, удельная теплота сгорания с учетом потерь на сжижение (рисунок 4).

Рисунок 4 – Сравнительный анализ показателей СПГ и природного газа

Как известно, удельная теплота сгорания сжиженного газа значительно больше, чем у природного, но с учетом того, что 25% энергии от всего количества СПГ требуется на сжижение, эти показатели близки по своим значениям. Кроме того, минимально и максимально возможная масса труб для СПГ, зависящая от толщины стенки, в 4 −4,5 раза превышает значения массы для транспорта природного газа. Это значит, что при перекачке на большие расстояния возникает рациональность использования СПГ.

Кроме того, падение давления на расчетной длине газопровода является важной характеристикой при выборе наиболее выгодных условий перекачки газа. Так на участке трубопровода 26 км при пропускной способности потери давления по длине составляют для природного газа, для СПГ. Разница между показателями существенна, т.к. рассматриваемые два вида топлива находятся в разных агрегатных состояниях и имеют различную плотность.

С каждым годом актуальность сжиженного природного газа возрастает и активно развивается не только за рубежом, но и в России. Строятся и увеличивают свою производительность заводы СПГ, кроме того, только в Ленинградской области уже существует 4 мини-завода по производству сжиженного природного газа, откуда топливо доставляется к потребителю с помощью газовозов. Однако, по произведенным расчетам, трубопроводный транспорт СПГ даже на небольшие расстояния (25-30 км) может стать экономически эффективным, не смотря на затраты при проектировании и строительстве таких газопроводов.

1. Дерцакян А.К. Справочник по проектированию магистральных трубопроводов / А.К. Дерцакян, М.Н. Шпотаковский, В.Г. Волков – Л.: «Недра», 1977. – 519 с.
2. Рачевский Б.С. Сжиженные углеводородные газы. / Б.С. Рачевский – М.: «НЕФТЬ и ГАЗ», 2009. – 640 с.
3. ГОСТ10704-91 «Трубы стальные электросварные прямошовные». Режим доступа: http://docs.cntd.ru/document/1200001409 (4.09.2016)
4. ГОСТ Р 8.662-2009 ГСИ. «Газ природный. Термодинамические свойства газовой фазы». Режим доступа: http://docs.cntd.ru/document/gost-r-8-662-2009-gsi (17.09.2016 г)
5. Проект ГОСТ «СЖИЖЕННЫЙ ПРИРОДНЫЙ ГАЗ. Метод расчета термодинамическихсвойств». Режим доступа: http://www.tk52.ru/fileadmin/f/standards/2015/Proekt_GOST_R_SPG_Termodin_svoistva.pdf (25.09.2016 г)
6. СП 61.13330.2012 «Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов». Режим доступа: http://docs.cntd.ru/document/1200091050 (11.10.2016 г)
7. Проект ГОСТ «СЖИЖЕННЫЙ ПРИРОДНЫЙ ГАЗ. Общая характеристика». Режим доступа: http://www.tk52.ru/fileadmin/f/standards/2015/Proekt_GOST_R_EN_1160_SPG_Obshchaja_kharakteristika_1_. (13.10.2016 г)
8. СП 36.13330.2012 «Магистральные трубопроводы». Режим доступа: http://docs.cntd.ru/document/1200103173 (14.10.2016)

Статья «Сравнительный анализ транспорта газа по трубопроводам в жидком и газовоздушном состояниях» опубликована в журнале «Neftegaz.RU» (№10, 2017)

Воронов Владимир Александрович
доцент кафедры транспорта и хранения нефти и газа, Санкт-Петербургский горный университет

Мартыненко Яна Владимировна
кафедра транспорта и хранения нефти и газа Санкт-Петербургский горный университет

Сжиженный природный газ. Зачем он нужен и как его производят

Природный газ необходим многим людям для нормальной жизни. Он широко применяется в многоквартирных и частных домах для отопления, приготовления пищи и подогрева воды, используется как топливо для котельных и ТЭЦ. Чаще всего его доставляют до потребителей напрямую по трубам, однако проложить коммуникации можно далеко не везде. А что, если газ сделать жидким? Да, это достаточно сложно, но объем при этом уменьшится в 600 раз, и тогда его можно будет отправить даже в отдаленные от месторождений и хранилищ районы. Как происходит это самое сжижение и каким образом вещество перевозят — в нашем материале.

Природный газ в своем естественном агрегатном состоянии занимает огромные объемы и чаще всего хранится под землей в горных породах, а затем уже оттуда напрямую по трубам доставляется до потребителя. Однако есть районы, куда невозможно протянуть коммуникации. И единственный способ доставить туда газовое топливо — сделать его жидким.

При сжижении природный газ охлаждают до -160 градусов по Цельсию, в результате его объем уменьшается в 600 раз. В таком виде, поддерживая нужное давление и температуру, его можно транспортировать в любую точку, а уже там регазифицировать и использовать по назначению.

Стоит отметить, что сжиженный газ — это вещество без цвета и запаха. По большей части в его составе присутствует метан. Он нетоксичен и негорюч, на открытом пространстве при нормальной температуре СПГ возвращается в газообразное состояние. Как только газ смешивается с воздухом, он становится взрывоопасным и при концентрации от 4,4% до 17% может воспламениться.

• Сжиженный природный газ нужен для отопления коммунальных и промышленных помещений, которые находятся далеко от магистрального газопровода. Для этого после транспортировки его возвращают в газообразное состояние на специальных установках, а затем отправляют потребителям.

• Почти все виды транспорта работают на газовом топливе: автомобили, корабли и поезда. Его также используют на производстве для станков и других механизмов.

• СПГ необходим для покрытия нагрузок магистралей в пиковый период, например, зимой, когда потребление увеличивается.

Процесс производства сжиженного природного газа очень дорогой. Как минимум, необходимо построить специальный завод. При этом в процессе сжижения теряются до 25% первоначального объема: то есть, на каждые 3 тонны СПГ вам придется израсходовать 1 тонну вещества. Однако природный газ очень востребован на мировом рынке, поэтому все окупается.

Как же происходит само сжижение? Для начала газовую смесь подготавливают: удаляют ненужные примеси, в том числе воду, гелий, водород, азот и т. д. Обычно для этого используют так называемые «молекулярные сита» — однородные кристаллические песчинки, способные впитывать влагу.

На втором этапе подготовки из смеси убирают тяжелые углеводороды, на выходе объем примесей составляет не более 5%. После этого газ начинают охлаждать.

Сам процесс сжижения происходит ступенчато. На каждом этапе газ сжимается в 5–12 раз, потом охлаждается и отправляется на следующую ступень. Непосредственно переход из газообразного состояния в жидкое происходит после последней стадии сжатия. Важно добавить, что сжиженный газ хранится только при определенном давлении и температуре в специальных криоцистернах.

Транспортировка также происходит с соблюдением этих условий на специальных морских суднах (газовозах) или специальных автомобилях. По прибытию на место сжиженный газ перекачивается в хранилище на суше или в плавучие установки.

Если речь идет об использовании СПГ в отопительной системе, то после транспортировки вещество подвергается процедуре регазификации: с помощью специального оборудования его нагревают, от чего жидкость испаряется, превращаясь обратно в газ. После его подают в газораспределительную систему, а затем по трубам доставляют конечному потребителю.

В последнее время считается, что транспортировать сжиженный газ гораздо экономичнее, чем прокладывать магистрали на расстояния в тысячи километров.

Россия входит в десятку мировых экспортеров сжиженного природного газа. В 2021 г. сжиженный газ поставлялся в 22 страны, основные покупатели — Япония, Китай и Франция. В нашей стране есть два оператора — это проект Сахалин-2 и Ямал СПГ. Их суммарный доход за прошлый год составил более $7,3 млрд.

Сахалин-2 (Газпром)

Нефтегазовый проект, реализуемый на острове Сахалин. Его оператор — Сахалин Энерджи, где 50% + 1 акция принадлежат Газпрому, 27,5% – 1 акция — Shell, 12,5% — Mitsui и 10% — Mitsubishi. Проект включает три нефтегазодобывающие морские платформы, порт «Пригородное», терминал отгрузки нефти, а также первый в России завод по производству СПГ с проектной мощностью 9,6 млн тонн в год.

Сам завод был запущен 18 февраля 2009 г. на юге Сахалина. Включает в себя две технологические линии, на которых осуществляется подготовка и сжижение газа по технологии, специально разработанной концерном Royal Dutch Shell для максимально эффективного производства в условиях холодных сахалинских зим.

При этом вся инфраструктура расположена в зоне повышенной сейсмической активности — там часто происходят землетрясения. Поэтому во все объекты, в том числе и в завод СПГ, заложен запас прочности, чтобы конструкция могла выдержать нагрузки без повреждения и отказов оборудования.

Ямал СПГ (НОВАТЭК)

Проект Ямал СПГ включает в себя завод по сжижению природного газа, аэропорт, а также морской порт, построенный специально для доставки газа в страны Азиатско-Тихоокеанского региона. Контрольный пакет акций 50,1% принадлежит НОВАТЭКу, 20% — концерну Total, 20% — CNPC и 9,9% — китайскому Фонду шелкового пути. Вероятные запасы месторождения в этом регионе составляют 926 млрд куб газа.

В ноябре 2017 г. началось производство СПГ. Правда, первую партию не продали, а использовали там же для технологических целей. Спустя месяц заработала первая линия завода, произведенная партия сжиженного газа отправилась в Великобританию.

Весной 2018 г. НОВАТЭК запатентовал собственную уникальную технологию сжижения — «Арктический каскад». Суть заключается в том, чтобы использовать суровые климатические условия Заполярья в производстве СПГ: холодный воздух участвует в процессе сжижения. Ее используют на четвертой производственной линии, запущенной в мае 2021 г. Также Ямал СПГ получил одобрение экспертизы о том, что с 1 по 3 очереди могут работать на 120% от проектной мощности — за счет этого производительность завода значительно увеличилась.

Мировой рынок сжиженного природного газа в 2021 г. вырос до 392 млн тонн, после падения в 2020 г. из-за пандемии, пишет Интерфакс. При этом Австралия стала крупнейшим экспортером СПГ (80 млн тонн), на второе место опустился Катар (почти 78 млн тонн), на третьем — США (70 млн тонн). Тройка лидеров поставила около 60% от общего объема сжиженного газа в 2021 г. Россия также входит в десятку с показателем 3 млн тонн.

Крупнейшей страной-импортером стал Китай, сменив Японию. Третьим по величине импортером оказалась Южная Корея. При этом Европа остается масштабным регионом по импорту СПГ, однако по итогам 2021 г. поставки сокращены на 6%.

Импорт в азиатские страны увеличился за счет постпандемийного восстановления и большого объема закупок со стороны китайских потребителей.

Важная деталь — цена на сжиженный природный газ разная в разных регионах планеты, иногда она отличается кратно. Все зависит от размера ценовой премии, то есть добавленной части стоимости, которую потребители готовы переплатить за то, чтобы купить именно этот товар. Она формируется из совокупности нескольких факторов, в их числе логистические затраты, объем, близость к источнику и т. д.

• Первые попытки сжижать газ в промышленных целях предпринимались еще в начале XX века. В 1917 г. в США получен первый СПГ, однако несколько десятилетий технологию не использовали. Промышленных масштабов производство сжиженного природного газа достигло лишь в 1960-х гг.

• СПГ используется как основной вид топлива и на грузовых, и на пассажирских судах. В апреле 2015 г. на воду был спущен Isla Bella — первый грузовой контейнеровоз, работающий на сжиженном газе. В августе 2018 г. начал свою работу первый пассажирский круизный лайнер на СПГ AIDAnova.

• Резервуары под сжиженный природный газ на Ямал СПГ раскрашены как огромные банки сгущенки . «Разве сжиженный природный газ не является сгущенной смесью?» — сказала дизайнер проекта Таисия Спирина.

• В ноябре 2021 г. в Африке у берегов Мозамбика спущен на воду плавучий завод по производству СПГ. Он должен заработать уже в этом году.

• Газгольдеры — это специальные контейнеры для хранения сжиженного газа. Их используют как в личных, так и в промышленных целях. Однако даже после отработки им находят применение. Например, в Санкт-Петербурге с 2017 г. работает планетарий с самым большим куполом в мире (37 м), он расположен в бывшем газгольдере.

• Творческое объединение Газгольдер, который сейчас возглавляет российский рэпер Баста, получило свое название из-за расположения — штаб-квартира находится в здании ранее заброшенного газового московского завода Арма, построенного в XIX в.

Больше полезной информации для инвесторов вы найдете на BCS Express.

Какой газ в квартире — природный или сжиженный?

Какой газ используется в квартирах – природный или сжиженный? В кухонные плиты и системы для отопления помещений подается ископаемое топливо, что добывается из недр земли. Естественно, прежде чем оказаться в трубах, которые ведут к нашим домам, газ предварительное перерабатывается, в него добавляются вещества, которые позволяют сделать его состав оптимальным для применения в бытовых целях. Давайте же выясним, какой газ в квартире?

Состав

Какой газ в квартирах — пропан или метан? На самом деле горючее, что подается в дома, представляет собой смесь не только этих веществ, но и целой массы дополнительных субстанций. В действительности, его основу составляет метан. Содержание этого вещества в природном топливе может составлять от 70 до 98%.

И отвечая на вопрос, какой газ в квартире, можно сказать, что помимо метана в его состав входят следующие вещества:

• пропан;
• бутан;
• сероводород;
• углекислый газ;
• пары воды.

Чтобы обезопасить такое топливо и сделать его более качественным, оптимальным для применения в бытовых целях, поставщики подвергают природное ископаемое очистке, убирают из него лишние примеси и только после этого продают потребителям.

Какое давление газа в квартире

Прежде чем природное ископаемое топливо загорается на кухонных плитах в наших домах, оно преодолевает десятки и сотни тысяч километров по магистральным газопроводам. Давление в таких газотранспортных артериях чрезвычайно высокое и может достигать показателя порядка 11,8 МПа.

Очевидно, что указанный показатель давления абсолютно не соответствует требованиям безопасности для бытового потребления. Поэтому топливо предварительно подается на газораспределительные станции. Здесь его давление снижают до 1,2 МПа. Кроме того, на таких станциях происходит очистка топлива.

Почему газ в квартирах обладает запахом

Какой газ поступает в квартиры? Каждый человек знает еще из школьной программы, что природное топливо не имеет цвета и запаха. Характерный аромат ему придают на все тех же газораспределительных станциях. В такое горючее добавляют так называемые одоранты – специфические вещества, которые распознаются человеческим обонянием и, соответственно, способствуют предупреждению опасной для жизни утечки газа в помещении. Они обладают довольно неприятным запахом. Последний напоминает нам дух, что исходит от гниющей капусты либо прелого сена.

Часто используемыми в данных целях одорантами являются такие вещества, как этантиол и этилмеркаптан. Эти субстанции представлены в виде пахучих жидкостей. При переработке природного газа, они распыляются в его структуру, что позволяет придать топливу характерный аромат.

Токсичен ли природный газ

Вот мы и выяснили, какой газ подается в квартиры. Теперь давайте рассмотрим, может ли такое топливо нанести вред здоровью.

Вопреки распространенным заблуждениям, газ, что подается в наши дома, абсолютно нетоксичен. Поэтому отравиться при его вдыхании чрезвычайно сложно. Впрочем, везде имеются исключения. Известны многочисленные случаи, когда потребители погибали в загазованных помещениях. Однако летальный исход в таких ситуациях наступал не от интоксикации, а от удушья. Дело в том, что молекулы углекислого газа, небольшой процент которого присутствует в составе природного топлива, способны вытеснять из пространства молекулы кислорода. Таким образом, дыхание становится затрудненным, а при полном заполнении помещения газом – и вовсе невозможным.

Взрывоопасность природного газа

Какой газ в квартире – взрывоопасный или нет? Концентрация горючего для возникновения эффекта его возгорания является крайне тонкой величиной. Зависит вероятность взрыва от состава газа, уровня давления, температуры окружающей среды.

Наступить опасная ситуация может лишь в случае, если концентрация природного топлива в помещении достигнет показателя в 15% по отношению к общей воздушной массе.

Самостоятельно определить процент газа в пространстве без применения специализированного измерительного оборудования невозможно. Поэтому, ощутив характерный аромат, необходимо перекрыть подачу топлива к бытовым приборам. Также крайне важно обесточить устройства, в работе которых используются электрические импульсы. Касается это не только бытовой техники, но также приборов, которые функционируют от аккумуляторов, батареек. Как показывает практика, при концентрации газа в помещении на уровне 15% от общего количества воздуха, его возгорание может наступить даже от работы мобильного телефона либо ноутбука.

При появлении запаха газа, необходимо незамедлительно открыть все двери и окна в помещении. Проветривание жилья позволит снизить вероятность возникновения взрыва до приезда аварийной службы.

Как обезопасить себя при эксплуатации газовых приборов

Чтобы природное топливо приносило лишь пользу, нужно следовать общеустановленным правилам использования газовых приборов:

1. Рекомендуется ежегодно вызывать специалистов для проверки тяги в помещениях.
2. Не стоит полностью изолировать вентиляционные решетки, а также окна и двери зимой.
3. Перед отъездом из дома на длительное время, следует перекрывать все газовые краны и вентили, а также отключать электрические устройства.
4. Нельзя оставлять функционирующие газовые приборы без присмотра.
5. Ощутив запах газа, следует избегать включения света и использования открытого огня.

О чем свидетельствует тот или иной цвет огня в конфорке

Оттенок пламени в газовой конфорке может рассказать об особенностях сгорания природного топлива. Если огонь имеет насыщенный голубой цвет однородной структуры, значит, газ полностью сгорает. При этом в пространство выделяется максимально возможное количество тепла.

А что происходит в случаях, когда пламя в конфорке приобретает красноватый либо яркий желтый оттенок? Если газ при горении имеет любой другой цвет, отличный от голубого, это может свидетельствовать о том, что к горелке поступает ограниченное количество воздуха, либо газ обладает низким качеством. В таком случае ископаемое топливо недостаточно эффективно осуществляет подогрев. Чтобы устранить указанный недостаток, достаточно вызвать квалифицированного специалиста, обратившись в газовое хозяйство.

Как видно, цвет газа при горении способен дать полезную информацию. Желтоватый либо красноватый оттенок топлива при воспламенении подсказывает о подаче в дом газа низкой плотности. И так как обогревательные котлы, рассчитаны на потребление топлива определенного качества, то при снижении плотности газа оборудование будет нуждаться в большем количестве вещества для создания комфортной температуры.

Фактически, желтые либо красные язычки огня на воспламенителе говорят о том, что приборами израсходуется больше горючего. Виновниками такого упущения могут стать управляющие компании. Некоторые из них намеренно снижают содержание в газе углекислоты и углеводорода. Поэтому при изменении цвета пламени на газовой конфорке, пользователи имеют право обращаться к поставщику за разъяснениями.

В заключение

Вот мы и разобрались, какой газ в квартире, и ответили на целый ряд других вопросов. Напоследок стоит отметить, что использование качественного природного топлива является крайне важным моментом, что отражается на стабильной работе и эффективности функционирования оборудования. К сожалению, потребители не имеют возможности самостоятельно определить, насколько качественное горючее подается в дом. Поэтому важно периодически привлекать специалистов для проверки газового оборудования.

Источник https://magazine.neftegaz.ru/articles/transportirovka/548419-sravnitelnyy-analiz-transporta-gaza-po-truboprovodam-v-zhidkom-i-gazovozdushnom-sostoyaniyakh/

Источник https://vc.ru/bcs/407052-szhizhennyy-prirodnyy-gaz-zachem-on-nuzhen-i-kak-ego-proizvodyat

Источник https://fb.ru/article/281805/kakoy-gaz-v-kvartire—prirodnyiy-ili-sjijennyiy