Сжиженный природный газ

Общие вопросы

Природный газ (метан) при глубоком охлаждении относясь к криогенной жидкости, является чистым топливом (чистой энергией). Поступая потребителю, он не содержит тяжелых металлов, серы и других вредных примесей, освобождающихся после сгорания.

Сжиженный метан является универсальным продуктом, и в зависимости от состояния, универсальной транспортной единицей. Универсальность, с одной стороны, заключается в том, что он может применяться при производстве тепла, электроэнергии, технических процессах, а с другой - в сжиженном состоянии его целесообразно использовать как топливо в бытовых условиях и как аварийное и резервное топливо. Промежуточной температурой для передачи газа является –30 °С, –70 °С и –120 °С. В тоже время состояние природного газа зависит и от давления. Кроме того, сжиженный природный газ (СПГ) считается чистым горючим для автомобилей, локомотивов, летательных аппаратов, речных и морских судов, сельхозтехники и может транспортироваться всеми этими видами транспорта. Поэтому все развитие страны стремятся уже с начала XXI века иметь в качестве топлива, главным образом, природный газ, а в последние годы - использовать его в сжиженном состоянии. Поэтому на Ямале и Сахалине строятся заводы получения СПГ, проектируется завод в Мурманской области. В Ленинградской и Екатеринбургской областях построено несколько мини СПГ-установок. При этом стремятся использовать невостребованный холод ГРС, ГРП или ГРУ получаемый при дросселировании газа по закону Джоуля–Томсона.

Перепад температур перекачиваемого по трубопроводу СПГ находится, в криогенной области (–100 °С и ниже), t_{кипения} = –161,5 °C, критическая температура t_кр= –81,5 °C, абсолютное критическое давление Р_кр = 4,58 МПа. Наиболее приемлемыми параметрами, с учетом благоприятных условий для эксплуатации трубной стали, СПГ-провода большого диаметра являются: температура рабочего продукта t_p = –120 °C, максимальное рабочее давление P_p = 5,5 МПА. При определении перепада температур для того или иного СПГ-провода следует руководствоваться промежуточными данными по температуре СПГ, в зависимости от давления, которое можно определить по графику (рис. 17.1).

Сжиженный газ транспортируется по трубопроводам и в емкостях. Большие количества сжиженного газа с нефтеперерабатывающих за­водов можно подавать по трубопроводам, которые устроены аналогич­но нефтепроводам. Перекачивается сжиженный газ насосами.

Широкое распространение получил транспорт сжиженных газов в железнодорожных и автомобильных цистернах и в баллонах. Отличие таких цистерн от обычных, предназначенных для перевозки нефтепро­дуктов, в их значительно большей прочности, необходимой для выдер­живания давления паров легкокипящих углеводородов при максималь­ной температуре окружающего воздуха.

Чем больше содержится в смеси легкокипящих компонентов (этана, пропана), тем более высокое давление следует поддерживать в емко­сти, чтобы смесь находилась в жидком состоянии. С увеличением содер­жания бутана требуемое давление падает.

Сжиженные углеводороды в емкости находятся в насыщенном со­стоянии, поэтому давление в ней зависит от состава сжиженного газа и температуры. Учитывая это, при низких температурах наружного воз­духа (зимой) нужно увеличивать содержание в смеси летучих компо­нентов, а летом во избежание излишнего давления в цистернах и бал­лонах содержание летучих компонентов уменьшать. В соответствии с из­ложенными соображениями заводы вырабатывают два сорта сжижен­ного газа – зимний и летний. Зимний сорт представляет собой техни­ческий пропан (с содержанием пропана до 97%), а летний – техниче­ский бутан (содержащий 94–95% бутана) или смесь бутана с про­паном.

Учитывая возможные колебания наружной температуры, железно­дорожные цистерны рассчитывают на рабочее давление: при транспорте пропана – на 20 ат, при транспорте бутана – на 8 ат. Железнодорож­ные цистерны выпускают емкостью 51–60 м³. Они оборудованы устрой­ствами для налива и слива жидкости, предохранительными клапанами, и приспособлениями для измерения количества жидкости. Арматуру устанавливают на крышке люка и закрывают колпаком. Для внутрен­него осмотра цистерны предусмотрены лазы. В целях предохранения, цистерны от действия солнечных лучей она защищена стальным кожу­хом, который окрашен светлой краской.

Автоцистерны применяют для внутригородского и загородного транспорта сжиженного газа при радиусе перевозок, не превышающем 100 км.

Отдельным потребителям сжиженный газ транспортируют в спе­циальных баллонах, которые перевозят в приспособленных для этой цели грузовых автомашинах.

Сжиженный газ имеет весьма значительный коэффициент объем­ного расширения.

Поэтому наполнять жидкостью весь объем емкости нельзя. В против­ном случае, при повышении температуры резервуар будет разорван. Во избежание этого над жидкостью нужно иметь паровую подушку. Обыч­но емкость заполняют на 80–90%. Степень заполнения емкости лими­тируется в зависимости от плотности сжиженного газа и района его применения.

Хранение сжиженного газа, наполнение емкостей, розлив газа в баллоны и автоцистерны, а также осмотр и испытание баллонов осу­ществляются на газораздаточной станции. Газораздаточная станция яв­ляется центром, снабжающим потребителей сжиженным газом. Она представляет собой комплекс сооружений, включающих: емкости для хранения газа, насосно-компрессорное отделение для заполнения и опорожнения емкостей, установки для заполнения баллонов и автоци­стерн и ряд других сооружений.

Транспорт охлажденного природного газа также возможен с умеренно низкими температурами (0 °С –10 °С), средними значениями отрицательной температуры (–10 °С –30 °С) и низкими значениями отрицательной температуры (–30 °С –70 °С). Технология эксплуатации и конструкция газопровода с умеренно низкими температурами (в отличие от СПГ-проводов) мало отличается от обычных газопроводов.

Рис. 17.1. Состояние природного газа в зависимости от

температуры давления

Из газа при средних значениях отрицательных температур начинается выпадение первых капель СПГ и лопасти перекачивающих газ агрегатов быстро выходят из строя. Поэтому применение низкотемпературных газопроводов целесообразно, не доводя до сжижения, а использовать их как промежуточные на участках в технологических системах сжижение – регазификация СПГ. В отдельных случаях газопроводы с умеренно низкими температурами могут найти применение и в качестве самостоятельных трубопроводов. Следовательно, низкотемпературные трубопроводы с точки зрения вида теплоизоляции и ее конструкции, конструкции компенсационных устройств, наличия переходов на тяжелых участках трассы, требуют выбора оптимальных решений и знания их прочности и надежности. В свою очередь эти показатели определяются воздействиями на систему трубопровода, и в первую очередь температурой и ее перепадом на каждом участке и в каждый-момент времени, в особенности при запуске трубопровода СПГ или всей системы в работу. Но передача СПГ в хранилище или по СПГ-проводу потребителю требует его получения на установках и заводах различной мощности.