Запасы природного газа в мире огромны, но большая часть месторождений находится в труднодоступных местах, удаленных от промышленных районов. Это полбеды - трубопровод на суше или по дну морскому проложить можно. А для транспортировки через океан газ переводят в жидкое состояние. При этом объем уменьшается почти в шестьсот раз, что позволяет использовать для транспортировки газа не только трубопроводы, но и танкеры СПГ специальной конструкции.
Танкеры для перевозки сжиженных газов
СПГ - природный газ, охлажденный до температуры -162° C, при которой он переходит из газообразного в жидкое состояние.
Большая часть мирового экспорта сжиженного газа осуществляется на межконтинентальном рынке танкерами двух типов, обозначаемых аббревиатурами СНГ - сжиженный нефтяной газ и СПГ - сжиженный природный газ. Специализированные суда отличаются конструкцией резервуаров и предназначены для разных грузов: танкеры СНГ перевозят сжиженные пропан, бутан, пропилен и другие углеводородные газы, танкеры СПГ - метан. Иногда эти танкеры называют метановозами. На фото ниже изображение танкера в разрезе.
Компоновка танкера для перевозки СПГ
Основными составляющими конструкции танкера для перевозки сжиженных газов являются силовые и насосные установки, двойной корпус для дополнительной прочности, носовые двигатели, резервуары для сжиженного газа и мощные холодильные установки для поддержания низкой температуры газа.
Как правило, в корпусе судна размещаются от четырех до шести изолированных танков, расположенных вдоль осевой линии судна. Окружение резервуаров представляет собой комбинацию балластных цистерн, коффердамов - специальных отсеков для исключения утечек газа из танков и пустот. Такое размещение придает танкеру-газовозу СПГ конструкцию типа двойного корпуса.
Сжиженные газы перевозят в резервуарах под давлением, которое выше атмосферного, или при температуре, существенно ниже температуры окружающей среды. В конструкции некоторых резервуаров используются оба метода.
Танкеры укомплектованы резервуарами под давлением 17,5 кг/см 2 . Газ перевозится в цилиндрических или сферических стальных резервуарах с соответствующей температурой хранения. Все танкеры строятся с двойным дном.
Танкеры-газовозы обеспечиваются мощными двигателями и отличаются быстроходностью. Область их рационального применения — это дальние, преимущественно трансконтинентальные, рейсы, протяженностью более 3000 морских миль. Учитывая активное испарение метана, судно должно преодолевать это расстояние на высоких скоростях.
Особенности конструкции резервуаров
Для безопасной транспортировки сжиженного природного газа требуется поддерживать в танках температуру ниже -162 о С и высокое давление. Танкеры комплектуют мембранными резервуарами с высоковакуумной многослойной изоляцией. Мембранные резервуары состоят из первичного барьерного металлического слоя, изоляционного слоя, жидко-защитного слоя и второго изоляционного. Конструкция резервуаров и толщина металлического корпуса танков зависит от расчетного эксплуатационного давления, температуры и водоизмещения танкера. Под давлением морской воды стенки танка, являясь частью судна, испытывают те же нагрузки, что и корпус корабля.
Сжиженные нефтяные газы также транспортируются в сферических металлических, хорошо изолированных во избежание утечки резервуарах под высоким давлением.
Код IGC определяет три типа независимых резервуаров, используемых для транспортировки газа: А, В и С. Танкеры СПГ комплектуются резервуарами категории В или С, емкости танкеров СНГ соответствуют категории А.
Операции по загрузке и разгрузке танкеров
Наиболее опасными являются операции по загрузке и разгрузке танкеров. Сжиженный природный газ - криогенное вещество, основной компонент которого метан. При попадании в неподготовленный должным образом грузовой отсек с несоблюдением температурного режима смесь метана с воздухом становится взрывоопасной.
Процедуры загрузки танкера строго регламентированы. Грузовой танк сушат инертным газом определенной температуры для предотвращения конденсации влажного воздуха внутри резервуара.
После просушки танков продувают трюм для удаления остатков инертного газа, после чего в трюм подается сухой нагретый воздух под давлением.
Непосредственно закачке сжиженного газа предшествует заполнение резервуара инертным газом для удаления воздуха и охлаждения танков. Изоляционное пространство мембранных танков продувается жидким азотом. Погрузку начинают, когда система подачи газа и танк будут охлаждены до температуры, близкой к температуре СПГ.
В порту назначения сжиженный природный газ передается в береговой резервуар с помощью погружного грузового насоса, установленного на дне каждого грузового танка. При выгрузке также соблюдаются требования по температурному и влажному режиму всех линий во избежание образования взрывоопасной смеси метана с воздухом.
Экологическая безопасность
Жесткие стандарты безопасности установлены Международным Кодексом постройки и оборудования судов, перевозящих сжиженные газы наливом (Кодекс IGC). Международные правила охватывают практически все аспекты безопасности этих судов, а также стандарты подготовки экипажа.
Рекорд безопасности перевозки сжиженного природного газа на судах имеет историю, которой можно позавидовать. С 1959 года, когда началась коммерческая транспортировка СПГ, на борту ни разу не произошло ни одной смерти, связанной с сжиженным природным газом. В мире произошло восемь морских инцидентов, связанных с аварийным разливом сжиженного природного газа.
В июне 1979 года в Гибралтарском проливе танкер "Эль-Пасо Кайзер" врезался в скалы на скорости 19 узлов с грузом 99 500 м 3 . Судно получило тяжелые повреждения днища по всей длине грузовых помещений, однако мембранные резервуары не пострадали, и сжиженный природный газ не был разлит.
Навигация танкеров через проливы
Проливы - самое опасное место для навигации, поэтому для строительства терминалов по производству и приему сжиженного газа выбирают места на окраинах континентов, избегая сложных транспортных путей и захода танкеров во внутренние моря.
В свое время Украина заявила о намерении построить терминал для приема сжиженного природного газа в Одесской области с целью диверсификации источников поставок газа в страну. На это немедленно отреагировала Анкара.
Постоянный транзит сжиженного природного газа опасных грузов через Дарданеллы и Босфор на танкерах СПГ может нанести серьезный экологический ущерб. Эти проливы входят в топ самых опасных в мире: Босфор - на третьем, Дарданеллы - на пятом месте. В случае крупной аварии последствия для акватории Мраморного моря и густонаселенного Стамбула могут оказаться катастрофическими.
Международный рынок СПГ
Флот специализированных судов связывает предприятия по производству и регазификации СПГ во всем мире для создания безопасной, надежной и эффективной сети транспортировки сжиженного природного газа. Суда-метановозы оснащены современной технологией обнаружения утечек, системами аварийного отключения, передовыми радиолокационными и системами позиционирования, и другими технологиями, предназначенными для обеспечения безопасной и надежной транспортировки газа.
Сжиженный газ в настоящее время составляет более 35 % международной торговли природным газом, при этом спрос на него постоянно растет.
Немного статистики
На сегодняшний день индустрия сжиженного природного газа во всем мире включает:
- 25 терминалов по производству СПГ и 89 заводов по сжижению газа работают в 18 странах на пяти континентах. Катар является мировым лидером по производству сжиженного газа, опережая Индонезию, Малайзию, Австралию и Тринидад и Тобаго.
- 93 терминала приема и регазификационные установки в 26 странах на четырех континентах. Япония, Корея и Испания являются ведущими импортерами сжиженного газа.
- В настоящее время по всему миру эксплуатируется около 550 танкеров для транспортировки сжиженного природного газа.
Лидер строительства танкеров СПГ
Исторически около двух третей мирового флота танкеров-метановозов было построено южнокорейцами, 22 % - японцами, 7 % - китайцами, а остальные - Францией, Испанией и США. Успех Южной Кореи связан с инновациями и ценой. Южнокорейские строители построили первые танкеры-метановозы ледокольного класса. Они же построили самые большие танкеры СПГ класса Q-Flex и Q-Max дедвейтом 210 000 и 260 000 кубических метров для Катарской газотранспортной компании "Накилат". Отличительной особенностью судов класса Q является размещение завода по сжижению природного газа непосредственно на борту судна-гиганта. Длина корабля составляет 345 метров, ширина 53.8 метров.
Проект "Ямал СПГ"
29 сентября 2014 года состоялась торжественная церемония закладки танкера, заказанного российской судоходной компанией "Современный коммерческий флот" , специализирующейся на транспортировке энергоносителей, для перевозки сжиженного природного газа по проекту "Ямал СПГ". Это уникальные суда ледового класса Arc7 с максимально возможными для подхода к порту Сабетта на полуострове Ямал габаритами.
Предназначенные для транспортировки газа Южно-Тамбейского месторождения из Заполярья в Европу и Азию и навигации в суровых климатических условиях Заполярья, танкеры СПГ "Ямал" по конструкции являются судами двойного действия: носовая часть для плавания в открытой воде, а корма - для навигации в сложной ледовой обстановке.
В настоящее время построено пять таких судов. Головное судно Christophe de Margerie. Принадлежит компании "Совкомфлот".
В первом же коммерческом рейсе танкер СПГ из России установил исторический рекорд: впервые за историю судоходства торговое судно прошло по Северному морскому пути без сопровождения ледокола.
Супертанкеры
газовозы перевозят сжиженный природный газ эквивалентный энергии 55 атомных бомб. Жидкость из этих становится средством для приготовления пищи и отопления вашего дома, однако создание морских перевозок газа была крайне сложным делом, хотя эти суда обязаны своим существованием нескольким удивительным идеям. Рассмотрим их.
Транспортировка природного газа по всему миру это крупный бизнес. Супертанкеры намного больше, чем «Титаник» и созданы для перевозки природного газа в любую точку земного шара. Все связанное с ним имеет гигантский масштаб, но чтобы осознать это, надо оказаться с ним рядом. Как же эти корабли перемещают огромные объемы газа по всему миру.
Внутри имеются огромные танки. Здесь достаточно места для 34 миллионов литров сжиженного газа, подобного объема воды хватило бы обычной семье, чтобы смывать унитаз 1200 лет. И таких танков на судне четыре, а внутри каждого температура минус 160 градусов по Цельсию.
Как и нефть, природный газ является ископаемым видом топлива, которое образовалось в результате разложения древних организмов. Его можно передавать по трубопроводу, но это очень дорого и не практично при пересечении океанов, вместо этого инженерам пришлось придумать перевозку газа на кораблях и сложность состояла в том, что природный газ загорается при любой температуре встречающейся на Земле. Утечка газа может стать серьезной катастрофой и к счастью крупных происшествий еще ни разу не было, а операторы танкерных судоходных линий планируют продолжать в том же духе.
танк супертанкера
Имеется очень простое решение превратить газ в жидкость. В этом состоянии он не способен воспламенится и более того занимает намного меньше места. Если груз был бы в газообразной форме, танкер должен был быть нереально огромным - в десять раз длиннее любого из существующих танкеров или 2500 метров длину.
Чтобы превратить газ в жидкость его охлаждают до температуры минус 162 градусов по Цельсию, но достаточно его нагреть, тут же, вещество превращается в огнеопасный газ. С этой целью имеется вторая линия обороны - азот. Это инертный газ, которого в воздухе много. В обычных условиях азот не реагирует ни с чем и что еще более важно он не дает топливу соединиться с кислородом в присутствии любой искры. Одним слом воспламенение невозможно, если вокруг достаточно азота. На супертанкерах потенциально ядовитый азот безопасно герметизирован внутри изоляции емкости с газом. В случае утечки азот не дает опасному грузу вступить в реакцию с кислородом, а изоляция поддерживает его в жидкой форме. Супертанкеры шуточно называют самыми большими морозильниками в мире, ведь это эквивалент трехсот тысяч домашних морозильников, только в десять раз холоднее.
Газ охлаждается на берегу и в жидком виде закачивается на супертанкер, но эти сверхнизкие температуры представляют большие инженерные сложности. Для этой работы просто нельзя использовать стандартные стальные трубы. Транспортировка этой сверх холодной жидкости по трубопроводам судна представило корабелам набор новых проблем, решение которых было найдено с помощью нержавеющей стали, в которую добавили немного хрома. Этот металл способен заставить обычную хрупкую сталь выдержать сверхнизкую температуру.
Судостроители, создавшие супертанкеры для транспортировки сжиженного природного газа сделали все, чтобы не только корпуса этих судов были готовы пересечь бурные моря, но чтобы тысячи метров сложнейших трубопроводов со всеми их уязвимыми изгибами, соединениями и кранами были сделаны из материала, который выдержит низкую температуру - из легированной нержавеющей стали.
Транспортировка жидкости на супертанкерах приводит к еще одной проблеме - как не дать ее плескаться. Судостроителям таких кораблей пришлось позаботиться о двух видах жидкости. При движении в одну сторону супертанкер везет сжиженный природный газ, а на обратном пути, когда танки пусты они везут воду в качестве балласта, чтобы придать судну остойчивости. Одна проблема в двух разных формах.
Ветер и волны будут раскачивать супертанкер и приведет к тому, что жидкость начнет плескаться в танках из стороны в сторону. Это движение может нарастать, усиливая качку самого судна, и приведет к катастрофическим последствиям. Этот эффект получил название влиянием свободной поверхности жидкости. В буквальном смысле это площадь доступная для свободного плескания воды. Это действительно проблема, приводящая к . Супертанкеры обладают удивительным решением. Чтобы снизить влияние свободной поверхность жидкого газа танки выполняются в виде сферы. Таким образом, место для плескания жидкости намного меньше пока танк полон или почти пуст. Танки заполняются грузом на 98 процентов и отправляются в дальние плавания, прибыв в пункт назначения танкеры полностью, оставляя столько топлива сколько необходимо на обратный путь. Поэтому в обычных условиях емкости либо заполнены до отказа, либо почти пусты.
схема систем супертанкера
Без груза осадка супертанкера значительно было уменьшилась, и чтобы снизить ее в балластные цистерны в корпусе судна прямо под газовыми танками закачивается вода. Однако пространство не позволяет сделать эти отсеки сферическими, поэтому для предотвращения плескания воды в них, требуется другое решение - перегородки разделители груза. Это физические преграды, впервые введенные в 80-х годах XIX века чтобы предотвратить переворачивание нефтеналивных . Перегородки защищают танкеры от оверкиля.
СМИ: первый танкер с сжиженным природным газом прибудет из США в Европу 26 апреля."Многие в Европе ждут выхода США на рынок; это является частью более широких усилий, цель которых - бросить вызов доминирующему положению России", - отмечает газета The Wall Street Journal
С этими новостными репортажами на газовую тему у нас явно творится что-то странное. Складывается впечатление целенаправленной война по устрашению. Ужас - ужас, смотрите, США наконец начали поставки своего СПГ в Европу. Вот, уже один газовоз пришел. И вот через пару дней будет следующий. Все пропало, шеф! Американское газовое наступление на Россию началось! Мы все умрем, мы все умрем!
Прошу заметить, эти репортажи публикуются на ведущих российских новостных площадках. Интересно выяснить, кому и зачем это надо? Как минимум потому, что в большинстве своем эти новости либо "очень сильно неточны" либо прямо лживы. На поверку оказывается, что либо вместо бутана с пропаном привезли что-то другое, куда менее применимое для отопления и бытовых нужд, либо в танках вообще оказалось сырье для химической промышленности, вроде аммиака, который тоже газ, но совсем не тот газ.
Но любопытнее другое. В одном из недавних комментариев на эту тему я уже этот расчет приводил. Однако повторю его еще раз.
Объем поставок российского газа в Европу достиг 160 млрд. м3 в год.
Суммарный объем всего мирового флота газовозов составляет 8,3 млрд. м3.
Даже если забыть, что половина из них предназначена для транспортировки химии, вроде аммиака, и считать, что под перевозки пропан-бутана в Европу можно мобилизовать их все, то все равно получается, что для доставки такого объема газа потребуется, чтобы каждый из них совершил 19,3 рейса в год или один рейс за 19 суток. Грубо говоря, 9 суток туда и 9 суток обратно.
При этом загрузка одного газовоза занимает 7 суток и разгрузка - не менее четырех. Т.е. на переход морем остается 4,5 суток или 108 часов хода. Минимальное расстояние между мыс Рока (самая западная точка Европы) и мыс Сент-Чарльз (крайняя восточная точка Сев. Америки) составляет 3909 км. Стало быть, для их прохождения в заданный срок газовоз обязан развивать среднюю скорость 36,1 км/ч или 20 узлов. В то время как максимальная скорость хода газовозов не превышает 16 узлов, а в норме они ходят 6- 8 узловым ходом.
Что-то как-то не получается с революцией. Я даже не спрашиваю, откуда США возьмут 160 млрд кубов пропан-бутана, ибо всякие там аммиак для отопления не подходит. Даже если случится чудо и они потребный объем газа где-то найдут, как они сумеют его в Европу доставить?
Причем, прошу заметить, проблема с доставкой возникает уже при нынешнем размере доли российского газа на европейском рынке. Планы по закрытию АЭС и прекращению, из экологических соображений, угольной генерации по самым скромным оценкам в течение ближайших 3 - 5 лет создадут в Европе дополнительный спрос как минимум еще на 100 - 120 млрд. кубов в год. Как их прокачать через российскую трубопроводную систему, на данный момент загруженную лишь на 60%, понятно, а вот как их поставить в виде СПГ из США лично для меня решительно непонятно.
Отрасль СПГ является очень перспективной развивающейся отраслью для арматуростроителей всего мира, но поскольку арматура для СПГ должна отвечать самым строгим требованиям - являет собой высший уровень инженерных задач.
Что называют сжиженным природным газом?
Сжиженный природный газ, или СПГ, представляет собой обычный природный газ, приведенный в жидкое состояния методом охлаждения его до −160 °C. В таком состоянии он представляет собой жидкость без запаха и цвета, плотность которой в два раза меньше плотности воды. Сжиженный газ не токсичен, кипит при температуре −158...−163 °C, состоит на 95 % из метана, а в остальные 5 % входят этан, пропан, бутан, азот.
- Первый - добыча, подготовка и транспортировка природного газа по газопроводу к заводу по его сжижению;
- Второй - обработка, сжижение природного газа и хранение СПГ в терминале.
- Третий - загрузка СПГ в танкеры-газовозы и морская транспортировка потребителям
- Четвертый - разгрузка СПГ на приемном терминале, хранение, регазификация и поставка конечным потребителям
Технологии сжижения газа.
Как уже говорилось выше, СПГ получают путем сжатия и охлаждения природного газа. При этом газ уменьшается в объеме почти в 600 раз. Процесс этот сложный, многоступенчатый, и очень энергозатратный - расходы на сжижение могут составлять около 25% энергии, содержащейся в конечном продукте. Иными словами, нужно сжечь одну тонну СПГ, чтобы получить еще три.
В мире в разное время было использовано семь различных технологий сжижения природного газа. В сфере технологий для производства больших объёмов СПГ, предназначенных на экспорт, сегодня лидирует компания Air Products. Разработанные ею процессы AP-SMR™,AP-C3MR™ и AP-X™ составляют 82% всего рынка. Конкурентом данных процессов является технология Optimized Cascade, разработанная компанией ConocoPhillips.
Вместе с тем, большим потенциалом развития обладают малогабаритные установки сжижения, предназначенные для внутреннего использования на промышленных предприятиях. Установки подобного типа можно уже встретить в Норвегии, Финляндии и России.
Кроме того, локальные установки производства СПГ могут найти широкое применение в Китае, где сегодня активно развивается выпуск автомобилей, работающих на СПГ. Внедрение малогабаритных установок может позволить Китаю масштабировать уже существующую транспортную сеть СПГ-автомобилей.
Наряду со стационарными системами, в последние годы активно развиваются плавающие установки сжижения природного газа. Плавающие заводы открывают доступ к газовым месторождениям, которые недоступны для объектов инфраструктуры (трубопроводов , морских терминалов и т.п.).
На сегодняшний день наиболее амбициозным проектом в данной области является плавающая платформа СПГ , которая строится компанией Shell в 25 км. от западного берега Австралии (запуск платформы намечен на 2016 год).
Устройство завода по производству СПГ
Как правило, завод по сжижению природного газа состоит из:
- установки предварительной очистки и сжижения газа;
- технологических линий производства СПГ;
- резервуаров для хранения;
- оборудования для загрузки на танкеры;
- дополнительных служб для обеспечения завода электроэнергией и водой для охлаждения.
С чего все началось?
В 1912 году был построен первый экспериментальный завод, который, однако, еще не использовался для коммерческих целей. Но уже в 1941 году в Кливленде, (США) было впервые налажено масштабное производство сжиженного природного газа.
В 1959 году была осуществлена первая поставка сжиженного природного газа из США в Великобританию и Японию. В 1964 году был построен завод в Алжире, откуда начались регулярные перевозки танкерами , в частности во Францию, где начал работать первый регазификационный терминал.
В 1969 году начались долгосрочные поставки из США в Японию, через два года - из Ливии в Испанию и Италию. В 70-е годы производство СПГ началось в Брунее и Индонезии, в 80-е на рынок СПГ выходят Малайзия и Австралия. В 1990-е Индонезия становится одним из основных производителей и экспортеров СПГ в Азиатско-Тихоокеанском регионе - 22 млн. тонн в год. В 1997 году - Катар становится одним из экспортеров СПГ.
Потребительские свойства
Чистый СПГ не горит, сам по себе не воспламеняется и не взрывается. На открытом пространстве при нормальной температуре СПГ возвращается в газообразное состояние и быстро смешивается с воздухом. При испарении природный газ может воспламениться, если произойдет контакт с источником пламени.
Для воспламенения необходимо иметь концентрацию газа в воздухе от 5 % до 15 % (объемных). Если концентрация менее 5 %, то газа будет недостаточно для начала возгорания, а если более 15 %, то в смеси будет слишком мало кислорода. Для использования СПГ подвергается регазификации - испарению без присутствия воздуха.
СПГ рассматривается как приоритетная или важная технология импорта природного газа целым рядом стран, включая Францию, Бельгию, Испанию, Южную Корею и США. Самый крупный потребитель СПГ - это Япония, где практически 100 % потребностей газа покрывается импортом СПГ.
Моторное топливо
Начиная с 1990-х годов появляются различные проекты использования СПГ в качестве моторного топлива на водном, железнодорожном и даже автомобильном транспорте, чаще всего с использованием переоборудованых газодизельных двигателей.
Уже существуют реально работающие примеры эксплуатации морских и речных судов на СПГ. В России налаживается серийный выпуск тепловоза ТЭМ19-001 работающего на СПГ. В США и Европе появляются проекты по переводу грузового автомобильного транспорта на СПГ. И даже существует проект разработки ракетного двигателя который будет использовать в качестве топлива "СПГ + жидкий кислород".
Двигатели работающие на СПГ
Одной из основных задач, связанных с развитием рынка СПГ для транспортного сектора является увеличение числа автомобилей и судов, использующих СПГ в качестве топлива. Главные технические вопросы в данной области связаны с разработкой и совершенствованием различных типов двигателей, работающих на СПГ.
В настоящее время можно выделить три технологии СПГ-двигателей, используемых для морских судов: 1) двигатель с искровым зажиганием на обедненной топливно воздушной смеси; 2) двухтопливный двигатель с запальным дизельным топливом и рабочим газом низкого давления; 3) двухтопливный двигатель с запальным дизельным топливом и рабочим газом высокого давления.
Двигатели с искровым зажиганием работают только на природном газе, в то время как двухтопливные дизельно-газовые двигатели могут работать на дизельном топливе, СПГ и мазуте. На сегодняшний день можно выделить три основных производителя на данном рынке: Wärtsila, Rolls-Royce и Mitsubishi Heavy Industries.
Во многих случаях существующие дизельные двигатели могут быть преобразованы в двухтопливные дизельно-газовые двигатели. Подобное преобразование существующих двигателей может быть экономически целесообразным решением перевода морских судов на СПГ.
Говоря о развитии двигателей для автомобильного сектора, стоит отметить американскую компанию Cummins Westport, которая разработала линейку СПГ-двигателей, предназначенных для тяжелых грузовиков. В Европе, Volvo запустила производство нового 13-литрового двухтопливного двигателя работающего на дизельном топливе и СПГ.
К заметным инновационным решениям в области СПГ-двигателей можно отнести компактный двигатель с воспламенением от сжатия (Compact Compression Ignition (CCI) Engine), разработанный компанией Motiv Engines. Данный двигатель имеет ряд преимуществ, главное из которых состоит в значительно более высоком значении теплового КПД, чем у существующих аналогов.
По данным компании, тепловой КПД разработанного двигателя может достигать 50%, в то время как тепловой КПД традиционных газовых двигателей составляет около 27%. (Беря в качестве примера американские цены на топливо, можно просчитать, что работа грузовика с дизельным двигателем стоит $0,17 за лошадиную силу/час, с традиционным СПГ двигателем - $0,14, с CCEI-двигателем - $0,07).
Стоит также отметить, что как и в случае морского транспорта, многие дизельные двигатели грузовых автомобилей могут быть преобразованы в двухтопливные дизельно-СПГ двигатели.
Страны - производители СПГ
По данным 2009 года, основные страны, производящие сжиженный природный газ, распределялись на рынке так:
Первое место занимал Катар (49,4 млрд м³); затем шла Малайзия (29,5 млрд м³); Индонезия (26,0 млрд м³); Австралия (24,2 млрд м³); Алжир (20,9 млрд м³). Замыкал этот список Тринидад и Тобаго (19,7 млрд м³).
Основными импортёрами СПГ в 2009 году были: Япония (85,9 млрд м³); Республика Корея (34,3 млрд м³); Испания (27,0 млрд м³); Франция (13,1 млрд м³); США (12,8 млрд м³); Индия (12,6 млрд м³).
Россия только начинает вхождение на рынок СПГ. Сейчас в РФ действует только один СПГ-завод "Сахалин-2" (запущен в 2009 году, контрольный пакет принадлежит Газпрому, у Shell 27,5%, японских Mitsui и Mitsubishi - 12,5% и 10% соответственно). По итогам 2015 года производство составило 10,8 млн тонн, превысив проектную мощность на 1,2 млн тонн. Однако из-за падения цен на мировом рынке доходы от экспорта СПГ в долларовом исчислении сократились по сравнению с прошлым годом на 13,3% до 4,5 млрд долларов.
Предпосылок для улучшения ситуации на рынке газа нет: цены продолжат падение. До 2020 года в США будут введены в эксплуатацию пять терминалов по экспорту СПГ общей мощностью 57,8 млн тонн. На европейском газовом рынке начнется ценовая война.
Вторым крупным игроком на рынке российского СПГ становится компания Новатэк. Новатэк-Юрхаровнефтегаз" (дочернее предприятие Новатэка) выиграл аукцион на право пользования Няхартинским участком в ЯНАО.
Няхартинский участок нужен компании для развития проекта "Арктик СПГ" (второй проект Новатэка, ориентированный на экспорт сжиженного природного газа, первый - "Ямал-СПГ"): он расположен в непосредственной близости от Юрхаровского месторождения, разработку которого ведет "Новатэк-Юрхаровнефтегаз". Площадь участка - около 3 тыс. кв. километров. По состоянию на 1 января 2016 года его запасы оценивались в 8,9 млн тонн нефти и 104,2 млрд кубометров газа.
В марте компания начала предварительные переговоры с потенциальными партнерами о продаже СПГ. Наиболее перспективным рынком руководство компании считает Тайланд.
Транспортировка сжиженного газа
Доставка сжиженного газа потребителю - очень сложный и трудоемкий процесс. После сжижения газа на заводах, СПГ поступает в хранилища. Дальнейшая транспортировка осуществляется при помощи специальных судов - газовозов , оборудованных криоцистернами. Возможно также использование специальных автомобилей. Газ из газовозов поступает в пункты регазификации, и затем транспортируется уже по трубопроводам .
Танкеры - газовозы.
Танкер-газовоз, или метановоз представляет собой специально построенное судно для перевозки СПГ в резервуарах (танках). Кроме резервуаров газа такие суда оборудованы холодильными установками для охлаждения СПГ.
Крупнейшими производителями судов для перевозки сжиженного природного газа являются японские и корейские верфи: Mitsui, Daewoo, Hyundai, Mitsubishi, Samsung, Kawasaki . Именно на корейских верфях было создано более двух третей газовозов в мире. Современные танкеры серий Q-Flex и Q-Max способны перевозить до 210-266 тыс. м3 СПГ.
Первые сведения о перевозках сжиженных газов морем относятся к 1929-1931 гг., когда компания Shell временно переоборудовала танкер "Megara" в судно для перевозки сжиженного газа и построила в Голландии судно "Agnita" дедвейтом 4,5 тыс. тонн, предназначенное для одновременной перевозки нефти, сжиженного газа и серной кислоты. Танкеры компании Shell назывались в честь морских раковин - ими торговал отец основателя компании Маркуса Самюэля
Широкое развитие морские перевозки сжиженных газов получили лишь после окончания второй мировой войны. Первоначально для перевозок использовались суда, переоборудованные из танкеров или сухогрузных судов. Накопленный опыт проектирования, постройки и эксплуатации первых газовозов позволил перейти к поискам наиболее выгодных способов транспортировки названных газов.
Современный типовой СПГ-танкер (метановоз) может перевозить 145-155 тыс. м3 сжиженного газа, из чего может быть получено порядка 89-95 млн. м3 природного газа в результате регазификации. Ввиду того, что метановозы отличаются чрезвычайной капиталоемкостью, их простой недопустим. Они быстроходны, скорость морского судна, перевозящего сжиженный природный газ, достигает 18-20 узлов по сравнению с 14 узлами для стандартного нефтетанкера.
Кроме того, операции по наливу и разгрузке СПГ не занимают много времени (в среднем 12-18 часов). На случай аварии СПГ-танкеры имеют двухкорпусную структуру, специально предназначенную для недопущения утечек и разрывов. Груз (СПГ) перевозится при атмосферном давлении и температуре -162°C в специальных термоизолированных резервуарах внутри внутреннего корпуса судна-газовоза.
Система хранения груза состоит из первичного контейнера или резервуара для хранения жидкости, слоя изоляции, вторичной оболочки, предназначенной для недопущения утечек, и еще одного слоя изоляции. В случае повреждения первичного резервуара вторичная оболочка не допустит утечки. Все поверхности, контактирующие с СПГ, изготавливаются из материалов, стойких к чрезвычайно низким температурам.
Поэтому в качестве таких материалов, как правило, используются нержавеющая сталь, алюминий или инвар (сплав на основе железа с содержанием никеля 36%).
Отличительной особенностью судов-газовозов типа Moss, составляющих на сегодняшний день 41% мирового флота метановозов, являются самонесущие резервуары сферической формы, которые, как правило, изготавливаются из алюминия и крепятся к корпусу судна при помощи манжета по линии экватора резервуара.
На 57% танкеров-газовозов применяются системы трехмембранных резервуаров (система GazTransport, система Technigaz и система CS1). В мембранных конструкциях используется гораздо более тонкая мембрана, которая поддерживается стенками корпуса. Система GazTransport включает в себя первичную и вторичную мембраны в виде плоских панелей из инвара, а в системе Technigaz первичная мембрана изготовлена из гофрированной нержавеющей стали.
В системе CS1 инварные панели из системы GazTransport, выполняющие роль первичной мембраны, сочетаются с трехслойными мембранами Technigaz (листовой алюминий, помещенный между двумя слоями стеклопластика) в качестве вторичной изоляции.
В отличие от судов для перевозки СНГ (сжиженный нефтяной газ), газовозы не оборудуются палубной установкой для сжижения, а их двигатели работают на газе из кипящего слоя. С учетом того, что часть груза (сжиженный природный газ) дополняет мазут в качестве топлива, СПГ-танкеры прибывают в порт назначения не с таким же количеством СПГ, которое было погружено на них на заводе по сжижению.
Предельно допустимое значение показателя испарения в кипящем слое составляет порядка 0,15% от объема груза в сутки. В качестве движительной установки на метановозах применяются в основном паровые турбины. Несмотря на низкую топливную эффективность, паровые турбины могут легко приспосабливаться к работе на газе из кипящего слоя.
Еще одна уникальная особенность танкеров-газовозов заключается в том, что в них, как правило, оставляется небольшая часть груза для охлаждения резервуаров до требуемой температуры до погрузки.
Следующее поколение СПГ-танкеров характеризуется новыми особенностями. Несмотря на более высокую грузовместимость (200-250 тыс. м3), суда имеют такую же осадку - на сегодняшний день для судна грузовместимостью в 140 тыс. м3 типична осадка в 12 метров ввиду ограничений, применяемых в Суэцком канале и на большинстве СПГ-терминалов.
Однако их корпус будет более широким и длинным. Мощность паровых турбин не позволит таким более крупным судам развивать достаточную скорость, поэтому на них будет применяться двухтопливный газомазутный дизельный двигатель, разработанный в 1980-е годы. Кроме того, многие суда-газовозы, на которых сегодня размещены заказы, будут оснащаться судовой регазификационной установкой.
Испарение газа на метановозах такого типа будет контролироваться таким же образом, как и на судах для перевозки сжиженного нефтяного газа (СНГ), что позволит избегать потерь груза в рейсе.
Рынок морских перевозок сжиженного газа
Перевозки СПГ представляют собой его морскую транспортировку от заводов по сжижению газа до регазификационных терминалов. По состоянию на ноябрь 2007 года в мире насчитывалось 247 СПГ-танкеров грузовместимостью свыше 30,8 млн. м3. Бум торговли СПГ обеспечил полную занятость всех судов на данном этапе по сравнению с серединой 1980-х годов, когда простаивало 22 судна.
Кроме того, к концу десятилетия должны быть введены в эксплуатацию порядка 100 судов. Средний возраст мирового флота для перевозки СПГ составляет около семи лет. Возраст 110 судов равен четырем и менее лет, а возраст 35 судов колеблется от пяти до девяти лет.
Порядка 70 танкеров эксплуатируются 20 и более лет. Однако впереди у них остается все еще продолжительный срок полезной службы, поскольку срок эксплуатации СПГ танкеров составляет, как правило, 40 лет ввиду их коррозиостойких характеристик. В их числе имеется до 23 танкеров (небольшие старые суда, обслуживающие средиземноморскую торговлю СПГ), которые подлежат замене или существенной модернизации в последующие три года.
Из ныне эксплуатируемых 247 танкеров более 120 обслуживают Японию, Южную Корею и Китайский Тайбэй, 80 - Европу, а остальные суда - Северную Америку. В последние несколько лет наблюдался феноменальный рост числа судов, обслуживающих торговые операции в Европе и Северной Америке, в то время как для Дальнего Востока было характерно лишь его незначительное увеличение ввиду стагнации спроса в Японии.
Регазификация сжиженного природного газа
После доставки природного газа в пункт назначения, происходит процесс его регазификации, то есть преобразования из жидкого состояния вновь в газообразное.
Танкер доставляет СПГ на специальные регазификационные терминалы, которые состоят из причала, сливной эстакады, резервуаров для хранения, испарительной системы, установок обработки газов испарения из резервуаров и узла учёта.
По прибытии на терминал СПГ перекачивается из танкеров в резервуары для его хранения в сжиженном виде, затем по мере необходимости СПГ переводится в газообразное состояние. Превращение в газ происходит в системе испарения с помощью нагрева.
По мощности СПГ терминалов, как и по объёму импорта СПГ, лидирует Япония - 246 млрд кубометров в год по данным 2010 года. На втором месте - США, более 180 млрд кубометров в год (данные 2010 года).
Таким образом, главной задачей в развитии приемных терминалов прежде всего является строительство новых единиц в различных странах. На сегодняшний день 62% приемной мощности приходится на Японию, США и Южную Корею. Вместе с Великобританией и Испанией, приемная мощность первых 5 стран составляет 74%. Оставшиеся 26% распределены между 23 странами. Следовательно, строительство новых терминалов откроет новые и увеличит существующие рынки для СПГ.
Перспективы развития рынков СПГ в мире
Почему отрасль сжиженного газа развивается в мире все возрастающими темпами? Во-первых, в некоторых географических регионах, например в Азии, транспортировка газа танкерами более выгодна. При расстоянии более чем в 2500 километров, сжиженный газ уже может конкурировать по цене с трубопроводным. По сравнению с трубопроводами, СПГ имеет также преимущества модульного наращивания поставок, а также снимает в ряде случаев проблемы пересечения границ.
Однако, есть и подводные камни. Индустрия СПГ занимает свою нишу в отдаленных регионах, не имеющих собственных запасов газа. Большинство объёмов СПГ контрактуется еще на стадии проектирования и производства. В отрасли доминирует система долгосрочных контрактов (от 20 до 25 лет), что требует развитой и сложной координации участников производства, экспортеров, импортеров и перевозчиков. Все это рассматривается некоторыми аналитиками, как возможный барьер на пути роста торговли сжиженным газом.
В целом же, для того, чтобы сжиженный газ стал более доступным источником энергии, стоимость поставок СПГ должна успешно конкурировать по цене с альтернативными источниками топлива. На сегодняшний день ситуация складывается противоположным образом, что не отменяет развития этого рынка в будущем.
Продолжение:
- Часть 3: Дисковые поворотные затворы для криогенных температур
При подготовке материала были использованы данные с сайтов:
- lngas.ru/transportation-lng/istoriya-razvitiya-gazovozov.html
- lngas.ru/transportation-lng/morskie-perevozki-spg.html
- innodigest.com/сжиженный-природный-газ-спг-как-альте/?lang=ru
- expert.ru/ural/2016/16/novyij-uchastok-dlya-spg/
Современный танкер для перевозки сжиженного природного газа (СПГ) корейской постройки.
Желтые конструкции на палубе - верхняя часть грузовых танков.
Значки под клюзом показывают, что имеется бульб и подруливающее устройство.
В районе миделя традиционно расположены грузовые манифолды.
В белой надстройке в районе грузовой палубы находится помещение грузовых механизмов (компрессорная). Сами же грузовые насосы - погружные, расположены в танках.
Ходовой мостик довольно таки прост для современного очень дорогого судна и не выглядит "навороченным" - стандартный комплект.
Колонка рулевого со штурвалом. Голубенькая рукоятка, расположенная справа от штурвала - резервный способ управления рулевой машины, в случае отказа "следящего" режима.
Идем по приборам! На современных судах давно уже ввели т.н. навигационную панель (conning display), куда сводится различная информация о движении судна.
ПУГО - пост управления грузовыми операциями.
Управление клапанами, насосами, компрессорами и прочей лабудой осуществляется с помощью компьютерных терминалов. Судно оборудовано централизованной системой автоматики. Над консолью расположены мониторы системы видеообзора - установлено несколько камер как снаружи судна, так и в некоторых внутренних помещениях.
Т.н. грузовой компьютер. С его помощью старпом расчитывает остойчивость и прочие элементы безопасности судна для разных режимов загрузки/балластировки, как для морского перехода, так и для стоянки в порту и для грузовых операций.
Панель контроля за работой грузовых насосов - давление после насоса, рабочий ток приводного двигателя. Внимательный зритель обратит внимание, что ампераж весьма мал, рабочий ток находится где-то в пределах 60 ампер и, соответственно, насосы имеют малую мощность. Однако, следует заметить, что это судно оснащено высоковольтной электростанцией с номинальным напряжением 6,600 вольт, что в произведении дает такую же мощность, как у насоса малого напряжения но большого тока. Повышение напряжения также дает весьма позитивный эффект на габариты оборудования и сечения кабелей.
Взглянем на палубу, убедимся, что ничего особо интересного там не просматривается. ;-)
Заглянем в машинное отделение. Судно построено по новомодной тендеции дизель-электрохода. Поэтому имеет всего лишь вспомогательный котел.
Установлено 4 дизель-генератора. Приводные дизельные двигатели работают на двойном топливе. Основной режим работы - на газе, с добавлением небольшого количества дизтоплива для обеспечения дизельных процессов.
Генераторы много выше человеческого роста.
В качестве гребных двигателей используются электродвигатели. Так выглядит трансформатор для одного из них.
Установлено два гребных двигателя.
Но работают они на один вал через редуктор.
Просторный лифт обслуживает машинное отделение. Помимо этого установлен еще лифт обычных габаритов на жилых палубах надстройки.
Насосы.
Для управления частотой вращения гребных электродвигателей установлены частотные конвертеры. Тиристорные модули в них имеют водяное охлаждение. Чтобы в случае возможной протечки электрические компоненты не повредились, соленость (проводимость) воды находится под контролем.
ЦПУ - центральный пост управления. Как и в ПУГО - управление посредством компьютерных терминалов. Система единая с ПУГО - как уже говорил выше, система автоматики централизованная.
Экран контроля за электростанцией. Судно на якоре, так что работает всего лишь один генератор на 19% мощности. Отсутсвие оптимальной нагрузки на дизель генераторы при стоянках - один из недостатков электроходов.
Ну и напоследок немного сладенького. Вид грузового танка этого газовоза изнутри. Вдалеке видна колонна с грузовыми насосами и измерителями уровня. Может создаться впечатление, что танк выложен кирпичиками. Но это не так. Просто мембрана имеет некоторое подобие гофра.
Вот так это выглядит вблизи.
А здесь можно посмотреть на весь бутерброд изоляции танка.
На этом обзор завершу.
Да, получилось весьма коротко. Но если есть интерес, позже могу сделать немного более подробный обзор старейшего на сегодня в мире газовоза с подобной мембранной конструкцией, а также другого современного газовоза с альтернативной конструкцией грузовых танков (сферические).
Загрузка...
