Транспортиране и съхраняване на природен газ – част 1

Газ, Нефт, ВъглищаТехнически статииСп. Енерджи ревю - брой 3, 2013

Газообразното гориво представлява смес от горими и негорими газове, съдържащи известно количество примеси. Горимите газове включват предимно въглеводороди, въглерод, водород и въглероден окис. Негоримите компоненти, съставляващи т.нар. баласт на газообразното гориво, са азот, кислород и въглероден двуокис. Примесите обикновено включват водни пари, cepoводород, прах.

Изисквания към природния газ

Съгласно международните норми съдържанието на вредни примеси в g на 100 m3 газ, предназначен за газоснабдяване на селища, не трябва да превишава следните числени стойности: сероводород - 2 g; амоняк (NНз) - 2 g, цианисти съединения в това число синилна киселина (HCN) - 5 g; смола и праx - 0,1 g; нафталин - 10 g лятно време и 5 g през зимата. Необходимо е да се отбележи, че природният газ не съдържа амоняк, цианисти съединения и нафталин. Сред изискванията е и отклонението на калоричността от номиналната й стойност да не надвишава ±10%, а съдържанието на влага да не надвишава количество, насищащо газа при температура - 20 °C през зимата и 35 °С през лятото. При транспортиране на големи разстояния газът предварително се изсушава.

Повечето от изкуствените газове имат остър мирис, което улеснява откриването на течове от газопроводите и арматурата. Поради липсата на мирис, преди подаването на природния газ в газопроводните мрежи, той се одорира чрез прибавяне на ароматни въглеводородни съединения, при което придобива остра неприятна миризма, усещана при концентрация 1% на одориран газ във въздуха.

Необходимо е миризмата на токсичните газове да се усеща при концентрации, допускани от санитарно-хигиенните норми. Втечненият газ, използван от потребителите за битови нужди, не трябва да съдържа сероводоород повече от 5 g на 100 m3 газ, а мирисът му трябва да се усеща при концентрация във въздуха 1,5%.

Концентрацията на кислород в газообразното гориво не бива да надвишава 1%. При използване в газоснабдяването на смеси от втечнен газ и въздух, концентрацията на газ в сместа съставлява не по-малко удвоената горна граница на възпламеняване.

Физико-химични свойства на горимите газове

Към основните физико-химични свойства на горимите газове, имащи практическо значение при проектирането, оразмеряването и конструирането на газосна6дителни системи, съоръжения и устройства, се отнасят: налягане; относително тегло (плътност); вискозитет; калоричност; температура на горене; температура на възпламеняване; граници на възпламеняемост и скорост на разпространение на пламъка.

Основна физико-химична характеристика е калоричността (топлотворната способност) на горимите газове, т. е. количеството топлина, което се отделя при пълното изгаряне на единица количество газ, най-често 1 Nm3.

Съществуват висока (Qb) и ниска (Ql) калоричност. Високата включва топлината от кондензацията на водните пари, получаваща се при компресията на горивата. Ниската не включва топлината, съдържаща се във водните пари на продуктите на горенето, тъй като те не кондензират, а се отнасят от остатъчните (изгорелите) продукти.

Величините Qb и Ql характеризират само тези газове, при горенето на които се отделят водни пари, т. е. това не се отнася за въглеродния окис.

Известно е, че при кондензация на водни пари се отделя топлина, равна на 539 kcal/kg. Освен това при охлаждане на кондензата до 0 °C се отделят още 100 kcal/kg, което представлява разликата между високата и ниската калоричност на газа. За повечето газове, използвани в газоснабдяването, тази разлика е от 8 до 10%.

Калоричността на природните, наричани още естествени и изкуствените газове, варира от 3500 до 10 000 kcal/Nm3, а на втечнените 22 000 - 28 000 kcal/Nm3.

Температурата на горене е температурата, която придобиват получените продукти при запалване на газообразното гориво. Тя зависи от състава на газовата смес, начина на запалване, количеството на въздуха при запалването и е в граници 1100 - 2000 °С.

Температурата на възпламеняване за горимите газови смеси варира в границите от 550 до 800 °C. За природните газове тези граници може да се приемат ориентировъчно от 5 до 15% съдържание на газ в газовъздушната смес по обем. Тази температура е непостоянна и зависи от много фактори: процентното съдържание на газ в газовъздушната смес, степента на размесване на газа с въздуха, размерите и формата на пещите и газогоривните камери и др.

Скоростта на разпространение на пламъка има важно значение при конструирането на газогоривните устройства. Недостатъчното отчитане на влиянието на този фактор може да доведе до нарушаване на нормалните режими на работа на газовите горелки (шумно изгасване, прекъсване и прескачане на пламъка, химическо недогаряне и други), понижаващо КПД-то им.

С оглед на състава и основните свойства на горимите газови смеси като техни предимства в сравнение с твърдите и течните горива могат да се посочат:

• висока калоричност 3500 ? 10 000 kcal/Nm3 (напр. за осигуряване на битовите нужди на човек годишно се изразходват 800 - 1000 kg твърдо или течно гориво, еквивалентно на З - 5 mln. kcal, докато разходът на газ за същите нужди е 200 Nm3, еквивалентно на 0.6 - 1 mln. kcal);

• опростено устройство на горивните камери (пещите) за промишлени нужди;

• простота на газозапалващите устройства към газогоривните прибори и камери;

• висок КПД на устройства, прибори и агрегати, използващи газообразно гориво;

• лесно транспортиране;

• липса на т. нар. шлаково стопанство, чиято необходимост е наложителна при твърдите горива;

• удобство на съхранение;

• бездимно горене, изключително важно от екологична гледна точка;

• ниски капитални вложения.

Транспортиране и съхраняване на природния газ

Както бе посочено, в добивните газоразпределителни cтaнции газът отново се пречиства по-фино (в маслени прахоуловители), изсушава се и одорира. Ако пластовото му налягане е недостатъчно, то се повишава в началната (главната) компресорна станция. С тези две основни звена (ДГРС и ГКС) се полага началото на магистралната система, наречена по-просто магистрален газопровод (фиг. 1).

Междинните компресорни станции се устройват през около 125 до 150 km по трасето на магистралния газопровод. С цел провеждане на ремонтно-възстановителни работи при аварийни ситуации се предвижда и линейна затваряща арматура на разстояние не по-малко от 25 km. От съображения за висока надеждност и възможност за транспортиране на огромни газови потоци на големи разстояния съвременните магистрални газопроводи се изпълняват най-малко в два клона. Те завършват с една или няколко газоразпределителни станции, подаващи газ към крайния потребител. По-дългото трасе на магистралния газопровод от двете му страни има отклонения, подаващи газ към ГРС на междинните потребители.

Магистралните газопроводи (МГ) все още се изпълняват предимно от стоманени (съответно изолирани) тръби на заварка. Те са изготвени от високоякостни (въглеродни и ниско легирани) стомани. Оптималният вариант на газопровода и броят на компресорните станции се определят с технико-икономически разработки.

Диаметрите на съвременните трансконтинентални магистрални газопроводи варират от 1220, 1420, 1800 до 2000 mm, което повишава икономичността на газотранспортната система. Те се оразмеряват на максимално налягане (около 10 МРа) непосредствено след главната компресорна станция, ако има такава, или на пластово налягане, ако такава не е необходима. По дължината на газопровода налягането намалява средно с 2 до 3 МРа, което обуславя и разстоянието между компресорните станции. Намаляването на потенциалната енергия на налягането на газа е с цел преодоляване на хидравличните съпротивления от триене по дължина между две компресорни станции.

Докато мощността на газопрепомпващите (газотурбинните) агрегати на съществуващите компресорни станции е 8 до 10 MW, то сега се разработват такива с 25 до 75 MW, преодоляващи налягания до над 10 МРа. Работи се усилено също така над проблемите на транспортирането на втечнен газ и използването на пластмасови, полипропиленови, полибутиленови и други тръби от синтетични материали.

Преди самото включване към газопровода на селища, промишлени, селскостопански и други обекти, се строят газоразпределителни станции. В тях газът се допречиства от механически плаващи вещества, при нужда се одорира допълнително, измерва се количеството му и се понижава налягането му до необходимата степен в съответствие с изискванията на газопотребителите. Това налягане е от порядъка на 0,6 МРа (високо) или 0,3 МРа (средно) за селищните газоразпределителни мрежи. На тези степени то се поддържа автоматично постоянно в ГРС. В тях се предвижда и защитна система, гарантираща поддържането му в допустими граници при авариен отказ на регулаторите на налягане. Газоразпределителните станции са крайни съоръжения на МГ и начални за селищните, промишлените и другите газоразпределителни мрежи.

Чрез компресорните станции газът се транспортира на огромни (трансконтинентални) разстояния.

Станциите представляват комплекс от сгради, съоръжения и устройства, по-главни от които са: компресорен цех, електроцентрала или трансформаторна подстанция, оборотна водоснабдителна система за охлаждане на компресорните и другите (силови) агрегати, устройства за отделяне на праха и влагата, маслено стопанство, парокотелна инсталация и други помощни елементи. Към главната (началната) компресорна станция има ycтpойства за допречистване на газа от сероводород и въгледвуокис, изсушаване и одориране. За препомпване (нагнетяване) на газа се използват центробежни нагнетатели с електрическо или газотурбинно задвижване и бутални газомоторни компресори.

Магистралната газотранспортна система от газодобива до газопотpеблението е достатъчно твърда (статична), тъй като регулиращата й способност не е голяма. Тя може да покрива частично само денонощната неравномерност на потребление. За покриване на сезонната неравномерност се използват подземни газохранилища и специално подбрани потребители - регулатори (газомазутни или прахогазови електроцентрали), които през зимния период работят на друг вид гориво.

Избор и особености на трасето на магистрал-ните газопроводи

Необходимо е трасето на магистралните газопроводи да се избира с максимална праволинейност, по възможност по открита местност със спокоен релеф. Да се избягват пресичанията на находища с полезни изкопаеми, свлачища, блата, заблатяеми и наводняеми терени, поливни обработваеми площи, имоти с ценни земеделски култури, засолени почви, оврази и други естествени препятствия. Пресичането на такива се допуска само в случай, когато обхождането е технически невъзможно или икономически неизгодно.

Преминаването на газопровода през естествени или изкуствени препятствия се изпълнява чрез един или няколко участъка. При пресичане на жп линии и автомагистрали I и II категория разстоянието между паралелните газопроводи се приема не по-малко от 30 m, при водни прегради - от 30 до 50 m. Не се разрешава полагането на магистрални газопроводи по територията на селища, индустриални зони към тях, през ж.п. и автомобилни тунели, съвместно с ел. кабели и други тръбопроводи, по автомобилни и ж.п. мостове.

Между трасето на магистралния газопровод и регулационните граници на селища и селищно-промишлени агломерации, строителни площадки и съоръжения е необходимо да има разстояния от 25 до 250 m в зависимост от диаметъра и налягането на газопровода и типа на съоръженията.

Освен посочените линейни затварящи арматури, такива се предвиждат още както на отклоненията от трасето на газопровода към ГРС, така и от двете страни на пресичанията на естествените и изкуствените препятствия в специални за целта шахти. Всички главни съоръжения, компресорни станции и контролнорегулиращи пунктове (КРП) по трасето на МГ имат обходни участъци (байпаси) с изключващи (спирателни) арматури. С цел изпускане на газа и продухването му от аварирали участъци при ремонтно-възстановителни работи, между две последователни изключващи устройства се монтират продухвателни свещи (щуцери) със спирателни арматури. За отстраняване на кондензиращата в газопровода влага в най-ниските му точки по трасето в специални шахти се монтират и водосъбирателни устройства.

Преминаването на газопровода под трасетата на жп линии и автомобилни пътища става чрез защитен кожух (стоманена тръба) с диаметър, превишаващ със 100 до 200 mm диаметъра на газопровода. В пространството между двете тръби се монтират центриращи диелектрични наставки, предпазващи от сближаване (деформации) и блуждаещи токове. Краищата на това пространство се херметизират със салникови уплътнения, като към единия край (левия или десния в зависимост от относителната плътност на газа) се устройва вентилационна тръба.

При пресичането на водни прегради магистралният газопровод се полага под дъното на реката, езерото, канала. Подобен подводен преход е познат като “дюкер”. При ширина на водната преграда над 50 m, дюкерът се изпълнява в два, а при плавателни реки - в три паралелни клона. В зависимост от диаметъра на газопровода и ширината на водното препятствие, разстоянията между клоновете на дюкера се приемат от 30 до 50 m. За осигуряване на устойчивото положение на клоновете на дюкера и криволинейността им по профила на дъното, освен опорните блокове в чупките, допълнително по трасето им се поставят тежести.

Такова натоварване против изплаване се прави и в заливаеми терени с високо ниво на подпочвените води.

При необходимост от допълнително включване към магистралния газопровод на сравнително малки потребители на газ (50 до 100 m3/h) се устройват неголеми газорегулиращи пунктове (ГРП), доставени по трасето в сглобяем вид.

Съхраняване на природния газ

Необходимостта от “складиране” на газа възниква в резултат на неравномерния режим на потреблението му. През летния период (1 май до З1 октомври), когато притокът на газ към селищните газоснабдителни системи е по-голям от разхода му (поради спирането на този за отопление и вентилация на сградите), се налага излишъкът да се подава за акумулиране в специални газохранилища. Така натрупаният в тях газ се включва към увеличеното му потребление в началото на зимния период (1 ноември до 30 април).

За регулиране на денонощната неравномерност в потреблението на газ широко се използва акумулиращата способност на последния участък на магистралния газопровод. Хидравличният режим на този участък съществено се отличава от този на останалите участъци, тъй като има рязко изразен нестационарен характер. Докато количеството газ, постъпващо към последния участък на МГ, не е подложено на резки колебания, то разходът на газ от същия участък е много променлив, зависейки от неравномерния режим на потреблението му в селищата. През нощта са възможни и прекъсвания на газопотреблението, в резултат на което от крайния участък се взема количество газ по-малко от това, което постъпва. Поради това натрупването му в този участък се увеличава и налягането в него се повишава.

В периоди на увеличено потребление и върхови натоварвания, когато разходът на газ се окаже по-голям от притока, се налага използването на “резервирания” (акумулирания, натрупания) газ.

Като класически акумулиращи обеми се използват т. нар. газхолдерни станции-регулатори на часовата неравномерност на газопотребпение. Те представляват система (батерия) от сферични или цилиндрични резервоари с големи обеми, изработени от леки цветни (и скъпи) метали. Съществува тенденция към избягване на тяхното използване поради голямата им металоемкост и, съответно, високата цена и замяната им с по-прости и по-евтини решения.

За изравняване на сезонната (годишната) неравномерност най-често се прибягва до устройването на подземни хранилища на газ, намиращи се или изграждани в близост до трасето на магистралните газопроводи. В качеството на такива се използват изтощени (закрити) газови и нефтени находища. Ако в близост до потребителските центрове такива липсват, то газохранилища може се устройват в подземни водоносни (водонапорни) пластове. Подземното съхранение на природен газ е получило голямо приложение в световната практика, тъй като е значително по-евтино от другите способи на резервиране. В много страни, включително и у нас (Чиренското газохранилище), понастоящем се провеждат мащабни проучвателни работи по разширяването и усъвършенстването на съществуващите и създаване на нови подземни газохранилища.


Top