Текущее состояние. Один из способов транспортировки компримированного (сжатого) природного газа (КПГ) – с помощью специализированных судов-газовозов. Как известно, сжиженный природный газ перевозится специальными судами-газовозами. Конструкция газовоза определяется несколькими критериями, основанными на физических характеристиках самого КПГ. Но, несмотря на большой интерес, проявляемый в последние годы к транспортировке компримированного природного газа по поверхности морей судами-газовозами и контейнеровозами (технология Coselle и Vortrans), имеются в основном лишь концептуальные проекты судов для реализации технологии. Одной из причин этого является, по нашему мнению, недостаточное внимание к технологии быстрой заправки судов-газовозов с многочисленными емкостями для компримированного газа.

Актуальность заключается в том, что в связи с политическими, экономическими и технологическими рисками, а также недостаточным вниманием к технологиям быстрой заправки судов-газовозов с многочисленными емкостями, существует необходимость применения способа морской транспортировки КПГ. Наибольший интерес вызывает способ погрузки/разгрузки в море. В связи с этим предлагается концептуальный проект морского хранилища-причала вместимостью 50-100 млн. м³ газа. Использование хранилища позволит снизить неравномерность отбора газа от магистрального газопровода (отвода), исключить пиковые нагрузки на систему компримирования газа, а также ускорить процесс загрузки судов КПГ. Кроме того, в морском хранилище газ охлаждается, поэтому его вместимость возрастает.

Целью статьи является обоснование возможности применения морского хранилища компримированного природного газа с подводящим трубопроводом высокого давления для быстрой заправки судов КПГ, увеличения объёмов перевозимого газа, снижения технологических и экологических рисков, а также обосновать выбор смесей многокомпонентных углеводородных смесей, какими являются КПГ. Следует сразу отметить, что индустрия производства и транспортировки сжатого газа не воспринимается как альтернатива индустрии сжиженного природного газа (СПГ). На мировом газовом рынке существуют возможности для эффективного применения обеих технологий в разных сегментах рынка.

Решаемая научная проблема. Обоснование технологии хранения и морской транспортировки компримированного природного газа судами-газовозами. Рассмотрена целесообразность включения в инфраструктуру морской транспортировки компримированного природного газа плавучего хранилища-причала для заправки судов газовозов и контейнеровозов.

Для достижения поставленной цели требуется решить следующие задачи:

1) Проанализировать имеющиеся исследования и разработки в области транспортировки КПГ.

2) Рассмотреть суда-газовозы КПГ.

3) Рассчитать параметры хранилища.

4) Обосновать выбор многокомпонентных углеводородов для их хранения и транспортирования.

5) Дать рекомендации по использованию морского хранилища.

Методы исследования. В основе проведенных исследований лежит системный подход к изучаемому методу транспортировки и хранения КПГ. Был использован комплексный подход к изучению данной темы, который включает в себя теоретические и экспериментальные методы исследования: теоретический анализ, расчеты и выбора смесей углеводородных газов и жидкостей для хранения смесей многокомпонентных углеводородов с использованием программного комплекса REFPROP.

Детали исследования. В последние годы в качестве альтернативы транспортировки природного газа морским путем в виде сжиженного газа (СПГ) и по морским трубопроводам рассматривается транспортировка компримированного (сжатого - КПГ) газа специализированными судами газовозами, особенно для расстояний от 250 до 1500 морских миль. Это дешевле транспортировки СПГ (с учетом больших затрат на строительство заводов и терминалов СПГ) и трубопроводной транспортировки.

Изучением проблем транспортировки компримированных природных газов (КПГ) и их хранения в разное время занимались авторы: Вовк В.С, Новиков А.И., Глаголев А.И., Удалов Д.А., Вотинцев А.В., Власов А.А., Wagner J.V., Stenning D.G., Cran J.A, Dunlop J.P., Nassar Y.M. и др. В рамках их работы приводится анализ предпосылок развития морской транспортировки КПГ, дается описание зарубежных технологий транспортировки КПГ и современных проектов транспортировки КПГ, предложены модели оценки сравнительной эффективности морской транспортировки сжиженного и сжатого природного газа.

Актуальность заключается в том, что в связи с политическими, экономическими и технологическими рисками, а также недостаточным вниманием к технологиям быстрой заправки судов-газовозов с многочисленными емкостями, существует необходимость применения способа транспортировки КПГ. Наибольший интерес вызывает способ погрузки/разгрузки в море. В связи с этим предлагается концептуальный проект морского хранилища-причала. Использование хранилища позволит снизить неравномерность отбора газа от магистрального газопровода (отвода), исключить пиковые нагрузки на систему компримирования газа, а также ускорить процесс загрузки судов КПГ.

Разработанное устройство относится к области хранения компримированного природного газа и может быть использовано для его накопления, хранения и выдачи (рисунок 1). Устройство для хранения компримированного (сжатого) природного газа в море (морское хранилище), содержащее  стальные и/или композитные трубы, баллоны или иные герметичные емкости, в которых аккумулируется природный газ или смеси углеводородов, под давлением в диапазоне 50 – 300 атм., устройства для закачки и выгрузки углеводородов, отличающееся тем, что с целью повышения безопасности хранения и уменьшения площади и объема, занимаемого хранилищем, оно размещается на дне моря, под или на поверхности моря или иного водоема на безопасном расстоянии от портовых сооружений.

Морское хранилище состоит из стальных емкостей для хранения КПГ 1. Емкости для хранения КПГ разделены на блоки 2 и покрыты кевларом 3. Блоки соединены друг с другом газовыми магистралями высокого давления 4 с уравнительными 5, защитными 6 и обратными клапанами 7. В промежутках между трубами размещаются трубы 8, содержащие пламегасящий газ, под давлением. Cами блоки соединены с утяжеляющее основание 9. Сбоку располагаются съемные якорные системы для закрепления хранилища на дне водоема 10. С целью защиты от коррозии, применяются алюминиево-магниевые протекторы 11, соединенные с каждым слоем электрической связью. В верхней части хранилища находится устройство для закачки и выгрузки газа (дожимным компрессором высокого давления) 12. Внизу находится подводящий двуниточный газопровод 13.

Природный газ, имеющий давление 50-100 атм., поступает на дожимной компрессор 12, где дожимается до требуемого давления (300 атм.). От дожимного компрессора природный газ под давлением 300 атм. через магистрали высокого давления 4 поступает к морскому хранилищу 1, расчетная емкость которого принята равной 50 млн. м³ газа при давлении 1 атм. или 17 тыс. м³ компримированного газа. Такая емкость позволяет одновременно заправлять два судна КПГ емкостью 20 млн. м³. Трубы в хранилище располагаются горизонтально, причем трубы в каждом слое 2 (или группе слоев) связаны друг с другом магистралями высокого давления 4 и представляют собой единую емкость, а слои расположены взаимно перпендикулярно друг к другу. Каждый слой труб связан с трубопроводом 4, обеспечивающим необходимое давление в трубах. По мере уменьшения давления (критическое уменьшение составляет 10 %) запускается компрессор 12, который вновь доводит давление до номинального. Таким образом, осуществляется одновременная заправка количества емкостей на судне, равном количеству слоев труб. Процесс заканчивается, когда заполнены газом под необходимым давлением транспортные емкости на судне КПГ.

Сформулированы требования к морскому хранилищу-причалу. Показано, что без использования хранилища-причала время заправки газовоза существенно возрастет, а экономическая эффективность транспортировки компримированного газа понизится за счет значительного времени загрузки-разгрузки судна-газовоза. Произведены расчеты количества труб в хранилище компримированного газа и расчет плаучести хранилища.

Обоснована возможность применения программного комплекса REFPROP для автоматизации подбора состава многокомпонентной углеводородной смеси для дальнейшего использования при выбранном диапазоне температур и давлений. Рассмотрен порядок использования комплекса на примере фазовых равновесий многокомпонентной смеси углеводородов.

Фазовая диаграмма P-T (давление – температура) многокомпонентной углеводородной смеси (Рисунок 2), построенная в программе REFPROP ver. 9.1.

Таким образом, данное исследование фазовых состояний многокомпонентных смесей углеводородов с использованием метода численного эксперимента позволяет отказаться от большого количества лабораторных испытаний, а также определить изменение параметров углеводородных смесей в зависимости от состава перекачиваемой смеси и определить эти параметры для дальнейшего транспортирования. В дальнейших исследованиях мы рассмотрим изменение теплофизических свойств многокомпонентных углеводородных смесей в зависимости от их состава.

Заключение.  

1) Проанализированы имеющиеся исследования и разработки в области транспортировки КПГ, рассмотрены суда-газовозы КПГ.

2) Предложены технические решения по морской транспортировке компримированного природного газа и его хранения, произведены расчеты хранилища компримированного газа.

3) Изменение состава смеси метана и тяжелых углеводородов позволяет при приемлемых температурах и давления хранилищ.

4) Даны рекомендации по использованию морского хранилища.