A földgáz szállítása

A földgáz hatékony és eredményes szállítása a kitermelő régiókból a fogyasztó régiókba kiterjedt és kidolgozott szállítási rendszert igényel. Sok esetben egy adott kútból kitermelt földgáznak nagy távolságot kell megtennie, hogy elérje a felhasználási helyét. A földgázszállító rendszer összetett csővezeték-hálózatból áll, amelyet arra terveztek, hogy a földgázt gyorsan és hatékonyan szállítsa a származási helyéről a nagy földgázigényű területekre. A földgáz szállítása szorosan kapcsolódik a tárolásához: ha a szállított földgázra nincs azonnali szükség, akkor tároló létesítményekbe helyezhető el arra az időre, amikor szükség lesz rá.

A szállítási útvonal mentén három fő csővezetéktípus létezik: a gyűjtőrendszer, az államközi csővezetékrendszer és az elosztórendszer. A gyűjtőrendszer alacsony nyomású, kis átmérőjű csővezetékekből áll, amelyek a nyers földgázt a kútfőtől a feldolgozóüzemig szállítják. Ha egy adott kútból származó földgáznak magas a kén- és szén-dioxid-tartalma (savanyú gáz), speciális savanyúgáz-gyűjtőcsövet kell telepíteni. A savanyú gáz maró hatású, ezért a kútfejből az édesítő üzembe történő szállítását körültekintően kell végezni. Tekintse át a földgáz kezelését és feldolgozását.

A csővezetékeket államközi vagy államon belüli vezetékekként lehet jellemezni. Az államközi csővezetékek hasonlóak az államközi autópálya-rendszerhez: a földgázt államhatárokon át, egyes esetekben az egész országon keresztül szállítják. Az államon belüli csővezetékek ezzel szemben egy adott államon belül szállítják a földgázt. Ez a szakasz csak az államközi földgázvezetékek alapjaival foglalkozik, azonban a tárgyalt műszaki és üzemeltetési részletek lényegében ugyanazok, mint az államon belüli vezetékek esetében.

Az államközi földgázvezetékek

Az államközi földgázvezetékek

Forrás: Az államközi földgázvezeték-hálózat a feldolgozott földgázt a termelő régiók feldolgozó üzemeiből a nagy földgázigényű területek, különösen a nagy, lakott városi területek felé szállítja. Mint látható, a csővezetékhálózat az egész országot átszeli.
Az államközi csővezetékek a földgázszállítás “autópályái”. Az államközi csővezetékeken keresztül szállított földgáz nagy nyomáson halad a csővezetékben, 200 és 1500 font per négyzet hüvelyk (psi) közötti nyomáson. Ez csökkenti a szállított földgáz térfogatát (akár 600-szorosára), valamint a földgázt a csővezetéken keresztül hajtja.”

Ez a szakasz az államközi csővezetékrendszer összetevőivel, a csővezetékek építésével, valamint a csővezetékek ellenőrzésével és biztonságával foglalkozik. Az államközi csővezetékekről általában további információkért kattintson ide, és látogasson el az Interstate Natural Gas Association of America honlapjára.

A csővezetékek összetevői

Az államközi csővezetékek számos összetevőből állnak, amelyek biztosítják egy olyan rendszer hatékonyságát és megbízhatóságát, amely ilyen fontos energiaforrást szállít egész évben, a nap huszonnégy órájában, és számos különböző alkotóelemet tartalmaz.

Transzportvezetékek

Transzportvezetékek

Forrás: Duke Energy Gas Transmission Canada

A szállítócsövek átmérője funkciójuktól függően 6 és 48 hüvelyk között lehet. Egyes komponens csőszakaszok akár kis átmérőjű, akár 0,5 hüvelyk átmérőjű csövekből is állhatnak. Ezt a kis átmérőjű csövet azonban általában csak a gyűjtő- és elosztórendszerekben használják. A fővezetéki átviteli csövek, egy adott rendszer fő csővezetékei általában 16 és 48 hüvelyk közötti átmérőjűek. A mellékvezetékek, amelyek földgázt szállítanak a fővezetékbe vagy a fővezetékről, általában 6 és 16 hüvelyk közötti átmérőjűek. A legtöbb nagy államközi csővezeték átmérője 24 és 36 hüvelyk között van. Maga a csővezeték, amelyet általában “vezetékcsőnek” neveznek, erős szénacél anyagból készül, amelyet az American Petroleum Institute (API) által meghatározott szabványoknak megfelelően terveznek. Ezzel szemben egyes elosztócsövek magasan fejlett műanyagból készülnek, a rugalmasság, a sokoldalúság és a könnyű cserélhetőség igénye miatt.

A szállítóvezetékeket acélművekben gyártják, amelyek néha csak csővezetékek gyártására specializálódnak. Két különböző gyártási eljárás létezik, egy a kis átmérőjű csövekhez és egy a nagy átmérőjű csövekhez. A nagy átmérőjű, 20 és 42 hüvelyk közötti átmérőjű csövek esetében a csöveket fémlemezekből állítják elő, amelyeket cső alakúra hajtogatnak, és a végeket összehegesztik, hogy csőszakaszt alkossanak. A kis átmérőjű csövek ezzel szemben varratmentesen gyárthatók. Ehhez egy fémrudat nagyon magas hőmérsékletre kell hevíteni, majd a rúd közepén lyukat kell ütni, hogy üreges cső keletkezzen. Mindkét esetben a csövet az acélműből való elszállítás előtt megvizsgálják, hogy megfeleljen a földgáz szállítására vonatkozó nyomás- és szilárdsági előírásoknak.

A vezetékcsöveket speciális bevonattal is bevonják, hogy a földbe helyezés után ne korrodálódjanak. A bevonat célja, hogy megvédje a csövet a nedvességtől, amely korróziót és rozsdásodást okoz. Számos különböző bevonási technika létezik. A múltban a csővezetékeket speciális kőszénkátrányos zománccal vonták be. Manapság a csöveket gyakran úgynevezett fúziós kötésű epoxival védik, amely feltűnő világoskék színt ad a csőnek. Ezenkívül gyakran alkalmaznak katódos védelmet is; ez egy olyan technika, amely során elektromos áramot vezetnek át a csöveken a korrózió és a rozsdásodás ellen.

Sűrítőállomások

Amint említettük, a földgáz nagy nyomás alatt van, amikor egy államközi csővezetéken keresztül halad. Annak biztosítása érdekében, hogy a bármelyik csővezetéken keresztül áramló földgáz nyomás alatt maradjon, a földgáznak a csővezeték mentén időszakosan kompresszióra van szükség. Ezt kompresszorállomások végzik, amelyeket általában 40-100 mérföldes időközönként helyeznek el a vezeték mentén. A földgáz belép a kompresszorállomásra, ahol egy turbina, motor vagy motor segítségével sűrítik össze.

A kompresszorállomás

Forrás: Duke Energy Gas Transmission Canada

A turbinakompresszorok az általuk sűrített földgáz kis részének felhasználásával nyerik energiájukat. Maga a turbina egy centrifugális kompresszor működtetésére szolgál, amely egyfajta ventilátort tartalmaz, amely a földgázt összenyomja és átpumpálja a csővezetéken. Egyes kompresszorállomásokat úgy működtetnek, hogy egy villanymotorral működtetik az ugyanilyen típusú centrifugális kompresszort. Ez a fajta sűrítés nem igényli a csővezetékből származó földgáz felhasználását, azonban megbízható áramforrásra van szükség a közelben. Néhány kompresszorállomás meghajtására dugattyús földgázmotorokat is használnak. Ezek a motorok egy nagyon nagy autómotorhoz hasonlítanak, és a csővezetékből származó földgázzal működnek. A földgáz elégetése hajtja meg a motor külső oldalán lévő dugattyúkat, amelyek a földgáz összenyomására szolgálnak.

A földgáz összenyomása mellett a kompresszorállomások általában valamilyen folyadékleválasztót is tartalmaznak, hasonlóan azokhoz, amelyeket a földgáz feldolgozásakor annak dehidratálására használnak. Ezek a szeparátorok általában mosókból és szűrőkből állnak, amelyek a csővezetékben lévő földgázból a folyadékokat vagy más nem kívánt részecskéket felfogják. Bár a csővezetékekben a földgáz “száraz” gáznak minősül, nem ritka, hogy bizonyos mennyiségű víz és szénhidrogén kondenzálódik ki a gázáramból a szállítás során. A kompresszorállomásokon lévő folyadékleválasztók biztosítják, hogy a csővezetékben lévő földgáz a lehető legtisztább legyen, és általában a tömörítés előtt megszűrik a gázt.

Mérőállomások

A földgáznak a térfogat csökkentése és a csövön való átnyomása érdekében történő tömörítése mellett az államközi földgázvezetékek mentén időszakosan mérőállomásokat helyeznek el. Ezek az állomások lehetővé teszik a csővezeték-társaságok számára a csővezetékeikben lévő földgáz mennyiségének ellenőrzését. Lényegében ezek a mérőállomások mérik a gáz áramlását a csővezetéken, és lehetővé teszik a csővezeték-társaságok számára, hogy “nyomon kövessék” a földgáz áramlását a csővezetéken. Ezek a mérőállomások speciális mérőket alkalmaznak a földgáz mérésére, miközben az a csővezetéken keresztül áramlik, anélkül, hogy akadályoznák annak mozgását.

Szelepek

A földi szelep

Forrás: Duke Energy Gas Transmission Canada

Az államközi csővezetékek teljes hosszukban nagyszámú szelepet tartalmaznak. Ezek a szelepek úgy működnek, mint a kapuk; általában nyitva vannak, és szabadon engedik a földgázt áramlani, vagy a gázáramlás megállítására szolgálnak egy bizonyos csőszakaszon. Számos oka lehet annak, hogy egy csővezetéknek bizonyos területeken korlátoznia kell a gázáramlást. Ha például egy csőszakaszon csere vagy karbantartás szükséges, a csőszakasz mindkét végén lévő szelepeket el lehet zárni, hogy a mérnökök és a munkások biztonságosan hozzáférhessenek. Ezeket a nagyméretű szelepeket a csővezeték mentén 5-20 mérföldenként lehet elhelyezni, és a biztonsági előírások szabályozzák őket.

Vezérlőállomások és SCADA-rendszerek

A földgázvezeték-vállalatoknak a csővezeték mindkét végén vannak ügyfeleik – a termelők és feldolgozók, akik a gázt a csővezetékbe juttatják, valamint a fogyasztók és a helyi gázszolgáltatók, akik a csővezetékből veszik ki a gázt. A csővezetékbe kerülő földgáz kezeléséhez, valamint annak biztosításához, hogy minden fogyasztó időben megkapja a neki járó gázmennyiséget, kifinomult vezérlőrendszerekre van szükség a gáz nyomon követéséhez, miközben az egy igen hosszú csőhálózat minden szakaszán áthalad. A csővezetéken áthaladó földgáz felügyeletének és ellenőrzésének e feladatának elvégzése érdekében a központi gázvezérlő állomások összegyűjtik, feldolgozzák és kezelik a csővezeték mentén található ellenőrző és kompresszorállomásokról érkező adatokat.

Csővezetékvezérlő állomás

Forrás: Duke Energy Gas Transmission Canada

A legtöbb adatot, amelyet egy vezérlőállomás kap, a felügyeleti ellenőrző és adatgyűjtő rendszerek (SCADA) szolgáltatják. Ezek a rendszerek lényegében kifinomult kommunikációs rendszerek, amelyek méréseket végeznek és adatokat gyűjtenek a csővezeték mentén (általában egy mérő- vagy kompresszorállomáson és szelepeken), és továbbítják azokat a központi vezérlőállomásra. A csővezetéken áthaladó áramlási sebesség, az üzemállapot, a nyomás és a hőmérséklet leolvasása mind felhasználható a csővezeték mindenkori állapotának értékelésére. Ezek a rendszerek szintén valós időben működnek, ami azt jelenti, hogy a csővezeték mentén végzett mérések és a vezérlőállomásra történő továbbításuk között csak kis késleltetés van.
Az adatokat továbbítják a központi vezérlőállomásra, így a csővezeték mérnökei mindig pontosan tudják, hogy mi történik a csővezetéken. Ez lehetővé teszi a gyors reagálást a berendezések meghibásodására, szivárgásokra vagy bármilyen más szokatlan tevékenységre a csővezeték mentén. Egyes SCADA-rendszerek a csővezeték mentén lévő bizonyos berendezések, például kompresszorállomások távoli működtetésére is képesek, így a központi irányítóközpontban dolgozó mérnökök azonnal és egyszerűen beállíthatják a csővezeték áramlási sebességét.

Vezetéképítés

A földgázfelhasználás növekedésével párhuzamosan szükség van a szállítási infrastruktúrára is a megnövekedett kereslet kielégítésére. Ez azt jelenti, hogy a csővezeték-társaságok folyamatosan felmérik a földgáz áramlását az Egyesült Államokban, és olyan csővezetékeket építenek, amelyek lehetővé teszik a földgáz szállítását az alulellátott területekre.

A nyomvonal felmérése

Forrás: Duke Energy Gas Transmission Canada

A földgázvezetékek építése nagyfokú tervezést és előkészítést igényel. A vezeték tényleges megépítése mellett számos engedélyezési és szabályozási folyamatot kell lefolytatni. Sok esetben az engedélyezési és földterület-hozzáférési eljárások megkezdése előtt a földgázvezeték-társaságok megvalósíthatósági elemzést készítenek annak biztosítására, hogy a vezeték számára létezik olyan elfogadható útvonal, amely a lehető legkisebb hatást gyakorolja a környezetre és a már meglévő közcélú infrastruktúrára.

Mivel a vezetéktársaság minden szükséges engedélyt megszerzett és minden szabályozási követelménynek eleget tett, megkezdődhet a vezeték építése. A tervezett útvonal kiterjedt légi és szárazföldi felmérését végzik el annak érdekében, hogy a csővezeték tényleges összeszerelése során ne érjék meglepetések.

A csővezeték telepítése olyan, mint egy futószalag, a csővezeték szakaszai szakaszosan készülnek el. Először a csővezeték útvonalát megtisztítják minden eltávolítható akadálytól, beleértve a fákat, sziklákat, bozótot és bármi mást, ami akadályozhatja az építkezést. Miután a csővezeték útvonalát kellőképpen megtisztították ahhoz, hogy a munkagépek hozzáférhessenek, a csőszakaszokat a tervezett útvonal mentén fektetik le, ezt a folyamatot nevezik a csövek “felfűzésének”. Ezek a csőszakaszok általában 40-80 láb hosszúak, és a rendeltetési helyükhöz igazodnak. Ez azt jelenti, hogy bizonyos területeken eltérő követelmények vonatkoznak a bevonat anyagára és a csővastagságra.

“A cső felfűzése”

Forrás: Duke Energy Gas Transmission Canada

Mihelyt a cső a helyén van, a lefektetett cső mellett árkokat ásnak. Ezek az árkok általában öt-hat láb mélyek, mivel az előírások szerint a csőnek legalább 30 hüvelykkel a felszín alatt kell lennie. Bizonyos területeken azonban, beleértve az útkereszteződéseket és a víztesteket, a csövet még mélyebbre ássák. Miután az árkokat kiásták, a csövet összeszerelik és kontúrozzák. Ez magában foglalja a csőszakaszok egybehegesztését egyetlen egybefüggő csővezetékké, és szükség esetén a csöveket kissé meghajlítják, hogy illeszkedjenek a csővezeték útvonalának kontúrjához. A csövek végeit bevonattal látják el. A bevonóüzemben felhordott bevonat jellemzően tisztán hagyja a cső végeit, hogy ne zavarja a hegesztést. Végül a cső teljes bevonatát ellenőrzik, hogy a cső hibátlan legyen.

Amikor a cső hegesztve, hajlítva, bevonva és ellenőrizve van, le lehet engedni az előzőleg kiásott árkokba. Ezt speciális építőipari berendezésekkel végzik, amelyek a cső vízszintes felemelésére és az árokba történő leeresztésére szolgálnak. A földbe süllyesztés után az árkot gondosan feltöltik, hogy a cső és bevonata megőrizze épségét. A csővezeték építésének utolsó lépése a hidrosztatikai próba. Ennek során a földgázszállításhoz szükségesnél nagyobb nyomású vizet vezetnek végig a cső teljes hosszán. Ez egy olyan tesztként szolgál, amely biztosítja, hogy a csővezeték elég erős, és nincsenek benne szivárgások vagy repedések, mielőtt a földgázt átszivattyúzzák a csővezetéken.

Csőleeresztés

Forrás: Duke Energy Gas Transmission Canada

A cső fektetése patakokon vagy folyókon keresztül kétféleképpen történhet. A nyílt vágású átvezetés során árkokat ásnak a folyó fenekén a cső elhelyezésére. Ilyenkor magát a csövet általában betonburkolattal látják el, amely egyrészt biztosítja, hogy a cső a folyó fenekén maradjon, másrészt extra védőréteggel látja el, amely megakadályozza, hogy a földgáz a vízbe szivárogjon. Alternatív megoldásként egyfajta irányított fúrást is alkalmazhatnak, amelynek során egy “alagutat” fúrnak a folyó alá, amelyen keresztül a cső átvezethető. Ugyanezeket a technikákat alkalmazzák az utak keresztezésénél is – vagy egy nyílt árkot ásnak ki az úton, amelyet a cső telepítése után visszahelyeznek, vagy alagutat fúrnak az út alá.

A csővezeték telepítése és lefedése után kiterjedt erőfeszítéseket tesznek a csővezeték útvonalának eredeti állapotának helyreállítására, illetve az építési folyamat során esetlegesen felmerült környezeti vagy egyéb hatások mérséklésére. Ezek a lépések gyakran magukban foglalják a termőtalaj, a kerítések, az öntözőcsatornák és minden egyéb olyan dolog pótlását, amelyet az építési folyamat során eltávolítottak vagy felborítottak. A földgázvezeték-építéssel kapcsolatos további információkért látogasson el az Interstate Natural Gas Association of America honlapjára.

Pipeline Inspection and Safety

Pig – Pipeline Inspection Tool

Forrás: Duke Energy Gas Transmission Canada

A földgázvezetékek kiterjedt hálózatának hatékony és biztonságos működése érdekében a csővezeték-társaságok rendszeresen ellenőrzik csővezetékeiket korrózió és hibák szempontjából. Ezt az “intelligens malacok” néven ismert, kifinomult berendezések segítségével végzik. Az intelligens malacok olyan intelligens roboteszközök, amelyeket a csővezetékekbe hajtanak, hogy megvizsgálják a cső belsejét. Az intelligens malacok képesek a cső vastagságának és gömbölyűségének vizsgálatára, a korrózió jeleinek ellenőrzésére, apró szivárgások észlelésére, valamint a csővezeték belsejében található bármely más olyan hiba felderítésére, amely akadályozhatja a gázáramlást, vagy potenciális biztonsági kockázatot jelenthet a csővezeték működésére nézve. Az intelligens malacok leküldését a csővezetéken “malacozásnak” nevezik.

Az intelligens malacokkal történő ellenőrzés mellett számos biztonsági óvintézkedés és eljárás van érvényben a balesetveszély minimalizálása érdekében. Valójában a földgázszállítás az egyik legbiztonságosabb módja az energiaszállításnak, főként annak köszönhetően, hogy az infrastruktúra rögzített, és a föld alá van temetve. A Közlekedési Minisztérium (DOT) szerint a csővezetékek a kőolaj és a földgáz szállításának legbiztonságosabb módszere. Míg az elektromos távvezetékekkel kapcsolatban évente több mint 100 haláleset történik, a DOT csővezetékbiztonsági hivatala szerint 2009-ben az átviteli csővezetékekkel kapcsolatban 0 haláleset történt, az elosztórendszerekkel kapcsolatban pedig 10 haláleset. Ha többet szeretne megtudni a csővezetékek biztonságáról, látogasson el a DOT csővezetékbiztonsági hivatalába.

A földgázvezetékekkel kapcsolatos biztonsági óvintézkedések közül néhány:

• Légi őrjáratok – Repülőgépekkel biztosítják, hogy a csővezeték útvonalához túl közel, különösen a lakott területeken ne folyjon építési tevékenység. Az INGAA szerint az INGAA
• Szivárgásérzékelés – A földgázérzékelő berendezéseket a földgázvezeték személyzete a felszínen rendszeresen használja a szivárgások ellenőrzésére. Ez különösen fontos azokon a területeken, ahol a földgáznak nincs szaga.
• Csővezetékjelzők – A földgázvezetékek felett a felszínen elhelyezett jelek jelzik a földalatti vezetékek jelenlétét a lakosság számára, hogy csökkentsék a vezetékkel való bármilyen beavatkozás esélyét.
• Gázmintavétel – A csővezetékekben lévő földgáz rutinszerű mintavétele biztosítja annak minőségét, és jelezheti a csővezeték belsejének korrózióját vagy szennyező anyagok beáramlását is.
• Megelőző karbantartás – Ez magában foglalja a szelepek vizsgálatát és a csővezeték ellenőrzését akadályozó felszíni akadályok eltávolítását.
• Vészhelyzeti reagálás – A csővezetékekkel foglalkozó vállalatok kiterjedt vészhelyzeti reagáló csapatokkal rendelkeznek, amelyek a lehetséges balesetek és vészhelyzetek széles körére felkészülnek.
• Az egy hívás program – Mind az 50 államban bevezették az úgynevezett “egy hívás” programot, amely a földmunkások, építőmunkások és a csővezeték körüli földmunkák iránt érdeklődők számára egyetlen telefonszámot biztosít, amelyet bármilyen ásatási tevékenység tervezésekor fel lehet hívni. Ez a hívás riasztja a csővezeték-társaságot, amely megjelölheti a területet, vagy akár képviselőket is küldhet az ásás ellenőrzésére. Az egy hívásra szolgáló országos 3 számjegyű szám a “811.”

Míg a nagy államközi földgázvezetékek a feldolgozó régiókból a fogyasztó régiókba szállítják a földgázt, és közvetlenül kiszolgálhatják a nagy nagykereskedelmi felhasználókat, például az ipari vagy energiatermelő ügyfeleket, az elosztórendszer az, amely a földgázt ténylegesen eljuttatja a legtöbb kiskereskedelmi fogyasztóhoz, beleértve a lakossági földgázfelhasználókat is.