天然ガスの輸送
天然ガスを生産地域から消費地域へ効率的かつ効果的に移動するには、大規模で精巧な輸送システムを必要とします。 多くの場合、特定の油井から生産された天然ガスは、その使用地点に到達するために長距離を移動しなければならない。 天然ガスの輸送システムは、パイプラインの複雑なネットワークで構成されており、天然ガスを原産地から天然ガス需要の多い地域まで迅速かつ効率的に輸送するよう設計されている。 天然ガスの輸送は貯蔵と密接な関係があり、輸送中の天然ガスがすぐに必要でない場合は、必要なときのために貯蔵施設に入れることができる。
輸送ルートには、収集システム、州間パイプラインシステム、流通システムという3種類の主要パイプラインがある。 採集系は、低圧で小口径のパイプラインで構成され、原料の天然ガスを井戸端から処理場まで輸送する。 このうち、硫黄分や二酸化炭素を多く含む天然ガス（サワーガス）は、専用のサワーガス回収パイプを設置する必要がある。 サワーガスは腐食性があるため、坑口からスイートニングプラントまでの輸送には注意が必要です。 天然ガスの処理・加工を見直す
パイプラインは、州内と州外の2つの特徴があります。 州間パイプラインは、州間高速道路システムと同様、州境を越えて天然ガスを運び、場合によっては国土を横断することもあります。 一方、州内パイプラインは、特定の州内で天然ガスを輸送するものです。 このセクションでは、州間天然ガスパイプラインの基礎のみを説明しますが、説明する技術的および運用上の詳細は、州内パイプラインと基本的に同じです。
州間天然ガスパイプライン
州間天然ガスパイプライン
出典:Source.Netscape: DOE National Energy Technology Laboratory
州間天然ガスパイプラインネットワークは、生産地域の処理工場から天然ガス需要の高い地域、特に人口の多い大都市圏に処理した天然ガスを輸送しています。 見てわかるように、パイプライン・ネットワークは国全体に広がっています。
州間パイプラインは、天然ガス輸送の「高速道路」なのです。 州間パイプラインで輸送される天然ガスは、パイプライン内を200～1500ポンド/平方インチ（psi）の高圧で移動します。 これにより、輸送される天然ガスの体積が（最大600倍）減少し、パイプラインを通じて天然ガスが推進されます。
このセクションでは、州間パイプラインシステムの構成要素、パイプラインの建設、パイプライン検査と安全性について説明します。 州間パイプライン全般に関する詳しい情報は、Interstate Natural Gas Association of Americaのウェブサイトをご覧ください。
パイプライン コンポーネント
州間パイプラインは、1 日 24 時間、年間を通してこのような重要なエネルギー源を供給するシステムの効率性と信頼性を確保するため、多くの異なるコンポーネントで構成されています。
Transmission Pipes
Pipes in Transit
Source: Duke Energy Gas Transmission Canada
輸送用パイプは、機能に応じて直径6インチから48インチの大きさになることがあります。 一部のパイプセクションは、直径0.5インチという小径のパイプで構成されていることもあります。 しかし、この小径パイプは通常、集合・配電システムでのみ使用される。 幹線送電管は、あるシステムの主要なパイプラインで、通常、直径16〜48インチである。 幹線に、あるいは幹線から天然ガスを供給する側線パイプラインは、通常、直径6〜16インチである。 主要な州間パイプラインのほとんどは、直径が24〜36インチです。 実際のパイプライン自体は、一般に「ラインパイプ」と呼ばれ、米国石油協会（API）が定めた規格を満たすように設計された、丈夫な炭素鋼材で構成されています。 一方、配電管には、柔軟性、汎用性、交換の容易さなどの必要性から、高度なプラスチック製のものもある。
配電管は製鋼所で生産されるが、製鋼所がパイプラインだけを専門に生産している場合もある。 製造方法は、小径管用と大径管用の2種類がある。 直径20インチから42インチまでの大口径パイプは、金属の板を管状に折り曲げ、両端を溶接してパイプ部分を形成して製造する。 一方、小口径のパイプは継ぎ目なく生産することができる。 これは、金属の棒を高温で加熱し、棒の真ん中に穴を開けて、中空の管を作るものである。 いずれの場合も、製鉄所から出荷される前に、天然ガスを輸送するための圧力や強度の規格を満たすかどうかがテストされます。
ラインパイプには、地中に埋設した後に腐食しないように、専用のコーティングが施されます。 コーティングの目的は、腐食やサビの原因となる湿気からパイプを守ることです。 コーティングの技術にはさまざまなものがある。 昔は、パイプラインに専用のコールタールエナメルが塗られていました。 現在では、フュージョンボンドエポキシと呼ばれる、パイプの色が水色で目立つもので保護することが多いようです。 7012>
コンプレッサー・ステーション
前述のように、天然ガスは州間パイプラインを通る際に高い圧力がかかります。 あるパイプラインを流れる天然ガスが加圧されたままであることを保証するために、この天然ガスをパイプに沿って定期的に圧縮することが必要である。 この圧縮は、通常パイプラインに沿って40〜100マイル間隔で設置されるコンプレッサーステーションによって行われる。 天然ガスはコンプレッサーステーションに入り、タービン、モーター、またはエンジンによって圧縮されます。
A Compressor Station
Source: Duke Energy Gas Transmission Canada
タービン・コンプレッサーは、圧縮する天然ガスのわずかな割合を使い切ることでエネルギーを得ているのである。 タービン自体は遠心式コンプレッサを作動させる役割を果たし、その中には圧縮してパイプラインを通じて天然ガスを送り出すファンの一種が含まれています。 コンプレッサーステーションの中には、電気モーターを使って同じタイプの遠心式コンプレッサーを回転させるものもあります。 このタイプの圧縮機では、パイプラインからの天然ガスを一切使用する必要はないが、近くに信頼できる電力源が必要である。 また、レシプロ式天然ガスエンジンも一部のコンプレッサーステーションで使用されている。 このエンジンは、自動車のエンジンを大きくしたようなもので、パイプラインからの天然ガスを動力源としています。
天然ガスを圧縮することに加えて、圧縮機ステーションは通常、天然ガス処理中に脱水するために使用されるものと同じように、ある種の液体分離器も含んでいます。 通常、これらの分離器は、パイプライン内の天然ガスから液体やその他の不要な粒子を捕捉するスクラバーとフィルターで構成されています。 パイプライン内の天然ガスは「乾燥した」ガスと考えられていますが、輸送中にガス流から一定量の水と炭化水素が凝縮されることは珍しくありません。 7012>
測定ステーション
天然ガスを圧縮して体積を減らし、パイプを通して押し出すことに加えて、測定ステーションが州間天然ガスパイプラインに沿って定期的に配置されています。 これらのステーションにより、パイプライン会社はパイプ内の天然ガスを監視することができます。 基本的に、これらの計測ステーションは、パイプラインに沿ったガスの流れを測定し、パイプライン会社がパイプラインに沿って流れる天然ガスを「追跡」することを可能にします。 7012>
バルブ
グランドバルブ
出典: BIGLOBEニュース。 Duke Energy Gas Transmission Canada
州境のパイプラインには、全長にわたって非常に多くのバルブがあります。 これらのバルブはゲートウェイのように機能し、通常は開いていて天然ガスが自由に流れるようになっていますが、パイプの特定のセクションに沿ってガスの流れを止めるために使用されることもあります。 パイプラインが特定の区域でガスの流れを制限する必要がある理由はたくさんあります。 例えば、パイプの一部を交換したりメンテナンスする必要がある場合、エンジニアや作業員が安全にアクセスできるように、パイプの両端にあるバルブを閉じることができます。 これらの大型バルブは、パイプラインに沿って 5 ～ 20 マイルごとに設置され、安全基準による規制の対象となります。
コントロール ステーションと SCADA システム
天然ガス パイプライン会社には、パイプラインにガスを投入する生産者と処理業者、およびパイプラインからガスを取り出す消費者と地域のガス事業者という、両端に顧客が存在します。 パイプラインに入る天然ガスを管理し、すべての顧客がこのガスの一部をタイムリーに受け取れるようにするためには、非常に長いパイプラインネットワークのすべてのセクションを通過するガスを監視する高度な制御システムが必要である。 パイプラインを通過する天然ガスを監視し制御するというこのタスクを達成するために、集中型ガス制御ステーションは、パイプに沿ったすべての監視および圧縮機ステーションから受け取ったデータを収集し、同化し、管理します。 Duke Energy Gas Transmission Canada
制御ステーションが受信するデータのほとんどは、SCADA（Supervisory Control and Data Acquisition）システムから提供されます。 これらのシステムは、基本的に、パイプラインに沿って（通常は計量器またはコンプレッサーステーションとバルブで）測定を行いデータを収集し、それを集中制御ステーションに送信する高度な通信システムです。 パイプラインを流れる流量、運転状況、圧力、温度の測定値はすべて、その時々のパイプラインの状態を評価するために使用される場合があります。 これらのシステムはまた、リアルタイムで動作します。つまり、パイプラインに沿って取得された測定値と制御ステーションへの送信の間にほとんどタイムラグがありません。
データは集中制御ステーションに中継され、パイプラインエンジニアはパイプラインに沿って何が起こっているかを常に正確に把握することができます。 これにより、機器の故障や漏水、パイプライン上の異常事態に迅速に対応できるようになります。 一部の SCADA システムには、コンプレッサー・ステーションなど、パイプライン沿いの特定の機器を遠隔操作する機能も組み込まれており、集中制御センターのエンジニアはパイプラインの流量を即座に簡単に調整できます。
パイプライン建設
天然ガスの使用が増えるにつれ、需要の増加に応じた輸送インフラの整備が必要になっています。 つまり、パイプライン会社は常に米国内の天然ガスの流れを評価し、サービスが行き届いていない地域に天然ガスを輸送できるようにパイプラインを建設しています。
Surveying the Right of Way
Source.Source.Sourcing.Sourcing.Souring.Souring.Souring.Souring.Souring.Souring.Souring.Souring.Souring.Souring.Souring.Souring.Souring.Souring.Souring.Souvenir Duke Energy Gas Transmission Canada
天然ガスパイプラインの建設には、非常に多くの計画と準備が必要です。 実際にパイプラインを建設するだけでなく、いくつかの許可や規制プロセスを完了させなければなりません。 多くの場合、許可と土地アクセスプロセスを開始する前に、天然ガスパイプライン会社は、環境とすでにある公共インフラへの影響を最小限にするパイプラインの許容ルートが存在することを確認するために、実行可能性分析を準備する。 7012>
パイプラインの設置は、パイプラインのセクションが段階的に完成される組立ラインのプロセスによく似ています。 まず、パイプラインの経路から、木、岩、ブラシ、その他工事を妨げる可能性のあるものなど、取り外し可能なすべての障害物を取り除きます。 パイプラインの経路が十分に確保され、建設機械がアクセスできるようになると、パイプのセクションを意図した経路に沿って並べます。このプロセスは、パイプの「ストリング」と呼ばれます。 このパイプは、通常40〜80フィートの長さがあり、目的地に合わせて作られます。 つまり、特定の地域では、コーティング材料やパイプの厚みに対して異なる要件があります。
‘Stringing’ the Pipe
Source: Duke Energy Gas Transmission Canada
パイプが設置されると、敷設されたパイプに沿ってトレンチが掘られます。 規制により、パイプは地表から少なくとも30インチ下になければならないため、これらのトレンチは通常5～6フィートの深さです。 しかし、道路や水辺など特定の場所では、パイプはさらに深く埋設される。 溝を掘った後は、パイプを組み立て、輪郭を整えます。 パイプを溶接して一本のパイプラインにし、必要に応じてパイプラインの経路の輪郭に合うように少し曲げる。 パイプの端にコーティングを施す。 コーティング工場で施されるコーティングは、溶接の邪魔にならないように、通常、パイプの端はきれいなままにしておきます。
パイプの溶接、曲げ、コーティング、検査が終わると、あらかじめ掘られた溝の中に下ろされるようになります。 この作業は、パイプを水平に持ち上げ、溝内に降ろす働きをする専用の建設機械で行われます。 地中に下ろした後は、パイプとそのコーティングが完全な状態を保つように、慎重に溝を埋めていきます。 パイプライン建設の最後のステップは、静水圧試験です。 これは、天然ガスの輸送に必要な圧力よりも高い圧力で、パイプの全長にわたって水を流すものです。 7012>
Lowering Pipe
Source: Duke Energy Gas Transmission Canada
小川や河川にパイプを敷設するには、2つの方法のいずれかを使用します。 開削横断では、パイプを収容するために川の底に溝を掘ることになります。 これは、パイプが川の底に留まることを確実にし、天然ガスが水中に漏れるのを防ぐための特別な保護膜を追加するものです。 また、川の下に「トンネル」を掘り、そこにパイプを通すという方向性掘削も行われることがある。 パイプラインが設置され、覆われると、パイプラインの経路を元の状態に戻すか、建設過程で発生した可能性のある環境または他の影響を軽減するために、大規模な努力が行われます。 この作業には、表土、フェンス、用水路など、建設中に撤去されたり、破損した可能性のあるものを置き換えることも含まれます。 天然ガスパイプラインの建設に関する詳細については、Interstate Natural Gas Association of AmericaのWebサイトをご覧ください。
パイプライン検査と安全
Pig – Pipeline Inspection Tool
Source: Duke Energy Gas Transmission Canada
天然ガスパイプラインの広大なネットワークを効率的かつ安全に運用するために、パイプライン会社は定期的にパイプラインの腐食や欠陥を検査しています。 これは、「スマートピグ」と呼ばれる高度な機器を使用することで行われます。 スマートピグは、パイプラインの内部を評価するために推進されるインテリジェントなロボット装置です。 パイプの厚みや真円度、腐食の有無、微小な漏れの検出など、ガスの流れを妨げたり、パイプラインの運用に安全上のリスクをもたらす可能性のあるパイプライン内部のあらゆる欠陥を検査することができるのです。
スマートピグによる検査だけでなく、事故のリスクを最小限に抑えるために、さまざまな安全対策や手順が設けられています。 実際、天然ガスの輸送は、エネルギー輸送の中でも最も安全な方法の一つです。その理由のほとんどは、インフラが固定されており、地下に埋められているという事実です。 運輸省（DOT）によると、パイプラインは石油や天然ガスを輸送する方法として最も安全な方法です。 送電線に関連する死亡事故は年間100件を超えるが、DOTのパイプライン安全局によると、2009年の送電パイプラインに関連する死亡事故は0件、配電システムに関連する死亡事故は10件であった。
天然ガスパイプラインに関連する安全対策には、以下のものがあります。
- 空中パトロール-飛行機を使って、特に住宅地などパイプラインのルートの近くで建設活動が行われていないことを確認します。 INGAAによると、無許可の建設や掘削はパイプラインの安全性に対する主な脅威である。
- リーク検出-天然ガス検出装置は、パイプライン職員が定期的に地上に出て、リークがないかチェックするために使用される。
- パイプラインマーカー – 天然ガスパイプラインの上の地表の標識は、パイプラインへのいかなる干渉の可能性を減らすために、地下パイプラインの存在を一般市民に示しています。
- ガスサンプリング-パイプライン内の天然ガスの定期的なサンプリングは、その品質を保証し、パイプラインの内部の腐食や汚染物質の流入を示すかもしれません。
- 予防保守-これはバルブのテストとパイプライン検査の表面障害の除去を含んでいます。
- 緊急対応-パイプライン会社は、広範囲にわたる潜在的な事故や緊急事態の可能性を想定して訓練する、広範囲にわたる緊急対応チームを持っています。
- ワンコールプログラム-50州すべてが「ワンコール」プログラムとして知られるものを制定しており、掘削業者、建設作業員、パイプライン周辺の地面への掘削活動に興味を持つ人に、いかなる掘削活動が予定されていても電話をかけられる一つの電話番号を提供するものです。 この電話番号はパイプライン会社に通知され、会社はその地域に旗を立てたり、掘削を監視する担当者を派遣したりすることができます。
大規模な州間天然ガスパイプラインは、処理地域から消費地域へ天然ガスを輸送し、産業または発電顧客などの大規模な卸売ユーザーに直接提供することがありますが、家庭用天然ガスユーザーを含むほとんどの小売顧客に実際に天然ガスを提供するのは配電システムです。