Het vervoer van aardgas

De efficiënte en effectieve verplaatsing van aardgas van producerende regio’s naar verbruiksregio’s vereist een uitgebreid en ingewikkeld transportsysteem. In veel gevallen moet aardgas dat uit een bepaalde put wordt gewonnen, een grote afstand afleggen om de plaats van gebruik te bereiken. Het transportsysteem voor aardgas bestaat uit een complex netwerk van pijpleidingen, ontworpen om aardgas snel en efficiënt te vervoeren van de bron naar gebieden met een grote vraag naar aardgas. Het transport van aardgas is nauw verbonden met de opslag ervan: mocht het getransporteerde aardgas niet onmiddellijk nodig zijn, dan kan het worden opgeslagen voor wanneer het wel nodig is.

Er zijn drie hoofdtypen pijpleidingen langs de transportroute: het verzamelsysteem, het interstatelijke pijpleidingensysteem en het distributiesysteem. Het verzamelsysteem bestaat uit pijpleidingen met lage druk en kleine diameter die het ruwe aardgas van de put naar de verwerkingsinstallatie vervoeren. Indien het aardgas uit een bepaalde put een hoog zwavel- en kooldioxidegehalte heeft (zure gassen), moet een speciale zure-gasverzamelleiding worden geïnstalleerd. Zuur gas is corrosief en het transport ervan van de put naar de verzoetingseenheid moet dus zorgvuldig gebeuren. Bekijk de behandeling en verwerking van aardgas.

Pijpleidingen kunnen worden gekarakteriseerd als interstate of intrastate. Interstate pijpleidingen zijn vergelijkbaar met het interstate highway system: ze vervoeren aardgas over staatsgrenzen, in sommige gevallen zelfs dwars door het land. Intrastate pijpleidingen daarentegen vervoeren aardgas binnen een bepaalde staat. In dit hoofdstuk wordt alleen ingegaan op de basisprincipes van interstatelijke aardgaspijpleidingen, maar de technische en operationele details die worden besproken, zijn in wezen dezelfde voor intrastatelijke pijpleidingen.

Interstate aardgaspijpleidingen

Interstate aardgaspijpleidingen

Bron: National Energy Technology Laboratory, DOE

Het netwerk van interstatelijke aardgaspijpleidingen vervoert verwerkt aardgas van verwerkingsinstallaties in producerende regio’s naar gebieden met een grote behoefte aan aardgas, met name grote, dichtbevolkte stedelijke gebieden. Zoals men kan zien, strekt het pijpleidingennet zich uit over het hele land.
Interstate pijpleidingen zijn de “snelwegen” van het aardgastransport. Aardgas dat door interstate pijpleidingen wordt vervoerd, reist onder hoge druk door de pijpleiding, bij een druk van 200 tot 1500 pond per vierkante inch (psi). Dit verkleint het volume van het aardgas dat wordt vervoerd (tot 600 keer), en stuwt het aardgas door de pijpleiding.

Dit gedeelte behandelt de componenten van het interstate pijpleidingensysteem, de constructie van pijpleidingen, en de inspectie en veiligheid van pijpleidingen. Voor meer informatie over interstate pijpleidingen in het algemeen, klik hier om de website van de Interstate Natural Gas Association of America te bezoeken.

Pijpleidingcomponenten

Interstate pijpleidingen bestaan uit een aantal componenten die zorgen voor de efficiëntie en betrouwbaarheid van een systeem dat zo’n belangrijke energiebron levert, het hele jaar door, vierentwintig uur per dag, en omvat een aantal verschillende componenten.

Transmissiepijpen

Pijpen in doorvoer

Bron: Duke Energy Gas Transmission Canada

Transmissiepijpen kunnen een diameter hebben van 6 tot 48 inch, afhankelijk van hun functie. Bepaalde leidingdelen kunnen zelfs bestaan uit buizen met een kleine diameter, zo klein als 0,5 duim in diameter. Deze buizen met een kleine diameter worden gewoonlijk echter alleen gebruikt in verzamel- en distributiesystemen. Mainline-transportleidingen, de belangrijkste pijpleiding in een bepaald systeem, hebben gewoonlijk een diameter tussen 16 en 48 inch. Laterale pijpleidingen, die aardgas leveren aan of van de hoofdleiding, hebben gewoonlijk een diameter tussen 6 en 16 inch. De meeste grote interstatelijke pijpleidingen hebben een diameter tussen 24 en 36 inch. De eigenlijke pijpleiding zelf, gewoonlijk “line pipe” genoemd, bestaat uit een sterk koolstofstalen materiaal, ontworpen om te voldoen aan de normen die zijn vastgesteld door het American Petroleum Institute (API). Daarentegen wordt sommige distributiepijp gemaakt van zeer geavanceerde kunststof, vanwege de behoefte aan flexibiliteit, veelzijdigheid en het gemak van vervanging.

Transmissiepijpleidingen worden geproduceerd in staalfabrieken, die soms gespecialiseerd zijn om alleen pijpleiding te produceren. Er zijn twee verschillende productietechnieken, een voor buizen met een kleine diameter en een voor buizen met een grote diameter. Voor pijpleidingen met een grote diameter, van 20 tot 42 inch, worden de pijpen vervaardigd uit metalen platen die tot een buisvorm worden gevouwen, waarbij de uiteinden aan elkaar worden gelast om een pijpsectie te vormen. Pijpen met een kleine diameter kunnen daarentegen naadloos worden vervaardigd. Hiervoor wordt een metalen staaf tot zeer hoge temperaturen verhit, waarna door het midden van de staaf een gat wordt geponst om een holle buis te verkrijgen. In beide gevallen wordt de pijp getest voordat hij vanuit de staalfabriek wordt verscheept, om ervoor te zorgen dat hij kan voldoen aan de druk- en sterkte-eisen voor het transport van aardgas.

Lijnpijp wordt ook bedekt met een gespecialiseerde coating om ervoor te zorgen dat hij niet corrodeert zodra hij in de grond is geplaatst. Het doel van de coating is de pijp te beschermen tegen vocht, dat corrosie en roesten veroorzaakt. Er zijn een aantal verschillende coatingtechnieken. In het verleden werden pijpleidingen gecoat met gespecialiseerd koolteerverglazuur. Tegenwoordig worden pijpleidingen vaak beschermd met een zogenaamde fusion bond epoxy, die de pijp een opvallende lichtblauwe kleur geeft. Daarnaast wordt vaak kathodische bescherming gebruikt, een techniek waarbij een elektrische stroom door de pijp wordt geleid om corrosie en roesten tegen te gaan.

Compressorstations

Zoals gezegd staat aardgas onder hoge druk als het door een interstate pijpleiding gaat. Om ervoor te zorgen dat het aardgas dat door een pijpleiding stroomt onder druk blijft, moet dit aardgas periodiek langs de pijp worden gecomprimeerd. Dit gebeurt door compressiestations, die gewoonlijk om de 40 tot 100 mijl langs de pijpleiding zijn geplaatst. Het aardgas komt het compressorstation binnen, waar het wordt samengeperst door een turbine, motor of motor.

Een compressorstation

Bron: Duke Energy Gas Transmission Canada

Turbinecompressoren winnen hun energie door een klein deel van het aardgas dat ze comprimeren op te gebruiken. De turbine zelf dient om een centrifugale compressor aan te drijven, die een soort ventilator bevat die het aardgas samenperst en door de pijpleiding pompt. Sommige compressorstations werken met een elektromotor die hetzelfde type centrifugale compressor aandrijft. Dit type compressie vereist geen gebruik van het aardgas uit de pijpleiding, maar wel een betrouwbare elektriciteitsbron in de buurt. Voor de aandrijving van sommige compressorstations worden ook zuigermotoren voor aardgas gebruikt. Deze motoren lijken op een zeer grote automotor, en worden aangedreven door aardgas uit de pijpleiding. De verbranding van het aardgas drijft zuigers aan de buitenkant van de motor aan, die dienen om het aardgas te comprimeren.

Naast het comprimeren van aardgas bevatten compressorstations meestal ook een soort vloeistofafscheider, vergelijkbaar met die welke worden gebruikt om aardgas te dehydrateren tijdens de verwerking ervan. Meestal bestaan deze afscheiders uit wassers en filters die vloeistoffen of andere ongewenste deeltjes uit het aardgas in de pijpleiding opvangen. Hoewel aardgas in pijpleidingen als “droog” gas wordt beschouwd, is het niet ongewoon dat een bepaalde hoeveelheid water en koolwaterstoffen uit de gasstroom condenseert tijdens het vervoer. De vloeistofafscheiders in compressiestations zorgen ervoor dat het aardgas in de pijpleiding zo zuiver mogelijk is, en filteren het gas meestal voordat het wordt gecomprimeerd.

Meteringstations

Naast het comprimeren van aardgas om het volume ervan te verminderen en het door de pijp te duwen, worden op gezette tijden meetstations langs interstatelijke aardgaspijpleidingen geplaatst. Deze stations stellen pijpleidingbedrijven in staat het aardgas in hun pijpleidingen te controleren. In wezen meten deze meetstations de gasstroom langs de pijpleiding en stellen zij de pijpleidingmaatschappijen in staat het aardgas te “volgen” terwijl het langs de pijpleiding stroomt. Deze meetstations maken gebruik van gespecialiseerde meters om het aardgas te meten terwijl het door de pijpleiding stroomt, zonder de beweging ervan te belemmeren.

Valves

Een grondklep

Bron: Duke Energy Gas Transmission Canada

Interstate pijpleidingen bevatten een groot aantal kleppen over hun gehele lengte. Deze kleppen werken als poorten; ze staan meestal open en laten aardgas vrij stromen, of ze kunnen worden gebruikt om de gasstroom langs een bepaald deel van de pijp te stoppen. Er zijn vele redenen waarom een pijpleiding de gasstroom in bepaalde gebieden moet beperken. Indien bijvoorbeeld een deel van de leiding moet worden vervangen of onderhouden, kunnen afsluiters aan beide uiteinden van dat deel van de leiding worden gesloten om technici en werkploegen veilige toegang te verlenen. Deze grote kleppen kunnen om de 5 tot 20 mijl langs de pijpleiding worden geplaatst, en zijn onderworpen aan regelgeving door veiligheidscodes.

Controlestations en SCADA-systemen

Natuurlijke gaspijpleidingbedrijven hebben klanten aan beide uiteinden van de pijpleiding – de producenten en verwerkers die gas invoeren in de pijpleiding, en de consumenten en lokale gasbedrijven die gas uit de pijpleiding halen. Om het aardgas dat de pijpleiding binnenkomt te beheren en ervoor te zorgen dat alle klanten hun deel van dit gas tijdig ontvangen, zijn geavanceerde controlesystemen nodig om het gas te controleren terwijl het door alle secties van een mogelijk zeer lang pijpleidingnetwerk reist. Om het aardgas dat door de pijpleiding stroomt te bewaken en te controleren, worden in gecentraliseerde gascontrolestations gegevens van controle- en compressorstations langs de hele pijpleiding verzameld, verwerkt en beheerd.

Pijpleidingcontrolestation

Bron: Duke Energy Gas Transmission Canada

De meeste gegevens die een controlestation ontvangt, worden geleverd door systemen voor toezicht, controle en gegevensverwerving (SCADA). Deze systemen zijn in wezen gesofisticeerde communicatiesystemen die metingen verrichten en gegevens verzamelen langs de pijpleiding (meestal in een meetstation of compressorstations en kleppen) en deze doorsturen naar het gecentraliseerde controlestation. Debiet door de pijpleiding, operationele status, druk- en temperatuurmetingen kunnen allemaal worden gebruikt om de status van de pijpleiding op een bepaald moment te beoordelen. Deze systemen werken ook in real time, wat betekent dat er weinig tijd verstrijkt tussen de metingen langs de pijpleiding en de transmissie ervan naar het controlestation.
De gegevens worden doorgegeven aan een centraal controlestation, zodat pijpleidingtechnici te allen tijde precies weten wat er langs de pijpleiding gebeurt. Hierdoor kan snel worden gereageerd op storingen in de apparatuur, lekken of andere ongewone activiteiten langs de pijpleiding. Sommige SCADA-systemen bieden ook de mogelijkheid om bepaalde apparatuur langs de pijpleiding op afstand te bedienen, waaronder compressorstations, zodat technici in een centraal controlecentrum de stroomsnelheden in de pijpleiding onmiddellijk en gemakkelijk kunnen aanpassen.

Bouw van pijpleidingen

Naarmate het gebruik van aardgas toeneemt, neemt ook de noodzaak toe om transportinfrastructuur te hebben om aan de toegenomen vraag te voldoen. Dit betekent dat pijpleidingbedrijven voortdurend de aardgasstroom in de VS in kaart brengen en pijpleidingen aanleggen om het transport van aardgas mogelijk te maken naar gebieden die onvoldoende worden bediend.

Surveying the Right-of-Way

Source: Duke Energy Gas Transmission Canada

De aanleg van aardgaspijpleidingen vergt heel wat planning en voorbereiding. Naast de eigenlijke aanleg van de pijpleiding moeten verschillende vergunnings- en regelgevingsprocessen worden doorlopen. In veel gevallen bereiden aardgaspijpleidingbedrijven een haalbaarheidsanalyse voor om te verzekeren dat er een aanvaardbare route voor de pijpleiding bestaat die de minste impact heeft op het milieu en de reeds aanwezige openbare infrastructuur voordat ze met de vergunnings- en toegangsprocessen beginnen.

Aannemende dat een pijpleidingbedrijf alle vereiste vergunningen verkrijgt en aan alle wettelijke vereisten voldoet, kan de aanleg van de pijp beginnen. Uitgebreide verkenningen van de beoogde route worden voltooid, zowel vanuit de lucht als vanaf het land, om ervoor te zorgen dat er geen verrassingen opduiken tijdens de feitelijke montage van de pijpleiding.

De installatie van een pijpleiding lijkt veel op een assemblagelijnproces, waarbij delen van de pijpleiding in fasen worden voltooid. Eerst wordt het pad van de pijpleiding vrijgemaakt van alle verwijderbare obstakels, waaronder bomen, keien, struiken en al het andere dat de aanleg kan belemmeren. Zodra het pad van de pijpleiding voldoende is vrijgemaakt om de bouwuitrusting toegang te verlenen, worden de secties van de pijpen langs het voorgenomen pad gelegd, een proces dat “stringing” van de pijp wordt genoemd. Deze leidinggedeelten zijn gewoonlijk 40 tot 80 voet lang, en zijn specifiek voor hun bestemming. Dat wil zeggen, bepaalde gebieden hebben verschillende vereisten voor coatingmateriaal en pijpdikte.

‘Stringing’ the Pipe

Bron: Duke Energy Gas Transmission Canada

Als de pijp eenmaal op zijn plaats ligt, worden er sleuven gegraven naast de aangelegde pijp. Deze sleuven zijn doorgaans vijf tot zes voet diep, aangezien de voorschriften voorschrijven dat de pijp ten minste 30 inch onder het oppervlak moet liggen. In bepaalde gebieden echter, waaronder kruisingen van wegen en watermassa’s, wordt de leiding nog dieper begraven. Zodra de sleuven zijn gegraven, wordt de pijp geassembleerd en gevormd. Dit omvat het aan elkaar lassen van de pijpdelen tot één ononderbroken pijpleiding, en het buigen ervan, indien nodig, om de contouren van het traject van de pijpleiding aan te passen. Coating wordt aangebracht op de uiteinden van de pijpen. De coating die in een coatingfabriek wordt aangebracht, laat de uiteinden van de pijp gewoonlijk schoon, om het lassen niet te hinderen. Tenslotte wordt de gehele coating van de pijp geïnspecteerd om er zeker van te zijn dat deze vrij is van gebreken.

Als de pijp is gelast, gebogen, gecoat en geïnspecteerd kan hij worden neergelaten in de eerder gegraven sleuven. Dit gebeurt met speciale bouwapparatuur die de pijp op een vlakke manier optilt en in de sleuf laat zakken. Eenmaal in de grond wordt de sleuf zorgvuldig opgevuld, om ervoor te zorgen dat de pijp en de coating hun integriteit behouden. De laatste stap bij de aanleg van een pijpleiding is de hydrostatische test. Hierbij wordt water, bij een hogere druk dan nodig is voor het transport van aardgas, door de hele lengte van de leiding laten stromen. Dit dient als test om ervoor te zorgen dat de pijpleiding sterk genoeg is en geen lekken of scheuren vertoont, voordat aardgas door de pijpleiding wordt gepompt.

Lagen van de pijp

Bron: Duke Energy Gas Transmission Canada

Het leggen van pijpleidingen over stromen of rivieren kan op twee manieren worden uitgevoerd. Bij een open kruising worden sleuven gegraven op de bodem van de rivier om de pijp in onder te brengen. Daarbij wordt de leiding zelf meestal voorzien van een betonnen omhulsel, dat ervoor zorgt dat de leiding op de bodem van de rivier blijft liggen en een extra beschermlaag toevoegt om te voorkomen dat aardgas in het water lekt. Als alternatief kan een vorm van gestuurd boren worden gebruikt, waarbij een “tunnel” onder de rivier wordt geboord waar de leiding doorheen kan worden geleid. Dezelfde technieken worden gebruikt voor wegkruisingen – ofwel wordt een open sleuf over de weg gegraven en vervangen zodra de leiding is geïnstalleerd, ofwel wordt een tunnel onder de weg geboord.

Wanneer de pijpleiding eenmaal is geïnstalleerd en afgedekt, worden uitgebreide inspanningen geleverd om het traject van de pijpleiding in zijn oorspronkelijke staat te herstellen, of om eventuele milieu- of andere effecten die tijdens het bouwproces kunnen zijn opgetreden, te beperken. Deze stappen omvatten vaak het vervangen van de bovengrond, hekken, irrigatiekanalen, en al het andere dat tijdens het bouwproces kan zijn verwijderd of verstoord. Voor meer informatie over de aanleg van aardgaspijpleidingen kunt u terecht op de website van de Interstate Natural Gas Association of America.

Pipeline Inspection and Safety

Pig – Pipeline Inspection Tool

Bron: Duke Energy Gas Transmission Canada

Om de efficiënte en veilige werking van het uitgebreide netwerk van aardgaspijpleidingen te garanderen, inspecteren pijpleidingbedrijven hun pijpleidingen routinematig op corrosie en defecten. Dit wordt gedaan met behulp van geavanceerde apparatuur die bekend staat als “smart pigs”. Smart pigs zijn intelligente robotapparaten die door pijpleidingen worden gestuwd om de binnenkant van de pijp te beoordelen. Smart pigs kunnen de dikte en de rondheid van de pijp testen, controleren op tekenen van corrosie, minieme lekken opsporen en alle andere defecten aan de binnenkant van de pijpleiding die de gasstroom kunnen belemmeren of een potentieel veiligheidsrisico kunnen vormen voor de werking van de pijpleiding. Het sturen van een smart pig door een pijpleiding wordt toepasselijk “pigging” van de pijpleiding genoemd.

Naast de inspectie met smart pigs zijn er een aantal veiligheidsmaatregelen en procedures van kracht om het risico op ongevallen te minimaliseren. In feite is het transport van aardgas een van de veiligste manieren om energie te vervoeren, vooral vanwege het feit dat de infrastructuur vastligt en onder de grond begraven is. Volgens het Department of Transportation (DOT) zijn pijpleidingen de veiligste methode voor het vervoer van aardolie en aardgas. Terwijl er meer dan 100 doden per jaar vallen bij elektrische transmissielijnen, vielen er volgens het DOT’s Office of Pipeline Safety in 2009 0 doden bij transmissiepijpleidingen, en 10 bij distributiesystemen. Voor meer informatie over de veiligheid van pijpleidingen, bezoek het DOT’s Office of Pipeline Safety.

Een paar van de veiligheidsmaatregelen in verband met aardgaspijpleidingen zijn:

• Luchtpatrouilles – Vliegtuigen worden gebruikt om ervoor te zorgen dat er geen bouwactiviteiten plaatsvinden te dicht bij de route van de pijpleiding, met name in woonwijken. Ongeoorloofde bouw- en graafwerkzaamheden vormen de grootste bedreiging voor de veiligheid van de pijpleiding, aldus INGAA
• Lekdetectie – Aardgasdetectieapparatuur wordt periodiek gebruikt door pijpleidingpersoneel aan de oppervlakte om te controleren op lekken. Dit is vooral belangrijk in gebieden waar het aardgas niet geparfumeerd is.
• Pijpleidingmarkeringen – Borden aan de oppervlakte boven aardgaspijpleidingen geven de aanwezigheid van ondergrondse pijpleidingen aan het publiek aan, om de kans op eventuele verstoring van de pijpleiding te verkleinen.
• Gasbemonstering – Routinematige bemonstering van het aardgas in pijpleidingen waarborgt de kwaliteit ervan, en kan ook wijzen op corrosie van de binnenkant van de pijpleiding, of de instroom van verontreinigende stoffen.
• Preventief onderhoud – Dit omvat het testen van kleppen en het verwijderen van oppervlaktebelemmeringen voor pijpleidinginspectie.
• Reactie op noodsituaties – Pijpleidingbedrijven hebben uitgebreide noodhulpteams die trainen op de mogelijkheid van een breed scala aan potentiële ongelukken en noodsituaties.
• Het ‘One Call Program’ – Alle 50 staten hebben een zogenaamd ‘one call’ programma ingesteld, dat graafmachines, bouwploegen en iedereen die geïnteresseerd is in het graven in de grond rond een pijpleiding één telefoonnummer geeft dat gebeld kan worden als er graafwerkzaamheden zijn gepland. Dit telefoontje waarschuwt de pijpleidingmaatschappij, die het gebied kan markeren of zelfs vertegenwoordigers kan sturen om de graafwerkzaamheden te controleren. Het nationale 3-cijferige nummer voor één oproep is “811.”

Terwijl grote interstatelijke aardgaspijpleidingen aardgas transporteren van de verwerkende regio’s naar de verbruikende regio’s en grote grootverbruikers zoals industriële of elektriciteitscentrales rechtstreeks kunnen bedienen, is het het distributiesysteem dat daadwerkelijk aardgas levert aan de meeste kleinverbruikers, met inbegrip van huishoudelijke aardgasgebruikers.