Transport gazu ziemnego

Wydajne i efektywne przemieszczanie gazu ziemnego z regionów wydobycia do regionów konsumpcji wymaga rozbudowanego i skomplikowanego systemu transportowego. W wielu przypadkach gaz ziemny wydobywany z konkretnego odwiertu będzie musiał przebyć dużą odległość, aby dotrzeć do miejsca wykorzystania. System transportu gazu ziemnego składa się ze złożonej sieci rurociągów, zaprojektowanych w celu szybkiego i efektywnego transportu gazu ziemnego od miejsca jego powstania do obszarów o dużym zapotrzebowaniu na gaz ziemny. Transport gazu ziemnego jest ściśle powiązany z jego magazynowaniem: jeśli transportowany gaz ziemny nie jest natychmiast potrzebny, może zostać umieszczony w magazynach na czas, kiedy będzie potrzebny.

Na trasie transportu znajdują się trzy główne typy rurociągów: system zbierania, system rurociągów międzystanowych oraz system dystrybucji. System zbierania składa się z niskociśnieniowych rurociągów o małej średnicy, które transportują surowy gaz ziemny od głowicy odwiertu do zakładu przetwórczego. Jeżeli gaz ziemny z danego odwiertu ma wysoką zawartość siarki i dwutlenku węgla (gaz kwaśny), konieczne jest zainstalowanie specjalistycznego rurociągu zbierającego gaz kwaśny. Kwaśny gaz jest korozyjny, dlatego jego transport od głowicy odwiertu do zakładu odsiarczania musi być przeprowadzony z należytą starannością. Zapoznaj się z obróbką i przetwarzaniem gazu ziemnego.

Rurociągi można scharakteryzować jako międzystanowe lub wewnątrzpaństwowe. Rurociągi międzystanowe są podobne do tych w systemie autostrad międzystanowych: przewożą gaz ziemny przez granice państw, w niektórych przypadkach przez cały kraj. Z drugiej strony, rurociągi międzystanowe transportują gaz ziemny w obrębie danego stanu. W tej sekcji omówione zostaną jedynie podstawy działania międzystanowych rurociągów gazu ziemnego, jednak szczegóły techniczne i operacyjne są zasadniczo takie same w przypadku rurociągów wewnątrzpaństwowych.

Międzystanowe rurociągi gazu ziemnego

Międzystanowe rurociągi gazu ziemnego

Źródło: National Energy Technology Laboratory, DOE

Sieć międzystanowych rurociągów gazu ziemnego transportuje przetworzony gaz ziemny z zakładów przetwórczych w regionach produkcji do obszarów o wysokim zapotrzebowaniu na gaz ziemny, zwłaszcza dużych, zaludnionych obszarów miejskich. Jak można zauważyć, sieć rurociągów rozciąga się na terenie całego kraju.
Międzystanowe rurociągi są „autostradami” przesyłu gazu ziemnego. Gaz ziemny, który jest transportowany rurociągami międzystanowymi, przemieszcza się w nich pod wysokim ciśnieniem, wynoszącym od 200 do 1500 funtów na cal kwadratowy (psi). Powoduje to zmniejszenie objętości transportowanego gazu ziemnego (nawet 600-krotnie), a także napędzanie gazu ziemnego w rurociągu.

W tej sekcji omówione zostaną elementy systemu rurociągów międzystanowych, budowa rurociągów oraz kontrola i bezpieczeństwo rurociągów. Aby uzyskać więcej informacji na temat rurociągów międzystanowych w ogóle, kliknij tutaj, aby odwiedzić stronę internetową Interstate Natural Gas Association of America.

Komponenty rurociągu

Rurociągi międzystanowe składają się z szeregu komponentów zapewniających wydajność i niezawodność systemu, który dostarcza tak ważne źródło energii przez cały rok, dwadzieścia cztery godziny na dobę, i obejmuje szereg różnych komponentów.

Rury przesyłowe

Rury w tranzycie

Źródło: Duke Energy Gas Transmission Canada

Rury przesyłowe mogą mieć średnicę od 6 do 48 cali, w zależności od ich funkcji. Niektóre odcinki rur składowych mogą nawet składać się z rur o małej średnicy, tak małej jak 0,5 cala. Jednak takie rury o małej średnicy są zwykle używane tylko w systemach zbierania i dystrybucji. Główne rurociągi przesyłowe, będące głównym rurociągiem w danym systemie, mają zwykle średnicę od 16 do 48 cali. Rurociągi boczne, które dostarczają gaz ziemny do lub z głównej linii, mają zwykle średnicę od 6 do 16 cali. Większość głównych rurociągów międzystanowych ma średnicę od 24 do 36 cali. Sam rurociąg, powszechnie nazywany „rurą przewodową”, składa się z wytrzymałej stali węglowej, zaprojektowanej zgodnie ze standardami ustalonymi przez Amerykański Instytut Naftowy (API). Dla kontrastu, niektóre rury dystrybucyjne są wykonane z wysoko zaawansowanych tworzyw sztucznych, ze względu na potrzebę elastyczności, wszechstronności i łatwości wymiany.

Rurociągi przesyłowe są produkowane w hutach, które czasami są wyspecjalizowane w produkcji wyłącznie rurociągów. Istnieją dwie różne techniki produkcji, jedna dla rur o małej średnicy i jedna dla rur o dużej średnicy. W przypadku rur o dużej średnicy, od 20 do 42 cali średnicy, rury są produkowane z arkuszy metalu, które są składane w kształt rury, a końce spawane razem, tworząc odcinek rury. Rury o małej średnicy, z drugiej strony, mogą być produkowane bez szwu. Wiąże się to z ogrzewaniem metalowego pręta do bardzo wysokiej temperatury, a następnie przebicie otworu przez środek pręta, aby wytworzyć pustą rurę. W obu przypadkach, rura jest testowana przed wysłaniem z huty, aby zapewnić, że może spełnić normy ciśnienia i wytrzymałości do transportu gazu ziemnego.

Rura jest również pokryta specjalistyczną powłoką, aby zapewnić, że nie koroduje po umieszczeniu w ziemi. Celem powłoki jest ochrona rury przed wilgocią, która powoduje korozję i rdzewienie. Istnieje wiele różnych technik powlekania. W przeszłości rurociągi były pokrywane specjalistyczną emalią ze smoły węglowej. Obecnie rury są często chronione za pomocą tak zwanego epoksydu fuzyjnego, który nadaje rurze zauważalny jasnoniebieski kolor. Ponadto, często stosuje się ochronę katodową, która jest techniką polegającą na przepuszczaniu prądu elektrycznego przez rurę w celu odparcia korozji i rdzewienia.

Stacje sprężarek

Jak wspomniano, gaz ziemny jest pod wysokim ciśnieniem, gdy przemieszcza się przez rurociąg międzystanowy. Aby zapewnić, że gaz ziemny przepływający przez jakikolwiek rurociąg pozostanie pod ciśnieniem, wymagane jest okresowe sprężanie tego gazu wzdłuż rury. Dokonuje się tego za pomocą stacji kompresorowych, umieszczanych zwykle w odstępach od 40 do 100 mil wzdłuż rurociągu. Gaz ziemny wchodzi do stacji kompresorowej, gdzie jest sprężany przez turbinę, silnik lub motor.

Stacja kompresorowa

Źródło: Duke Energy Gas Transmission Canada

Sprężarki turbinowe uzyskują energię, zużywając niewielką część gazu ziemnego, który sprężają. Sama turbina służy do napędzania sprężarki odśrodkowej, zawierającej rodzaj wentylatora, który spręża i pompuje gaz ziemny przez rurociąg. Niektóre stacje kompresorowe są obsługiwane przez silnik elektryczny, który obraca ten sam typ sprężarki odśrodkowej. Ten rodzaj kompresji nie wymaga wykorzystania gazu ziemnego z rurociągu, ale wymaga niezawodnego źródła energii elektrycznej w pobliżu. Do zasilania niektórych stacji sprężarek stosuje się również tłokowe silniki gazu ziemnego. Silniki te przypominają bardzo duży silnik samochodowy i są zasilane gazem ziemnym z rurociągu. Spalanie gazu ziemnego napędza tłoki znajdujące się na zewnątrz silnika, które służą do sprężania gazu ziemnego.

Oprócz sprężania gazu ziemnego, stacje kompresorowe zazwyczaj zawierają również pewien rodzaj separatora cieczy, podobnie jak te używane do odwadniania gazu ziemnego podczas jego przetwarzania. Zazwyczaj separatory te składają się z płuczek i filtrów, które wychwytują wszelkie płyny lub inne niepożądane cząsteczki z gazu ziemnego w rurociągu. Chociaż gaz ziemny w rurociągach uważany jest za gaz „suchy”, nierzadko zdarza się, że pewna ilość wody i węglowodorów ulega kondensacji ze strumienia gazu podczas jego transportu. Separatory cieczy w stacjach kompresorowych zapewniają, że gaz ziemny w rurociągu jest tak czysty, jak to tylko możliwe, i zwykle filtrują gaz przed kompresją.

Stacje pomiarowe

Oprócz kompresji gazu ziemnego w celu zmniejszenia jego objętości i przepchnięcia go przez rurę, stacje pomiarowe są okresowo umieszczane wzdłuż międzystanowych rurociągów gazu ziemnego. Stacje te umożliwiają firmom zajmującym się budową rurociągów monitorowanie gazu ziemnego w ich rurach. Zasadniczo stacje pomiarowe mierzą przepływ gazu wzdłuż rurociągu i umożliwiają firmom zajmującym się budową rurociągów „śledzenie” gazu ziemnego przepływającego wzdłuż rurociągu. Te stacje pomiarowe wykorzystują specjalistyczne mierniki do pomiaru gazu ziemnego podczas jego przepływu przez rurociąg, bez zakłócania jego ruchu.

Zawory

Zawór naziemny

Źródło: Duke Energy Gas Transmission Canada

Rurociągi międzystanowe zawierają dużą liczbę zaworów na całej swojej długości. Zawory te działają jak bramy; są one zazwyczaj otwarte i pozwalają na swobodny przepływ gazu ziemnego, lub mogą być użyte do zatrzymania przepływu gazu na pewnym odcinku rury. Istnieje wiele powodów, dla których rurociąg może wymagać ograniczenia przepływu gazu w pewnych obszarach. Na przykład, jeśli odcinek rury wymaga wymiany lub konserwacji, zawory na obu końcach tego odcinka mogą zostać zamknięte, aby umożliwić inżynierom i ekipom budowlanym bezpieczny dostęp. Te duże zawory mogą być rozmieszczone co 5 do 20 mil wzdłuż rurociągu i podlegają przepisom kodeksów bezpieczeństwa.

Stacje kontrolne i systemy SCADA

Przedsiębiorstwa gazociągowe mają klientów na obu końcach rurociągu – producentów i przetwórców, którzy wprowadzają gaz do rurociągu, oraz konsumentów i lokalne zakłady gazownicze, które odbierają gaz z rurociągu. W celu zarządzania gazem ziemnym wprowadzanym do rurociągu oraz zapewnienia, że wszyscy klienci otrzymają na czas dostawy swojej porcji tego gazu, wymagane są zaawansowane systemy sterowania, które monitorują gaz podczas jego przepływu przez wszystkie odcinki sieci rurociągów, która może być bardzo długa. Aby wykonać to zadanie monitorowania i kontrolowania gazu ziemnego, który przemieszcza się przez rurociąg, scentralizowane stacje kontroli gazu zbierają, asymilują i zarządzają danymi otrzymanymi od stacji monitorujących i stacji kompresorowych na całej długości rury.

Stacja kontroli rurociągu

Źródło: Duke Energy Gas Transmission Canada

Większość danych, które są odbierane przez stację kontrolną, jest dostarczana przez systemy kontroli nadzorczej i akwizycji danych (SCADA). Systemy te są zasadniczo zaawansowanymi systemami komunikacyjnymi, które dokonują pomiarów i gromadzą dane wzdłuż rurociągu (zwykle w stacjach pomiarowych lub kompresorach i zaworach) i przekazują je do scentralizowanej stacji kontrolnej. Natężenie przepływu przez rurociąg, status operacyjny, ciśnienie i odczyty temperatury mogą być wykorzystane do oceny stanu rurociągu w danym momencie. Systemy te działają również w czasie rzeczywistym, co oznacza, że istnieje niewielkie opóźnienie pomiędzy pomiarami dokonanymi wzdłuż rurociągu a ich przekazaniem do stacji kontrolnej.
Dane są przekazywane do scentralizowanej stacji kontrolnej, dzięki czemu inżynierowie rurociągów wiedzą dokładnie, co dzieje się wzdłuż rurociągu przez cały czas. Umożliwia to szybką reakcję na awarie sprzętu, wycieki lub inne nietypowe działania wzdłuż rurociągu. Niektóre systemy SCADA zawierają również zdolność do zdalnej obsługi określonych urządzeń wzdłuż rurociągu, w tym stacji kompresorowych, pozwalając inżynierom w scentralizowanym centrum kontroli na natychmiastową i łatwą regulację natężenia przepływu w rurociągu.

Budowa rurociągu

Wraz ze wzrostem zużycia gazu ziemnego wzrasta również potrzeba posiadania infrastruktury transportowej w celu zaspokojenia zwiększonego popytu. Oznacza to, że firmy zajmujące się budową rurociągów nieustannie oceniają przepływ gazu ziemnego w Stanach Zjednoczonych i budują rurociągi umożliwiające transport gazu ziemnego do obszarów, które nie są objęte siecią przesyłową.

Surveying the Right-of-Way

Source: Duke Energy Gas Transmission Canada

Budowa rurociągów gazu ziemnego wymaga dużej ilości planowania i przygotowań. Oprócz faktycznej budowy rurociągu, konieczne jest ukończenie kilku procesów uzyskiwania pozwoleń i procesów regulacyjnych. W wielu przypadkach, przed rozpoczęciem procesu uzyskiwania pozwoleń i dostępu do gruntów, firmy budujące gazociągi przygotowują analizę wykonalności, aby upewnić się, że istnieje akceptowalna trasa rurociągu, która w najmniejszym stopniu oddziałuje na środowisko i istniejącą już infrastrukturę publiczną.

Zakładając, że firma budująca rurociąg uzyska wszystkie wymagane pozwolenia i spełni wszystkie wymogi regulacyjne, można rozpocząć budowę rurociągu. Przeprowadzane są szeroko zakrojone badania planowanej trasy, zarówno lotnicze, jak i lądowe, w celu zapewnienia, że podczas faktycznego montażu rurociągu nie pojawią się żadne niespodzianki.

Instalacja rurociągu przypomina proces linii montażowej, w którym odcinki rurociągu są wykonywane etapami. Po pierwsze, ścieżka rurociągu zostaje oczyszczona ze wszystkich możliwych do usunięcia przeszkód, w tym drzew, głazów, zarośli i wszystkiego innego, co może uniemożliwić budowę. Po oczyszczeniu trasy rurociągu w stopniu umożliwiającym dostęp sprzętu budowlanego, wzdłuż zamierzonej trasy układane są odcinki rur, proces ten nazywany jest „układaniem” rur. Takie odcinki rur mają zwykle od 40 do 80 stóp długości i są dostosowane do swojego przeznaczenia. Oznacza to, że pewne obszary mają różne wymagania dotyczące materiału powłoki i grubości rur.

„Rozciąganie” rur

Źródło: Duke Energy Gas Transmission Canada

Gdy rura jest już na miejscu, wzdłuż ułożonej rury wykopywane są rowy. Rowy te mają zwykle głębokość od pięciu do sześciu stóp, ponieważ przepisy wymagają, by rura znajdowała się co najmniej 30 cali pod powierzchnią ziemi. W niektórych obszarach, jednak, w tym skrzyżowań dróg i zbiorników wodnych, rura jest zakopany nawet głębiej. Po wykopaniu rowów rura jest montowana i kształtowana. Obejmuje to zespawanie odcinków rur w jeden ciągły rurociąg oraz, w razie potrzeby, lekkie ich wygięcie w celu dopasowania do konturu trasy rurociągu. Na końce rur nakładana jest powłoka. Powłoka nakładana w walcowni powłok zwykle pozostawia końce rur czyste, aby nie przeszkadzały w spawaniu. Na koniec cała powłoka rury jest kontrolowana, aby upewnić się, że jest wolna od wad.

Po zespawaniu, wygięciu, nałożeniu powłoki i skontrolowaniu rury można ją opuścić do wcześniej wykopanych rowów. Odbywa się to za pomocą specjalistycznego sprzętu budowlanego działającego w celu podniesienia rury w sposób równy i opuszczenia jej do wykopu. Po opuszczeniu na ziemię wykop jest starannie wypełniany, aby zapewnić, że rura i jej powłoka zachowają swoją integralność. Ostatnim etapem budowy rurociągu jest próba hydrostatyczna. Polega ona na przepuszczeniu przez całą długość rury wody pod ciśnieniem wyższym niż to, które będzie potrzebne do transportu gazu ziemnego. Służy to jako test zapewniający, że rurociąg jest wystarczająco wytrzymały i pozbawiony jakichkolwiek nieszczelności lub pęknięć, zanim gaz ziemny zostanie przepompowany przez rurociąg.

Opuszczanie rury

Źródło: Duke Energy Gas Transmission Canada

Układanie rur nad strumieniami lub rzekami można wykonać na jeden z dwóch sposobów. Przejście z otwartym przekopem polega na wykopaniu rowów na dnie rzeki w celu umieszczenia w nich rury. Kiedy to się robi, sama rura jest zwykle wyposażona w betonową osłonę, która zapewnia, że rura pozostaje na dnie rzeki i dodaje dodatkową powłokę ochronną, aby zapobiec wyciekom gazu ziemnego do wody. Alternatywnie można zastosować metodę wiercenia kierunkowego, polegającą na wykonaniu pod rzeką „tunelu”, przez który można przeprowadzić rurę. Te same techniki stosowane są w przypadku przejść drogowych – w poprzek drogi wykonywany jest otwarty wykop, który zostaje zastąpiony po zainstalowaniu rury, lub pod drogą może zostać wydrążony tunel.

Po zainstalowaniu i przykryciu rurociągu podejmowane są szeroko zakrojone działania mające na celu przywrócenie trasy rurociągu do stanu pierwotnego lub złagodzenie wszelkich oddziaływań środowiskowych i innych, które mogły wystąpić podczas procesu budowy. Kroki te często obejmują wymianę wierzchniej warstwy gleby, ogrodzeń, kanałów irygacyjnych i wszystkiego innego, co mogło zostać usunięte lub naruszone podczas procesu budowy. Więcej informacji na temat budowy rurociągów gazu ziemnego można znaleźć na stronie internetowej amerykańskiego stowarzyszeniaInterstate Natural Gas Association of America.

Pipeline Inspection and Safety

Pig – Pipeline Inspection Tool

Źródło: Duke Energy Gas Transmission Canada

W celu zapewnienia wydajnej i bezpiecznej eksploatacji rozległej sieci rurociągów gazu ziemnego firmy zajmujące się budową rurociągów rutynowo kontrolują je pod kątem korozji i usterek. Odbywa się to przy użyciu skomplikowanych urządzeń znanych jako „inteligentne tłoki”. Inteligentne tłoki to inteligentne zrobotyzowane urządzenia, które są przemieszczane w dół rurociągów w celu oceny wnętrza rury. Inteligentne tłoki mogą badać grubość i okrągłość rur, sprawdzać oznaki korozji, wykrywać drobne przecieki oraz wszelkie inne wady we wnętrzu rurociągu, które mogą utrudniać przepływ gazu lub stanowić potencjalne zagrożenie dla bezpieczeństwa eksploatacji rurociągu. Wysyłanie tłoków inteligentnych w dół rurociągu jest dobrze znane jako „przepychanie” rurociągu.

Oprócz kontroli za pomocą tłoków inteligentnych istnieje szereg środków ostrożności i procedur bezpieczeństwa mających na celu zminimalizowanie ryzyka wypadków. W rzeczywistości, transport gazu ziemnego jest jednym z najbezpieczniejszych sposobów transportu energii, głównie ze względu na fakt, że infrastruktura jest stała i zakopana pod ziemią. Według Departamentu Transportu (DOT), rurociągi są najbezpieczniejszą metodą transportu ropy naftowej i gazu ziemnego. Podczas gdy istnieje ponad 100 ofiar śmiertelnych rocznie związanych z elektrycznymi liniami przesyłowymi, według Biura Bezpieczeństwa Rurociągów Departamentu Transportu (DOT) w 2009 roku było 0 ofiar śmiertelnych związanych z rurociągami przesyłowymi i 10 ofiar śmiertelnych związanych z systemami dystrybucji. Aby dowiedzieć się więcej o bezpieczeństwie rurociągów, odwiedź stronę internetową DOT’s Office of Pipeline Safety.

Kilka środków ostrożności związanych z rurociągami gazu ziemnego obejmuje:

• Patrole lotnicze – Samoloty są wykorzystywane do zapewnienia, że żadne prace budowlane nie odbywają się zbyt blisko trasy rurociągu, szczególnie na obszarach mieszkalnych. Nieuprawnione prace budowlane i wykopaliska stanowią główne zagrożenie dla bezpieczeństwa rurociągu, według INGAA
• Wykrywanie wycieków – Pracownicy zajmujący się rurociągiem na powierzchni okresowo używają sprzętu do wykrywania gazu ziemnego w celu sprawdzenia, czy nie występują wycieki. Jest to szczególnie ważne w obszarach, gdzie gaz ziemny nie ma zapachu.
• Oznakowanie rurociągów – Znaki na powierzchni nad rurociągami gazu ziemnego informują społeczeństwo o obecności podziemnych rurociągów, aby zmniejszyć prawdopodobieństwo jakiejkolwiek ingerencji w rurociąg.
• Pobieranie próbek gazu – Rutynowe pobieranie próbek gazu ziemnego w rurociągach zapewnia jego jakość, a także może wskazywać na korozję wnętrza rurociągu lub napływ zanieczyszczeń.
• Konserwacja zapobiegawcza – Obejmuje testowanie zaworów i usuwanie przeszkód powierzchniowych utrudniających kontrolę rurociągu.
• Reagowanie w sytuacjach awaryjnych – Firmy rurociągowe dysponują rozbudowanymi zespołami reagowania w sytuacjach awaryjnych, które szkolą się w zakresie możliwości wystąpienia szerokiego zakresu potencjalnych wypadków i sytuacji awaryjnych.
• Program „One Call” – Wszystkie 50 stanów wprowadziło tak zwany program „One Call”, który zapewnia koparkom, ekipom budowlanym i wszystkim osobom zainteresowanym kopaniem w ziemi wokół rurociągu jeden numer telefonu, pod który można dzwonić, gdy planowane są jakiekolwiek prace wykopowe. Połączenie to ostrzega spółkę rurociągową, która może oznaczyć obszar, a nawet wysłać przedstawicieli w celu monitorowania wykopów. Krajowy trzycyfrowy numer dla jednego połączenia to „811.”

Chociaż duże międzystanowe rurociągi gazu ziemnego transportują gaz ziemny z regionów przetwarzania do regionów zużywających i mogą służyć bezpośrednio dużym użytkownikom hurtowym, takim jak klienci przemysłowi lub wytwarzający energię, jest to system dystrybucji, który faktycznie dostarcza gaz ziemny do większości klientów detalicznych, w tym domowych użytkowników gazu ziemnego.

.