Transport av naturgas

En effektiv och ändamålsenlig förflyttning av naturgas från produktionsområden till förbrukningsområden kräver ett omfattande och genomarbetat transportsystem. I många fall måste naturgas som produceras från en viss brunn färdas långa sträckor för att nå sin användningsplats. Transportsystemet för naturgas består av ett komplext nät av rörledningar som är utformade för att snabbt och effektivt transportera naturgasen från dess ursprung till områden med stor efterfrågan på naturgas. Transport av naturgas är nära kopplat till lagring: om den naturgas som transporteras inte skulle behövas omedelbart kan den lagras i lagringsanläggningar för att kunna användas när den behövs.

Det finns tre huvudtyper av rörledningar längs transportrutten: insamlingssystemet, det mellanstatliga rörledningssystemet och distributionssystemet. Samlingssystemet består av rörledningar med lågt tryck och liten diameter som transporterar rå naturgas från brunnshuvudet till bearbetningsanläggningen. Om naturgasen från en viss brunn har höga halter av svavel och koldioxid (surgas) måste ett specialiserat insamlingsrör för surgas installeras. Surgas är korrosiv och därför måste transporten av den från brunnshuvudet till sötningsanläggningen ske med försiktighet. Gå igenom behandling och bearbetning av naturgas.

Rörledningar kan karakteriseras som mellanstatliga eller inomstatliga. Interstatliga rörledningar liknar i det interstatliga motorvägssystemet: de transporterar naturgas över statsgränser, i vissa fall klart över hela landet. Intrastate pipelines, å andra sidan, transporterar naturgas inom en viss stat. Det här avsnittet kommer endast att behandla grunderna för mellanstatliga naturgasledningar, men de tekniska och operativa detaljer som diskuteras är i huvudsak desamma som för intrastatliga ledningar.

Interstatliga naturgasledningar

Interstatliga naturgasledningar

Källa: National Energy Technology Laboratory, DOE

Naturgasledningsnätet mellan delstaterna transporterar bearbetad naturgas från bearbetningsanläggningar i produktionsområden till områden med stort behov av naturgas, särskilt stora tätbefolkade stadsområden. Som framgår sträcker sig rörledningsnätet över hela landet.
Interstate pipelines är naturgasöverföringens ”motorvägar”. Naturgas som transporteras genom mellanstatliga rörledningar färdas med högt tryck i rörledningen, med ett tryck på mellan 200 och 1500 pund per kvadrattum (psi). Detta minskar volymen av den naturgas som transporteras (med upp till 600 gånger), samtidigt som naturgasen drivs genom rörledningen.

Detta avsnitt kommer att behandla komponenterna i det mellanstatliga rörledningssystemet, byggandet av rörledningar samt inspektion och säkerhet av rörledningar. För mer information om mellanstatliga rörledningar i allmänhet, klicka här för att besöka webbplatsen för Interstate Natural Gas Association of America.

Pipeline Components

Interstate pipelines består av ett antal komponenter som säkerställer effektiviteten och tillförlitligheten hos ett system som levererar en så viktig energikälla året runt, tjugofyra timmar om dygnet, och omfattar ett antal olika komponenter.

Transmissionsrör

Rör i transit

Källa: Duke Energy Gas Transmission Canada

Transmissionsrör kan ha en diameter på mellan 6 och 48 tum, beroende på deras funktion. Vissa rördelar kan till och med bestå av rör med liten diameter, så liten som 0,5 tum i diameter. Dessa rör med liten diameter används dock vanligtvis endast i samlings- och distributionssystem. Huvudledningsrör, som är den viktigaste ledningen i ett visst system, har vanligtvis en diameter på mellan 16 och 48 tum. Sidorörledningar, som levererar naturgas till eller från huvudledningen, har vanligtvis en diameter på mellan 6 och 16 tum. De flesta större mellanstatliga rörledningar har en diameter på mellan 24 och 36 tum. Själva rörledningen, som vanligen kallas ”ledningsrör”, består av ett starkt kolstålsmaterial som är konstruerat för att uppfylla de standarder som fastställts av American Petroleum Institute (API). Däremot är vissa distributionsrör tillverkade av mycket avancerad plast, på grund av behovet av flexibilitet, mångsidighet och enkel utbytbarhet.

Transportledningar tillverkas i stålverk, som ibland är specialiserade för att endast tillverka rörledningar. Det finns två olika produktionstekniker, en för rör med liten diameter och en för rör med stor diameter. För rör med stor diameter, från 20 till 42 tum i diameter, tillverkas rören av metallplåtar som viks till en rörform, med ändarna sammansvetsade till en rörsektion. Rör med liten diameter kan däremot tillverkas sömlöst. Detta innebär att man värmer en metallstång till mycket höga temperaturer och sedan stansar ett hål genom mitten av stången för att producera ett ihåligt rör. I båda fallen testas röret innan det skickas från stålverket, för att säkerställa att det kan uppfylla tryck- och hållfasthetsnormerna för transport av naturgas.

Ledningsröret är också täckt med en specialiserad beläggning för att säkerställa att det inte korroderar när det väl är placerat i marken. Syftet med beläggningen är att skydda röret från fukt, som orsakar korrosion och rost. Det finns ett antal olika beläggningstekniker. Förr i tiden belades rörledningar med specialiserad stenkolstjäraemalj. I dag skyddas rören ofta med en så kallad fusionsbindande epoxi, som ger röret en märkbar ljusblå färg. Dessutom används ofta katodiskt skydd; vilket är en teknik där man låter en elektrisk ström löpa genom röret för att avvärja korrosion och rost.

Kompressorstationer

Som nämnts är naturgasen under högt tryck när den transporteras genom en mellanstatlig rörledning. För att säkerställa att den naturgas som flödar genom en viss rörledning förblir trycksatt krävs komprimering av denna naturgas med jämna mellanrum längs röret. Detta sker med hjälp av kompressorstationer, som vanligen placeras med 40 till 100 mils mellanrum längs rörledningen. Naturgasen kommer in i kompressorstationen, där den komprimeras av antingen en turbin, en motor eller en motor.

En kompressorstation

Källa: Duke Energy Gas Transmission Canada

Turbinkompressorer får sin energi genom att förbruka en liten del av den naturgas som de komprimerar. Själva turbinen tjänar till att driva en centrifugalkompressor, som innehåller en typ av fläkt som komprimerar och pumpar naturgasen genom rörledningen. Vissa kompressorstationer drivs med hjälp av en elmotor för att driva samma typ av centrifugalkompressor. Denna typ av komprimering kräver inte användning av någon av naturgasen från röret, men den kräver däremot en pålitlig elkälla i närheten. Kolvmotorer för naturgas används också för att driva vissa kompressorstationer. Dessa motorer liknar en mycket stor bilmotor och drivs av naturgasen från rörledningen. Förbränningen av naturgasen driver kolvarna på utsidan av motorn, vilket tjänar till att komprimera naturgasen.

Förutom att komprimera naturgasen innehåller kompressorstationer också vanligtvis någon typ av vätskeavskiljare, ungefär som de som används för att dehydratisera naturgasen under dess bearbetning. Vanligtvis består dessa separatorer av skrubber och filter som fångar upp eventuella vätskor eller andra oönskade partiklar från naturgasen i rörledningen. Även om naturgas i rörledningar betraktas som ”torr” gas är det inte ovanligt att en viss mängd vatten och kolväten kondenseras ur gasströmmen under transporten. Vätskeseparatorerna vid kompressorstationer ser till att naturgasen i rörledningen är så ren som möjligt och filtrerar vanligtvis gasen innan den komprimeras.

Mätstationer

Förutom att komprimera naturgasen för att minska dess volym och trycka den genom röret placeras mätstationer med jämna mellanrum utmed mellanstatliga naturgasrörledningar. Dessa stationer gör det möjligt för rörledningsbolagen att övervaka naturgasen i sina rör. I princip mäter dessa mätstationer flödet av gasen längs rörledningen och gör det möjligt för rörledningsbolagen att ”spåra” naturgasen när den flödar längs rörledningen. Dessa mätstationer använder specialiserade mätare för att mäta naturgasen medan den flyter genom rörledningen, utan att hindra dess rörelse.

Ventiler

En markventil

Källa: Duke Energy Gas Transmission Canada

Rörledningar på mellanstatliga sträckor innehåller ett stort antal ventiler längs hela sin längd. Dessa ventiler fungerar som portar; de är vanligtvis öppna och låter naturgasen flöda fritt, eller så kan de användas för att stoppa gasflödet längs en viss sektion av röret. Det finns många skäl till varför en rörledning kan behöva begränsa gasflödet i vissa områden. Om en del av röret till exempel måste bytas ut eller underhållas kan ventilerna i båda ändarna av den delen av röret stängas för att ge ingenjörer och arbetsgrupper säkert tillträde. Dessa stora ventiler kan placeras var femte till tjugonde mil längs rörledningen och regleras av säkerhetsföreskrifter.

Kontrollstationer och SCADA-system

Naturgasrörledningsföretag har kunder i båda ändar av rörledningen – producenterna och förädlingsföretagen som matar in gasen i rörledningen och konsumenterna och de lokala gasbolagen som tar ut gasen ur rörledningen. För att hantera den naturgas som kommer in i rörledningen och för att se till att alla kunder får sin del av gasen levererad i rätt tid krävs sofistikerade kontrollsystem för att övervaka gasen medan den färdas genom alla delar av vad som kan vara ett mycket långt rörledningsnät. För att utföra denna uppgift att övervaka och kontrollera naturgasen som färdas genom rörledningen samlar centraliserade gaskontrollstationer in, assimilerar och hanterar data som tas emot från övervaknings- och kompressorstationer längs hela röret.

Pipeline Control Station

Källa: De flesta data som tas emot av en kontrollstation kommer från SCADA-system (Supervisory Control and Data Acquisition). Dessa system är i huvudsak sofistikerade kommunikationssystem som gör mätningar och samlar in data längs rörledningen (vanligtvis i en mät- eller kompressorstation och ventiler) och överför dem till den centraliserade kontrollstationen. Flödeshastighet genom rörledningen, driftsstatus, tryck- och temperaturmätningar kan alla användas för att bedöma rörledningens status vid varje tidpunkt. Dessa system arbetar också i realtid, vilket innebär att det är liten fördröjning mellan de mätningar som görs längs rörledningen och deras överföring till kontrollstationen.
Data vidarebefordras till en centraliserad kontrollstation, vilket gör det möjligt för rörledningsingenjörer att veta exakt vad som händer längs rörledningen vid varje tidpunkt. Detta möjliggör snabba reaktioner på utrustningsfel, läckor eller annan ovanlig aktivitet längs rörledningen. Vissa SCADA-system har också möjlighet att fjärrstyra viss utrustning längs rörledningen, inklusive kompressorstationer, så att ingenjörer i en centraliserad kontrollcentral omedelbart och enkelt kan justera flödeshastigheterna i rörledningen.

Rörledningsbyggnation

I takt med att naturgasförbrukningen ökar ökar också behovet av att ha transportinfrastruktur på plats för att tillgodose den ökade efterfrågan. Detta innebär att rörledningsföretag ständigt bedömer flödet av naturgas i USA och bygger rörledningar för att möjliggöra transport av naturgas till de områden som är underförsörjda.

Surveying the Right-of-Way

Källa: Duke Energy Gas Transmission Canada

Att bygga naturgasledningar kräver mycket planering och förberedelser. Förutom att faktiskt bygga rörledningen måste flera tillstånds- och regleringsprocesser slutföras. I många fall förbereder naturgasledningsföretag, innan de påbörjar tillstånds- och markåtkomstprocesserna, en genomförbarhetsanalys för att säkerställa att det finns en godtagbar rutt för rörledningen som ger minsta möjliga påverkan på miljön och den offentliga infrastruktur som redan finns på plats.

Antagen att ett rörledningsföretag erhåller alla erforderliga tillstånd och uppfyller alla myndighetskrav, kan byggandet av röret påbörjas. Omfattande mätningar av den planerade sträckningen utförs, både från luften och på land, för att se till att inga överraskningar dyker upp under själva monteringen av rörledningen.

Installationen av en rörledning liknar i mångt och mycket en process på löpande band, där delar av rörledningen färdigställs i etapper. Först rensas rörledningens sträckning från alla flyttbara hinder, inklusive träd, stenar, buskar och allt annat som kan hindra byggandet. När rörledningens väg har rensats tillräckligt mycket för att byggutrustningen ska kunna komma fram läggs rörsektioner ut längs den avsedda vägen, en process som kallas ”stringing” av rören. Dessa rörsektioner är vanligen mellan 40 och 80 fot långa och är specifika för sin destination. Det vill säga, vissa områden har olika krav på beläggningsmaterial och rörtjocklek.

”Stringing” the Pipe

Källa: Duke Energy Gas Transmission Canada

När röret är på plats grävs diken längs med det utlagda röret. Dessa diken är vanligtvis fem till sex fot djupa, eftersom bestämmelserna kräver att röret ska ligga minst 30 tum under ytan. I vissa områden, inklusive vägkorsningar och vattenförekomster, grävs dock röret ner ännu djupare. När dikena är grävda monteras röret ihop och får en kontur. Detta innebär att rörsektionerna svetsas ihop till en sammanhängande rörledning och vid behov böjs något för att passa rörledningens kontur. Rörens ändar förses med beläggning. Den beläggning som appliceras vid ett beläggningsverk lämnar vanligtvis rörändarna rena för att inte störa svetsningen. Slutligen inspekteras hela rörets beläggning för att säkerställa att den är fri från defekter.

När röret är svetsat, böjt, belagt och inspekterat kan det sänkas ner i de tidigare grävda dikena. Detta görs med specialiserad byggutrustning som verkar för att lyfta röret på ett jämnt sätt och sänka ner det i diket. När röret har sänkts ner i marken fylls diket noggrant för att se till att röret och dess beläggning behåller sin integritet. Det sista steget i byggandet av rörledningar är det hydrostatiska testet. Detta består i att man låter vatten rinna genom rörets hela längd vid ett tryck som är högre än vad som behövs för naturgastransporten. Detta fungerar som ett test för att säkerställa att rörledningen är tillräckligt stark och saknar läckor eller sprickor innan naturgasen pumpas genom rörledningen.

Sänkning av rör

Källa: Duke Energy Gas Transmission Canada

Läggning av rör över bäckar eller floder kan göras på två sätt. Vid öppen korsning grävs diken på flodens botten för att rymma röret. När detta görs förses själva röret vanligtvis med ett betonghölje, som både säkerställer att röret stannar på flodens botten och lägger till en extra skyddande beläggning för att förhindra att naturgas läcker ut i vattnet. Alternativt kan en form av riktad borrning användas, där en ”tunnel” borras under floden genom vilken röret kan passera. Samma teknik används för vägkorsningar – antingen grävs ett öppet dike över vägen och ersätts när röret är installerat, eller så kan en tunnel borras under vägen.

När rörledningen väl är installerad och övertäckt görs omfattande insatser för att återställa rörledningens sträckning till ursprungligt skick, eller för att mildra eventuell miljöpåverkan eller annan påverkan som kan ha uppstått under byggprocessen. Dessa åtgärder omfattar ofta att ersätta matjord, staket, bevattningskanaler och allt annat som kan ha tagits bort eller rubbats under byggprocessen. Mer information om byggandet av naturgasledningar finns på webbplatsen för Interstate Natural Gas Association of America.

Pipeline Inspection and Safety

Pig – Pipeline Inspection Tool

Källa: Duke Energy Gas Transmission Canada

För att säkerställa en effektiv och säker drift av det omfattande nätet av naturgasledningar inspekterar rörledningsföretag rutinmässigt sina rörledningar för att upptäcka korrosion och defekter. Detta görs med hjälp av sofistikerad utrustning som kallas ”smarta grisar”. Smarta grisar är intelligenta robotar som drivs ner i rörledningar för att utvärdera rörets insida. Smart pigs kan testa rörens tjocklek och rundhet, kontrollera om det finns tecken på korrosion, upptäcka små läckor och andra defekter på rörledningens insida som antingen kan hindra gasflödet eller utgöra en potentiell säkerhetsrisk för rörledningens drift. Att skicka ner en smart gris i en rörledning kallas passande nog för att ”grisa” rörledningen.

Förutom inspektion med smarta grisar finns det ett antal säkerhetsföreskrifter och förfaranden för att minimera risken för olyckor. Faktum är att transporten av naturgas är ett av de säkraste sätten att transportera energi, främst på grund av att infrastrukturen är fast och nedgrävd under jord. Enligt Department of Transportation (DOT) är rörledningar det säkraste sättet att transportera olja och naturgas. Medan mer än 100 dödsfall per år inträffar i samband med elöverföringsledningar, var antalet dödsfall i samband med överföringsledningar enligt DOT:s Office of Pipeline Safety 0 år 2009 och 10 dödsfall i samband med distributionssystem. Om du vill veta mer om säkerhet vid rörledningar kan du besöka DOT:s Office of Pipeline Safety.

Några av de säkerhetsåtgärder som är förknippade med naturgasledningar är:

• Flygpatruller – Flygplan används för att se till att ingen byggnadsverksamhet äger rum för nära rörledningens sträckning, särskilt inte i bostadsområden. Otillåten byggnation och grävning är det främsta hotet mot rörledningarnas säkerhet, enligt INGAA
• Läckagesökning – Utrustning för upptäckt av naturgas används regelbundet av rörledningspersonal på ytan för att kontrollera om det finns läckor. Detta är särskilt viktigt i områden där naturgasen inte är luktfri.
• Rörledningsmarkeringar – Skyltar på ytan ovanför naturgasledningar visar allmänheten att det finns underjordiska rörledningar, för att minska risken för störningar på rörledningen.
• Gasprovtagning – Rutinmässig provtagning av naturgasen i rörledningarna säkerställer dess kvalitet och kan också indikera korrosion av rörledningens insida eller inflöde av föroreningar.
• Förebyggande underhåll – Detta inbegriper testning av ventiler och avlägsnande av ytliga hinder för inspektion av rörledningar.
• Nödåtgärder – Rörledningsföretag har omfattande nödberedskapsteam som tränar för möjligheten av ett brett spektrum av potentiella olyckor och nödsituationer.
• One Call Program – Alla 50 delstater har infört ett så kallat ”one call”-program, som förser grävmaskiner, byggnadsarbetskrafter och alla som är intresserade av att gräva i marken runt en rörledning med ett enda telefonnummer som kan ringas upp när någon grävningsaktivitet är planerad. Detta samtal larmar rörledningsföretaget, som kan flagga området eller till och med skicka representanter för att övervaka grävarbetet. Det nationella tresiffriga numret för ett samtal är ”811.”

Men även om stora mellanstatliga naturgasledningar transporterar naturgas från bearbetningsregionerna till förbrukningsregionerna och kan betjäna stora grossistanvändare, t.ex. industri- eller kraftproduktionskunder, direkt, så är det distributionssystemet som faktiskt levererar naturgasen till de flesta detaljistkunder, inklusive hushållens naturgasanvändare.