X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2018

Начало XXI века ознаменовалось возрастающим значением в мировой энергетике природного газа, доля которого достигла одной трети в общим объеме производимой энергии. По данным зарубежных аналитиков, в ближайшем будущем газ постепенно оттеснит на второй план наиболее популярные ныне энергоносители - нефть и уголь. К 2020 г. доля природного газа в общем энергопотреблении достигнет 45-50 %. Все чаще говорят, что на смену «нефтяной эпохи» наступает эпоха «метана» (природного газа) [1].

Однако, по мнению зарубежных экспертов, в будущем на мировом рынке газа будет доминировать именно сжиженный природный газ. В настоящее время сектор СПГ является одним из самых динамичных в энергетической отрасли: мировое потребление сжиженного газа растет на 10 % в год, тогда как обычного (газопроводного), только на 2,4 %. Согласно существующих прогнозов, в 2020 году доля СПГ в мировой торговле газом уже составит около 35 % (в 1970 г. – 3 %). В 2030 году на долю СПГ придется уже около 60% торговли природным газом, что будет соответствовать 18-20 % в общем объеме потребляемого на Земном шаре природного газа [1].

Мировое промышленное производство СПГ в значительной степени стимулировано более экономически выгодной формой транспортировки огромного количества природного газа морским транспортом в сжиженном виде, из газодобывающих стран в страны мира, не имеющих своих энергетических ресурсов [1].

Первые сведения о перевозках сжиженных газов морем относятся к 1929-1931 гг., когда компания «Shell» временно переоборудовала танкер «Megara» дедвейтом около 11 тысяч тонн в судно для перевозки сжиженного газа и построила в Голландии судно «Agnita» дедвейтом 4,5 тысячи тонн, предназначенное для одновременной перевозки нефти, сжиженного газа и серной кислоты [2].

Первым специально спроектированным газовозом явилось построенное в 1953 г. в Швеции для датских судовладельцев судно «Rasmus Tholstrup» дедвейтом всего 445 тонн. В течении 40 лет специализированные суда строились специально для каждого отдельного проекта [2].

Вместимость первых танкеров-метановозов составляла 27,4 тыс. м³ СПГ (примерно 16,5 млн м³ газа при нормальных условиях) [2].

За все время в отрасли СПГ разработано множество конструкций метановозов, но лишь четыре из них могут претендовать на коммерческую и техническую приемлемость. Среди них две конструкции «мембранного» типа, разработанные во Франции, и две конструкции «свободного» типа, одна из которых родилась в Норвегии, а другая – в Японии. Норвежская конструкция получила известность благодаря характерным сферическим резервуарам. При этом наибольшее распространение получили грузовые танки сферического и цилиндрического типа [3].

Транспортировка СПГ считается потенциально опасным мероприятием. Все метановозы должны отвечать «Кодексу Международной морской организации (IMO) по строительству и оснастке судов, осуществляющих транспорт крупнотоннажных грузов сжиженных газов». В этом кодексе приводятся требования, включающие критерии проектирования и размещения резервуаров, строительные материалы, изоляцию и меры по охране окружающей среды [3].

Типовой СПГ-танкер (метановоз) может перевозить 145-155 тыс. м³ сжиженного газа, из чего может быть получено порядка 89-95 млн. м³ природного газа в результате регазификации. По своему размеру суда-газовозы аналогичны авианосцам, но значительно меньше сверхкрупнотоннажных нефтеналивных судов. Ввиду того, что метановозы отличаются чрезвычайной капиталоемкостью, их простой недопустим. Они быстроходны, скорость морского судна, перевозящего сжиженный природный газ, достигает 18-20 узлов по сравнению с 14 узлами для стандартного нефтетанкера. Кроме того, операции по наливу и разгрузке СПГ не занимают много времени (в среднем 12-18 часов) [4].

На случай аварии СПГ-танкеры имеют двухкорпусную структуру, специально предназначенную для недопущения утечек и разрывов. Груз (СПГ) перевозится при атмосферном давлении и температуре –162°C в специальных термоизолированных резервуарах (именуется «система хранения груза») внутри внутреннего корпуса судна-газовоза. Система хранения груза состоит из первичного контейнера или резервуара для хранения жидкости, слоя изоляции, вторичной оболочки, предназначенной для недопущения утечек, и еще одного слоя изоляции. В случае повреждения первичного резервуара вторичная оболочка не допустит утечки. Все поверхности, контактирующие с СПГ, изготавливаются из материалов, стойких к чрезвычайно низким температурам. Поэтому в качестве таких материалов, как правило, используются нержавеющая сталь, алюминий или инвар (сплав на основе железа с содержанием никеля 36%) [4].

В отличие от судов для перевозки СНГ (сжиженный нефтяной газ), газовозы не оборудуются палубной установкой для сжижения, а их двигатели работают на газе из кипящего слоя. С учетом того, что часть груза (сжиженный природный газ) дополняет мазут в качестве топлива, СПГ-танкеры прибывают в порт назначения не с таким же количеством СПГ, которое было погружено на них на заводе по сжижению. Предельно допустимое значение показателя испарения в кипящем слое составляет порядка 0,15% от объема груза в сутки. Несмотря на низкую топливную эффективность, паровые турбины могут легко приспосабливаться к работе на газе из кипящего слоя. Еще одна уникальная особенность танкеров-газовозов заключается в том, что в них, как правило, оставляется небольшая часть груза для охлаждения резервуаров до требуемой температуры до погрузки [4].

Новое поколение СПГ-танкеров характеризуется отличительными особенностями. Несмотря на более высокую грузовместимость (200-250 тыс. м³), суда имеют такую же осадку – на сегодняшний день для судна грузовместимостью в 140 тыс. м³ типична осадка в 12 метров ввиду ограничений, применяемых в Суэцком канале и на большинстве СПГ-терминалов. Однако их корпус будет более широким и длинным. Мощность паровых турбин не позволит таким более крупным судам развивать достаточную скорость, поэтому на них будет применяться двухтопливный газомазутный дизельный двигатель, разработанный в 1980-е годы. Кроме того, многие суда-газовозы, на которых сегодня размещены заказы, будут оснащаться судовой регазификационной установкой [4].

Впервые исследования экономической целесообразности морских перевозок природного газа, в случаях, когда невозможна его транспортировка по магистральным газопроводам, была выполнена американскими и французскими фирмами в середине 60-х годов прошлого века, при выборе оптимального решения о путях транспортировки газа из Алжира в Западную Европу. Технико-экономические расчеты показали, что при годовом объеме транспорта газа до 10 млрд.м³ и расстоянии перевозки свыше 1500 км, доставка сжиженного метана в морских танкерах (с учетом расхода на сжижение и регазификацию) становится более рентабельной, чем трубопроводный транспорт со сложным переходом через Средиземное море [5].

Экономичность транспортировки природного газа морем по сравнению с трубопроводным транспортом повышается:

– по мере увеличения дальности перевозки (по расчетам, морская перевозка СПГ на расстояние 5000 км обходится не дороже перекачки по магистральному трубопроводу на расстояние 2500 км);

– по мере увеличения полезной грузоподъемности танкеров-метановозов и повышения коэффициента загрузки этих танкеров;

– при комбинировании процесса сжижения метана с другими процессами глубокого охлаждения, обычно используемыми для получения кислорода, азота и водорода [1].

В технологической цепочке производства сжиженного природного газа в настоящее время за рубежом построены и эксплуатируются 49 терминалов по разгазированию СПГ мощностью 232,61 млрд. м³ и 25 терминалов мощностью 158,13 млрд. м³ – строятся [1].

Список литературы

1. Н. Кириллов. Проблемы российской энергетики в начале XXI века / Н. Кириллов // Энергетика и промышленность России. – 2009. – № 01-02. – с. 31

2. Коршак А.А. Основы нефтегазового дела: учебник для вузов / А.А. Коршак, А.М. Шамазов. – Уфа: ДизайнПолиграфСервис, 2005. – 528 с.

3. Лапидус А.Л. Газохимия: учебное пособие / А.Л. Лапидус, И.А. Голубева, Ф.Г. Жагфаров. – М.: ЦентрЛит-НефтеГаз, 2008. – 450 с.

4. Касаткин Р.Г. Система морской транспортировки сжиженного природного газа из Арктики / Р.Г. Касаткин. – М.: Издательство ЛКИ, 2008. – 104 с.

5. Транспорт нефти и газа: руководство по добыче, транспорту и переработке природного газа / Д.Л. Катц [и др.] – М.: Недра, 1965. – 677 с.

Код для цитирования: Скопировать