Instalacje na skroplony gaz ziemny LNG

Skroplony gaz ziemny LNG to czysty gaz ziemny składający się głównie z metanu i małej ilości etanu i trochę cięższych węglowodorów.

Podczas skraplania gazu ziemnego objętość redukuje się ok. 600 razy, dzięki czemu „gęstość energii” znacznie wzrasta. Z 1 m3 skroplonego gazu ziemnego LNG można uzyskać ponad 600 m3 gazu, który można przesłać do sieci dystrybucyjnej.

Skroplony gaz ziemny – historia i teraźniejszość

Na przełomie ubiegłego wieku w Polsce powszechnie wprowadzono gaz ziemny wysokometanowy, który zastąpił gaz miejski i gaz generatorowy. Gaz ziemny wysokometanowy rozprowadzany jest wspólną siecią i od tego czasu datuje się znaczny wzrost zużycia tego nośnika energii w przemyśle i gospodarstwie komunalnym. Krajowe zasoby gazu ziemnego nie wystarczają na pokrycie zapotrzebowania na energię z paliw gazowych.

W związku z tym jest konieczność importu gazu, obecnie głównie z Rosji, a po wybudowaniu Gazoportu w Świnoujściu otwierają się nowe możliwości importu skroplonego gazu ziemnego. Dzięki temu istnieje możliwość dywersyfikacji dostaw gazu dla potrzeb krajowych i uzyskania niezależności energetycznej naszego kraju.

Jedną z alternatyw dywersyfikacji dostaw jest dostarczanie skroplonego gazu ziemnego LNG drogą morską z innych krajów, głównie z krajów Zatoki Perskiej, zwłaszcza że jedna czwarta gazu ziemnego, który jest w obrocie w handlu, jest transportowana właśnie w stanie ciekłym – LNG (Liquid Natural Gas).

Po oddaniu do użytku nowego terminalu gazoportu w Świnoujściu będziemy mieć możliwość odbioru około 5 mld m³ gazu ziemnego rocznie, co zapewni 30% zapotrzebowania na gaz ziemny wysokometanowy w Polsce.

Warto również zaznaczyć, że w związku z budową gazoportu i przewidywanymi dużymi dostawami LNG na rynek krajowy podejmuje się szereg działań w zakresie praktycznego wykorzystania LNG w formie budowy lokalnych stacji regazyfikacji LNG, wykorzystania skroplonego gazu ziemnego w przemyśle, budowy infrastruktury stacji tankowania pojazdów samochodowych skroplonym gazem ziemnym, rozbudowy infrastruktury transportu kołowego, kolejowego LNG w takie obszary kraju, gdzie dotychczas nie wykorzystywano gazu ziemnego jako ekologicznego paliwa.

Dostosowanie prawa

Inną istotną kwestią jest opracowanie krajowych przepisów prawnych i wytycznych dotyczących bezpiecznej eksploatacji instalacji kriogenicznych skroplonego gazu ziemnego LNG.

Dokonano już pierwszej próby usystematyzowania pojęć i przepisów stosowanych w instalacjach skroplonego gazu ziemnego na podstawie doświadczeń i standardów takich krajów, jak Stany Zjednoczone Ameryki Północnej – USA, Kanady, Australii, w których skroplony gaz ziemny LNG wykorzystywany jest od około 50 lat. Obecnie trwają dalsze prace studialne i analizy nad tym niezwykle ważnym zagadnieniem dla polskiej energetyki gazowej.

Skroplony gaz ziemny – właściwości

Skroplony gaz ziemny LNG z Liquefied Natural Gas występuje w temperaturze poniżej -165°C (temperatura wrzenia przy ciśnieniu atmosferycznym) i składa się głównie z czystego metanu. Skroplony gaz ziemny LNG jest cieczą bezbarwną, bezwonną i nietoksyczną, przechowywaną i transportowaną pod ciśnieniem atmosferycznym (lub niewielkim nadciśnieniem 2-3 barów) w specjalnych zbiornikach kriogenicznych.

LNG to czysty gaz ziemny składający się głównie z metanu i małej ilości etanu i trochę cięższych węglowodorów. W skroplonym gazie ziemnym mogą być również rozpuszczone niewielkie ilości azotu, który często jest obecny w gazie ziemnym. Ze względu na to, że LNG występuje w niskiej temperaturze i pobiera ciepło z otoczenia, jest przechowywany w izolowanych zbiornikach kriogenicznych. Podczas skraplania gazu ziemnego objętość redukuje się ~600 razy, dzięki czemu „gęstość energii” znacznie wzrasta, co jest zjawiskiem bardzo korzystnym przy dystrybucji i transporcie LNG; z 1 m3 LNG można uzyskać ponad 600 m3 gazu możliwego do  przesyłu w sieci dystrybucyjnej.

W tabeli przedstawiono właściwości fizykochemiczne skroplonego gazu ziemnego LNG.

Instalacje biogazowe - mieszadło

Skroplony gaz ziemny LNG to bardzo dobry nośnik energii, który może być wykorzystany w wielu obszarach gospodarki, a ze względu na wysoką liczbę oktanową 130 oraz duży stopień czystości może być wykorzystywany jako paliwo silnikowe w transporcie samochodowym.

Zarówno zbiorniki, jak i instalacje LNG muszą spełniać warunki urządzeń kriogenicznych w zakresie procesów, urządzeń, zbiorników i instalacji używanych do produkcji i przechowywania oraz dystrybucji LNG. Warto zwrócić uwagę, że w technice stosuje się też inne instalacje kriogeniczne, takie jak instalacje ciekłego wodoru, tlenu i azotu.

Na rys. 1 przedstawiono  powszechnie stosowanych w technice i technologiach niskotemperaturowych.

wykres temperatur z punktami wrzenia dla poszczególnych cieczy kriogenicznych

Duży stosunek objętości gazu do objętości cieczy (~600:1) sprawia, że przechowywanie gazu w stanie ciekłym jest efektywne. Stan ciekły umożliwia alternatywne metody transportowania szczególnie tam, gdzie użycie konwencjonalnych gazociągów nie jest możliwe. LNG ze względu na swoje właściwości klasyfikowany jest w normach i standardach jako płyn niebezpieczny i łatwopalny. Warto podkreślić, że ze względu na swoje parametry energetyczne skroplony gaz ziemny LNG znajduje szerokie zastosowanie w przemyśle, energetyce, gospodarce komunalnej i transporcie.

Instalacje skraplania gazu ziemnego

Przygotowanie gazu ziemnego do skraplania polega na usunięciu zanieczyszczeń, które mogą mieć wpływ na bezpieczeństwo instalacji LNG. Przy oczyszczaniu i przygotowaniu gazu należy usunąć przede wszystkim wodę, dwutlenek węgla, związki siarki i zawiesinę oleju, a także inne zanieczyszczenia znajdujące się w gazie. Zanieczyszczenia te usuwa się najczęściej metodą ekstrakcji w bardzo niskich temperaturach, przy pomocy sit molekularnych i innego materiału adsorbującego.

Adsorpcja odbywa się najczęściej na sitach molekularnych, aktywnym aluminium lub aktywnym węglu. Do płynnych adsorbentów należy monoetanoloamina, glikol trójetylenowy i mrożony metanol. Metody mrożenia obejmują również usuwanie ciał stałych po skropleniu metanu. W instalacjach oczyszczania i przygotowywania gazu znajdują się takie urządzenia, jak filtry, separatory cieczy i gazu oraz eliminatory mgły, mechaniczne urządzenia, takie jak pompy i zawory oraz zbiorniki ciśnieniowe, takie jak wieże i urządzenia do wymiany ciepła oraz wymienniki ciepła.

Szczegółowe wymagania dotyczące przeglądów instalacji oczyszczania i przygotowywania gazu ziemnego zawarte są w normie AGA X01084 „Przewodnik konserwacji profilaktycznej LNG (skroplonego gazu ziemnego)”, wydanie 1984, oraz w innych dokumentach amerykańskich, takich jak normy NFPA.

Schemat kaskadowego skraplania gazu ziemnego

Można stosować kilka metod skraplania gazu ziemnego, przy czym należy zwrócić uwagę na metodę kaskadową lub metodę cyklu sprężania.

Magazynowanie skroplonego gazu ziemnego LNG

Istotnym zagadnieniem w dystrybucji skroplonego gazu ziemnego jest problem magazynowania. LNG jest cieczą kriogeniczną i w związku z tym stawiane są wysokie wymogi dotyczące magazynowania skroplonego gazu ziemnego z uwagi na bardzo niskie temperatury (-162C). Ze względu na konstrukcję zbiorniki przeznaczone do magazynowania LNG dzielimy na:

  • zbiorniki metalowe z podwójnymi ścianami,
  • zbiorniki betonowe z podwójnymi ścianami,
  • zbiorniki z płaszczem próżniowym,
  • zbiorniki z płaszczem z płukaniem gazem obojętnym.

Duże ilości skroplonego gazu ziemnego są magazynowane w zbiornikach betonowych z podwójnymi ścianami. Schemat zbiornika betonowego z podwójnymi ścianami wraz z obwałowaniem obszaru retencyjnego przedstawiono na rysunku.

Schemat zbiornika betonowego na skroplony gaz ziemny

Każdy zbiornik betonowy powinien być zabezpieczony przez odpowiednio dobrany obszar retencyjny na wypadek awarii zbiornika. W Gazoporcie Świnoujście zastosowano zbiorniki betonowe o dużej pojemności, w których będzie magazynowany LNG dostarczany drogą morską statkami zwanymi metanowcami.

Dla potrzeb mniejszych instalacji magazynowania skroplonego gazu ziemnego LNG stosuje się zbiorniki metalowe z podwójnymi ścianami, wypełnionymi najczęściej perlitem. Na rysunku 3 przedstawiono schemat stacji magazynowania LNG w zbiornikach metalowych wraz z podanymi odległościami bezpieczeństwa dla zbiorników o różnej pojemności, zgodnie z wymaganiami australijskiej normy Australian StandardTM AS 3961-2005 „The storage and handling of liquefied natural gas” 2005.

schemat stacji magazynowania LNG w zbiornikach metalowych

Dla zapewnienia bezpieczeństwa magazyny LNG powinny być poddawane okresowym kontrolom zgodnie z przyjętymi procedurami. W czasie kontroli i przeglądów należy sprawdzać osprzęt oraz dodatkowe wyposażenie zbiorników, takie jak zawory, manometry, przyrządy kontrolne itp. Zalecane terminy i zakres przeglądów zbiorników LNG podane są w amerykańskiej normie AGA X01084 American Gas Association Operating Section Report „LNG Preventive Maintenance Guide”. Niemniej jednak każdy operator lub użytkownik instalacji zbiornikowych LNG powinien, niezależnie od zawartych w normach wytycznych, opracować dodatkowe wymagania dla przeglądów z uwzględnieniem specyfiki danej instalacji oraz przepisów bezpieczeństwa i przepisów ochrony przeciwpożarowej.

W kolejnym odcinku będziemy kontynuowali tematykę magazynowania LNG oraz omówimy m.in. kwestie związane z transportem oraz regazyfikacją skroplonego LNG.

Zbigniew A. Tałach

Marek Rudkowski

Fot. Zbiornik betonowy do magazynowania LNG, gazoport Świnoujście.

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

Ta strona korzysta z ciasteczek (cookies) Więcej informacji

Ustawienia plików cookie na tej stronie są włączone na "zezwalaj na pliki cookie", aby umożliwić najlepszy z możliwych sposób przeglądania. Jeśli w dalszym ciągu chcesz korzystać z tej strony, bez zmiany ustawienia plików cookie lub kliknięciu przycisku "Akceptuję", a następnie użytkownik wyraża zgodę na to.

Zamknij