Jak działają rurociągi gazu ziemnego?

Gaz ziemny jest transportowany rurociągami. Ponieważ gaz ziemny jest pod wysokim ciśnieniem podczas podróży rurociągiem, musi być sprężany w regularnych odstępach czasu. Stacje sprężarek działają poprzez wykorzystanie turbin, silników i motorów do sprężania gazu w celu utrzymania optymalnego przepływu gazu ziemnego przez system rurociągów międzystanowych. Rurociągi wymagają jednak specjalistycznego sprzętu do prawidłowego działania. W tym artykule przeanalizujemy różne aspekty rurociągów gazu ziemnego oraz sposób ich budowy.

Transport gazu ziemnego

Transport gazu ziemnego rurociągami jest ważnym sposobem dostarczania gazu do różnych miejsc. Rurociągi te przenoszą gaz ziemny z głowic odwiertów do głównej sieci przesyłowej. Następnie transportują gaz do zakładów przetwórczych, gdzie gaz ziemny jest rozdzielany na ciecze, gazy niewęglowodorowe i wodę. Następnie gaz jest dostarczany do użytkowników końcowych, w tym do domów i przedsiębiorstw. Podczas gdy główne rurociągi przenoszą duże ilości gazu ziemnego, mniejsze linie serwisowe dostarczają gaz do określonych obszarów.

Istnieją trzy główne typy rurociągów. Rurociągi przesyłowe są szerokie i przenoszą gaz pomiędzy zakładami przetwórczymi a konsumentami. W innych przypadkach, rurociągi przesyłowe transportują gaz ziemny do miast. Trzecim typem rurociągu jest rurociąg dystrybucyjny, który przenosi gaz do użytkowników końcowych. Gaz ziemny transportowany przez rurociągi przesyłowe jest sprzedawany firmom, które następnie rozprowadzają go do domów. Jednak nie tylko główny system rurociągów transportuje gaz.

Narodowe rurociągi bezpiecznie transportują setki miliardów ton-mil płynnych produktów naftowych. Ta ilość znacznie przekracza możliwości wszystkich innych środków transportu. Dla porównania, jeden rurociąg może przenieść objętość cystern co dwie minuty. Kolejowy odpowiednik tej objętości to 225 wagonów-cystern o pojemności 28 000 galonów. Transport gazu ziemnego za pomocą rurociągów ma liczne korzyści i zalety, a w przyszłości będą one nadal rosły.

Chociaż wypadki związane z rurociągami są stosunkowo rzadkie, gdy rury są odpowiednio utrzymywane, to jednak zdarzają się. Lotny charakter gazu ziemnego sprawia, że wypadek z udziałem rurociągu jest bardzo niebezpieczny. Rurociągi, które są wadliwe, są podatne na eksplozję. Niedawna eksplozja rurociągu w hrabstwie Westmoreland, PA, zabiła dziesiątki osób. W Kalifornii wybuch rurociągu w San Bruno zabił osiem osób, ranił ponad sześćdziesiąt, zniszczył 38 domów i ujawnił niewłaściwe praktyki konstrukcyjne i kontrolne.

Struktura rurociągów

Strukturę rurociągów gazu ziemnego określa się poprzez opisanie przepływu gazu jako stanu ustalonego. Przepływy wzdłuż rurociągów opisywane są równaniami nieliniowymi, które wyrażają prawa zachowania energii, pędu i masy. Równania te znane są również jako równania różniczkowe cząstkowe (PDE) i są szeroko wykorzystywane w projektowaniu i eksploatacji rurociągów. Przed rozpoczęciem budowy wymagana jest szczegółowa analiza rurociągów gazu ziemnego. W celu zaprojektowania rurociągu określa się szereg parametrów zapewniających bezpieczeństwo, niezawodność i wydajność.

Rurociągi składają się z serii rur o małej średnicy, które przenoszą produkty z punktu produkcji do konsumenta końcowego. Rurociągi w terminalach również rozprowadzają produkty do użytkownika końcowego. Projekty budowy rurociągów obejmują prace z zakresu inżynierii lądowej wymagane do instalacji rurociągów, stacji pomp/kompresorów oraz urządzeń terenowych do zdalnej obsługi. W niektórych przypadkach potencjalni klienci mogą podpisać prawa dostępu do rurociągu. W innych przypadkach rurociąg może służyć jako trasa transportowa dla LNG.

Rurociąg gazu ziemnego może być zbudowany ze stali węglowej o różnych średnicach. Rurociągi mogą mieć średnicę od dwóch do 60 cali (51 do 1 524 mm). Stacje sprężarek podnoszą ciśnienie gazu w rurociągu. Gaz ziemny jest bezwonny, ale czasami jest mieszany z substancją zapachową. Głównym rurociągiem do przesyłu amoniaku jest linia Transammiak pomiędzy rosyjskim zakładem TogliattiAzot a portem w Odessie na Ukrainie.

Zwiększenie grubości ścianek rur zwiększy ciśnienie znamionowe i ciśnienie robocze. Efektywna sieć przesyłowa gazu ziemnego będzie uwzględniać podziemne magazyny. Dostępność magazynów jest krytycznym czynnikiem wpływającym na wielkość sieci przesyłowej. Może on być mały lub duży, w zależności od potrzeb. Przykładowo, gazociąg w Kanadzie może transportować jedynie kilkaset milionów MMSCFD. Jeśli ścianki rurociągu są zbyt cienkie, gaz ziemny będzie się uginał i pękał, przez co stanie się niestabilny.

Przewodzenie ciepła w rurociągach

Proces przewodzenia ciepła w rurociągach gazu ziemnego charakteryzuje się przekazywaniem energii cieplnej z gazu do ścianki rury oraz izolacji lub gruntu otaczającego rurę. Proces ten znany jest również jako droga termiczna, a zachodzi w rurach zakopanych pod ziemią. Proces ten zachodzi w rurach zakopanych pod ziemią. Przekazywanie ciepła odbywa się poprzez ścieżki termiczne tworzone przez zakopaną rurę, które zazwyczaj powstają w wyniku nagrzewania się produktu podczas jego przemieszczania się przez ściany rury i izolację. Przekazane ciepło jest zwykle uwalniane do wody lub ziemi otaczającej rurociąg. W rurociągach o dużych odległościach proces ten jest jednak przyspieszony, ponieważ produkt przemieszcza się przez ściany rur i rury w wolniejszym tempie.

Proces przekazywania ciepła jest głównym czynnikiem branym pod uwagę przy przepływie rurociągu. Wymiana ciepła może zachodzić między systemami gazowymi, ciekłymi lub stałymi. Jest to podobne do tego, co dzieje się w rurze ogniowej, rurze w kształcie litery U, która utrzymuje płyn w określonej temperaturze. Rura ta jest następnie wciągana do palnika i ogrzewana przez ogień. Przekazywanie ciepła przez promieniowanie ma miejsce, gdy energia jest emitowana w postaci fal. Fale te mogą być emitowane w atmosferze lub w próżni. Gdy gorące powietrze wchodzi do U-rury, wypromieniowuje swoje ciepło, ogrzewając w ten sposób rurę.

Przekazywanie ciepła przez rurę jest procesem złożonym i staje się coraz trudniejsze, gdy rury są izolowane. Przekazywanie ciepła może być oszacowane za pomocą symulacji komputerowych w celu określenia temperatury płynu, ale rzeczywisty proces przekazywania ciepła jest w dużej mierze nieprzewidywalny. Zmiany temperatury i ciśnienia w rurze są kluczowymi czynnikami określającymi transfer ciepła. Korzystając z programu symulacji komputerowej, badacze mogą zrozumieć, w jaki sposób transfer ciepła wpływa na lepkość płynu, stan fazowy lub gęstość.

Regulacje dla firm rurociągowych

Istnieje wiele regulacji dla firm rurociągowych gazu ziemnego. Standardy te są ustalane przez rząd federalny i dotyczą środków i procedur bezpieczeństwa przy budowie, eksploatacji i konserwacji rurociągów. Przepisy federalne i stanowe wymagają dokładnych inspekcji i prowadzenia dokumentacji. Poniżej przedstawiono niektóre z przepisów, które regulują działalność spółek gazociągowych:

W 1992 roku Federalna Komisja Regulacji Energetyki (FERC) wydała zarządzenie 636, wymagające restrukturyzacji w amerykańskim przemyśle gazu ziemnego. Wymagało ono oddzielenia produkcji od transportu i dystrybucji. Jest to kluczowy dokument, który ukształtował ramy regulacyjne dla branży, a w związku z tym opublikowano dużą ilość literatury analizującej wpływ Zarządzenia 636. Jego wpływ na transport i dystrybucję gazu ziemnego był szeroko badany i dyskutowany.

FERC jest agencją odpowiedzialną za regulację międzystanowego przesyłu gazu ziemnego. Rurociągi były jedynymi dostawcami gazu przed deregulacją. Przed 1985 r. rurociągi kupowały, transportowały i sprzedawały go. Jednak deregulacja spowodowała powstanie „rynku spot”, na którym rolę rurociągów przejęły firmy marketingowe. Firmy zajmujące się rurociągami międzystanowymi zapewniają obecnie różne poziomy usług, w tym transport stały, transport przerywany i magazynowanie. Ich taryfy są publicznie dostępne na ich stronach internetowych.

Choć gazociągi produkcyjne i zbierające nie podlegają części 192, przepisy regulujące dystrybucję gazu krajowego do klientów są inne. Część 192 reguluje operatorów rurociągów, którzy transportują gaz ziemny. Część 192 skierowana jest do tych, którzy transportują gaz od źródła do końcowego użytkownika. Jednak przepisy dotyczące operatorów rurociągów gazu ziemnego dotyczą wszystkich operatorów rurociągów, nie tylko tych, którzy zajmują się jego dystrybucją. Tak więc, jeśli jesteś zainteresowany dowiedzeniem się więcej na ten ważny temat, rozważ te ważne fakty.

Korzyści z zakopanych rur

Zakopane rurociągi gazu ziemnego są często bezpieczniejsze niż tradycyjne, otwarte, ponieważ są całkowicie zakopane. Sama rura pozostaje zakopana pod ziemią, co zapobiega jej wyciekom i powodowaniu zanieczyszczeń. Rurociągi zakopane pozwalają także uniknąć konieczności przeprowadzenia kosztownych geotechnicznych prac naprawczych. Poza badaniami geotechnicznymi, monitorowanie odkształceń jest kolejnym ważnym narzędziem zapewniającym integralność rurociągów. Tensometry z drutu wibracyjnego są powszechnie stosowane do pomiaru obciążeń osiowych i zginających.

Chociaż zakopane rurociągi są na ogół chronione przed korozją, nadal są narażone na silne opady deszczu. Deszcz taki może naruszyć kopce ziemi, które chronią rurociągi przed zalaniem. Z drugiej strony, ulewne deszcze mogą przemieszczać nasypy i inne struktury ochronne. Zwiększają także podatność rurociągów podziemnych na podmycia i erozję. Pojazdy i gruz mogą również powodować erozję gleby. Niezwykle istotne jest staranne zaplanowanie instalacji rurociągu, aby zminimalizować wszelkie negatywne oddziaływania na środowisko.

Zakopane rurociągi gazu ziemnego są również bardziej niezawodne. Rurociąg dostarcza bezpieczny gaz ziemny do domów, firm, zakładów produkcyjnych i elektrowni. Rurociąg może przekraczać różne bariery, w tym strome zbocza, nie powodując szkód w otaczającym krajobrazie. W przeciwieństwie do samochodów ciężarowych, rurociągi nie muszą martwić się o ruch drogowy czy problemy z transportem. Ponadto wiele z dzisiejszych rurociągów zostało zbudowanych w latach 20. i 60. ubiegłego wieku.

W porównaniu z innymi środkami transportu, rurociągi naftowe i gazowe minimalizują ryzyko wybuchu. Ponieważ są one w większości zakopane pod powierzchnią ziemi, mają również mniejszy wpływ na środowisko niż inne środki transportu. Wymagają znacznie mniej miejsca niż inne środki transportu. Ze względu na swoje rozmiary duże rurociągi mogą przebiegać przez naturalne bariery geograficzne. Główną zaletą zakopanych rurociągów gazu ziemnego jest to, że zmniejszają ryzyko wybuchów i wycieków.