Korzyści i zagroŝenia wynikające z dostarczania gazu ziemnego w postaci skroplonej



Podobne dokumenty
Wykład 3. Diagramy fazowe P-v-T dla substancji czystych w trzech stanach. skupienia. skupienia

K raków 26 ma rca 2011 r.

Terminal LNG. Minister Włodzimierz Karpiński z wizytą na terminalu LNG r.

Para wodna najczęściej jest produkowana w warunkach stałego ciśnienia.

POLITECHNIKA GDAŃSKA WYDZIAŁ MECHANICZNY

Zanieczyszczenia pyłowe i gazowe : podstawy obliczenia i sterowania. poziomem emisji / Ryszard Marian Janka. Warszawa, 2014 Spis treści

Ćwiczenie N 13 ROZKŁAD CIŚNIENIA WZDŁUś ZWĘśKI VENTURIEGO

PROFIL PRĘDKOŚCI W RURZE PROSTOLINIOWEJ

Kaskadowe urządzenia do skraplania gazów

Zasada działania maszyny przepływowej.

Materiały pomocnicze do laboratorium z przedmiotu Metody i Narzędzia Symulacji Komputerowej

Magazynowanie cieczy

Seminarium AUTOMATYKA CHŁODNICZA I KLIMATYZACYJNA

Część I. Katarzyna Asińska

POLITECHNIKA GDAŃSKA

Miniskrypt do ćw. nr 4

TERMOCHEMIA SPALANIA

SEMINARIUM Z CHŁODNICTWA

Zadania domowe z termodynamiki I dla wszystkich kierunków A R C H I W A L N E

Chłodnictwo i Kriogenika - Ćwiczenia Lista 4

Skraplarki Claude a oraz Heylandta budowa, działanie, bilans cieplny oraz charakterystyka techniczna

BUDOWA I ZASADA DZIAŁANIA ABSORPCYJNEJ POMPY CIEPŁA

Zadanie 1. Zadanie 2.

POLITECHNIKA CZĘSTOCHOWSKA. Poszukiwanie optymalnej średnicy rurociągu oraz grubości izolacji

100 29,538 21,223 38,112 29, ,118 24,803 49,392 41,077

Techniki Niskotemperaturowe w Medycynie. Skraplarka Claude a i skraplarka Heylandta (budowa, działanie, bilans cieplny, charakterystyka techniczna).

Chłodnictwo i Kriogenika - Ćwiczenia Lista 7

Termodynamika Techniczna dla MWT, wykład 3. AJ Wojtowicz IF UMK Izobaryczne wytwarzanie pary wodnej; diagram T-v przy stałym ciśnieniu

Porównanie strat ciśnienia w przewodach ssawnych układu chłodniczego.

TECHNIKI NISKOTEMPERATUROWE W MEDYCYNIE

Wykład 7 Entalpia: odwracalne izobaryczne rozpręŝanie gazu, adiabatyczne dławienie gazu dla przepływu ustalonego, nieodwracalne napełnianie gazem

PRZEPŁYW CIECZY W KORYCIE VENTURIEGO

Czym fascynuje, a czym niepokoi energetyka jądrowa?

(równanie Bernoulliego) (15.29)

BILANS CIEPLNY CZYNNIKI ENERGETYCZNE

POLITECHNIKA GDAŃSKA WYDZIAŁ MECHANICZNY Katedra Energetyki i Aparatury Przemysłowej PRACA SEMINARYJNA

Grupa 1 1.1). Obliczyć średnicę zastępczą przewodu o przekroju prostokątnym o długości boków A i B=2A wypełnionego wodą w 75%. Przewód ułożony jest w

Obiegi gazowe w maszynach cieplnych

Przemiany energii w zjawiskach cieplnych. 1/18

J. Szantyr Wykład nr 26 Przepływy w przewodach zamkniętych II

Przemiany termodynamiczne

Działanie i ocena techniczna systemu FREE COOLING stosowanego do wytwarzania wody lodowej w systemach klimatyzacyjnych.

LNG. Nowoczesne źródło energii. Liquid Natural Gas - Ekologiczne paliwo na dziś i jutro. Systemy. grzewcze

TERMOCHEMIA SPALANIA

Konsekwencje termodynamiczne podsuszania paliwa w siłowni cieplnej.

BADANIE WYMIENNIKA CIEPŁA TYPU RURA W RURZE

Projekt Inżynier mechanik zawód z przyszłością współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

INSTYTUT INŻYNIERII ŚRODOWISKA ZAKŁAD GEOINŻYNIERII I REKULTYWACJI ĆWICZENIE NR 4 OKREŚLENIE WSPÓŁCZYNNIKA STRAT LOEKALNYCH

Kaskadowe urządzenia do skraplania gazów. Justyna Jaskółowska IMM. Techniki niskotemperaturowe w medycynie Gdańsk

STECHIOMETRIA SPALANIA

Analiza systemowa gospodarki energetycznej Polski

LABORATORIUM MECHANIKI PŁYNÓW

II Międzynarodowa Konferencja POWER RING Bezpieczeństwo Europejskiego Rynku Energetycznego. Terminal LNG

Seria 2, ćwiczenia do wykładu Od eksperymentu do poznania materii

TOM I Aglomeracja warszawska

Skraplanie czynnika chłodniczego R404A w obecności gazu inertnego. Autor: Tadeusz BOHDAL, Henryk CHARUN, Robert MATYSKO Środa, 06 Czerwiec :42

Zastosowania Równania Bernoullego - zadania

Warunki izochoryczno-izotermiczne

Menu. Badania temperatury i wilgotności atmosfery

Specyficzne własności helu w temperaturach kriogenicznych

Zasady bezpieczeństwa przy pracy z cieczami kriogenicznymi

Wykorzystanie ciepła odpadowego dla redukcji zużycia energii i emisji

Laboratorium. Hydrostatyczne Układy Napędowe

Układ termodynamiczny Parametry układu termodynamicznego Proces termodynamiczny Układ izolowany Układ zamknięty Stan równowagi termodynamicznej

Rodzaj nadawanych uprawnień: obsługa, konserwacja, remont, montaż, kontrolnopomiarowe.

Czym się zajmujemy? Wydobywamy ropę naftową i gaz ziemny. Zagospodarowujemy odkryte złoża, budujemy nowe kopalnie

Wykład 1. Anna Ptaszek. 5 października Katedra Inżynierii i Aparatury Przemysłu Spożywczego. Chemia fizyczna - wykład 1. Anna Ptaszek 1 / 36

Kalkulator Audytora wersja 1.1

MOśLIWOŚCI I WARUNKI TRANSPORTU CO 2 W POLSCE

ZESTAW ZADAŃ KONKURSOWYCH Z FIZYKI DLA UCZNIÓW GIMNAZJUM ROK SZKOLNY 2013/2014 ETAP OKRĘGOWY

OGRZEWNICTWO. 5.Zagadnienia hydrauliczne w instalacjach ogrzewania wodnego. Spadek ciśnienia w prostoosiowych odcinkach rur (5.1)

WYMIANA CIEPŁA W PROCESIE TERMICZNEGO EKSPANDOWANIA NASION PROSA W STRUMIENIU GORĄCEGO POWIETRZA

ciąg podciśnienie wywołane róŝnicą ciśnień hydrostatycznych zamkniętego słupa gazu oraz otaczającego powietrza atmosferycznego

Podstawowe narzędzia do pomiaru prędkości przepływu metodami ciśnieniowymi

Równanie gazu doskonałego

SELECTED ISSUES OF EXPLOATATION SAFETY OF THE LNG TERMINAL IN ŚWINOUJŚCIE AS LOGISTICS HUB FOR LNG DISTRIBUTION

BEKO TECHNOLOGIES. Kompletny, szybki i profesjonalny serwis. Pełna diagnostyka systemów uzdatniania spręŝonego powietrza

Plan zajęć. Sorpcyjne Systemy Energetyczne. Adsorpcyjne systemy chłodnicze. Klasyfikacja. Klasyfikacja adsorpcyjnych systemów chłodniczych

3. Przyrost temperatury gazu wynosi 20 C. Ile jest równy ten przyrost w kelwinach?

CIEPLNE I MECHANICZNE WŁASNOŚCI CIAŁ

Inżynieria procesów przetwórstwa węgla, zima 15/16

INSTRUKCJA MONTAśU I UśYTKOWANIA POJEMNOŚCIOWE PODGRZEWACZE WODY BSV

WOJSKOWA AKADEMIA TECHNICZNA Wydział Mechaniczny Katedra Pojazdów Mechanicznych i Transportu LABORATORIUM TERMODYNAMIKI TECHNICZNEJ

W8 40. Para. Równanie Van der Waalsa Temperatura krytyczna ci Przemiany pary. Termodynamika techniczna

Ćwiczenie nr 1 Wyznaczanie charakterystyki statycznej termostatycznego zaworu rozprężnego

Aerodynamika i mechanika lotu

Polskie Normy opracowane przez Komitet Techniczny nr 277 ds. Gazownictwa

Pomiar natęŝeń przepływu gazów metodą zwęŝkową

Temperatura jest wspólną własnością dwóch ciał, które pozostają ze sobą w równowadze termicznej.

Przykładowe kolokwium nr 1 dla kursu. Przenoszenie ciepła ćwiczenia

Wydajne wentylatory promieniowe Fulltech o wysokim ciśnieniu statycznym

Systemy ogrzewania kruszywa i wody technologicznej SYSTEM GRZEWCZY CH

Wykorzystanie LNG do zasilania pojazdów mechanicznych. Rafał Gralak

LABORATORIUM MECHANIKI PŁYNÓW

MECHANIKA PŁYNÓW LABORATORIUM

KOMPENDIUM WIEDZY. Opracowanie: BuildDesk Polska CHARAKTERYSTYKA ENERGETYCZNA BUDYNKÓW I ŚWIADECTWA ENERGETYCZNE NOWE PRZEPISY.

POMIAR STRUMIENIA PŁYNU ZA POMOCĄ ZWĘŻEK.

Pomiar prędkości i natęŝenia przepływu za pomocą rurek spiętrzających

04. Bilans potrzeb grzewczych

Nazwisko...Imię...Nr albumu... ZGAZOWANIE PALIW V ME/E, Test 11 (dn )

Transkrypt:

Korzyści i zagroŝenia wynikające z dostarczania gazu ziemnego w postaci skroplonej Autor: Zbigniew Gnutek, Michał Pomorski - Politechnika Wrocławska, Zakład Termodynamiki, Instytut Techniki Cieplnej i Mechaniki Płynów ( Energetyka październik 2008) Coraz szerzej prowadzona przez wiele krajów polityka proekologiczna wymusza stosowanie technologii i wykorzystywanie źródeł energii, które mają moŝliwie najmniejszy negatywny wpływ na środowisko naturalne. Z tego teŝ powodu w ostatnich latach obserwuje się znaczny wzrost zainteresowania gazem ziemnym. Jest on kopalnym surowcem energetycznym, ze spalania którego emituje się stosunkowo mało zanieczyszczeń w procesie konwersji energii. Niestety największe zuŝycie gazu ziemnego występuje w znacznej odległości od miejsc największych złóŝ gazu, a często równieŝ są one oddzielone od nich morzami i oceanami. Wymusza to transport tego surowca, niekiedy na bardzo duŝe odległości. W tradycyjnych systemach dostarczania gaz ziemny przepływa w wysokociśnieniowych gazociągach w stanie lotnym. Ze względu na duŝe spadki ciśnienia podczas przepływu, taki rodzaj transportu wymaga duŝego zuŝycia energii do przetłaczania. Problem pojawia się równieŝ, gdy złoŝa gazu są z róŝnych kontynentów. W tym celu w latach 60. został zapoczątkowany i do tej pory znacznie rozwinął się morski transport gazu ziemnego w postaci skroplonej w specjalnie do tego celu skonstruowanych tankowcach zwanych metanowcami. Jak wynika z analiz przeprowadzanych przez Statoil i Gas de France, przy pewnych odległościach (około 4000 km) i ilościach transportowanego gazu, taki rodzaj transportu jest tańszy [1]. W transporcie lądowym skroplony gaz ziemny jest dostarczany przy pomocy autocystern (do 44 m 3 pojemności) i cystern kolejowych (pojemność do 133 m 3 ). Alternatywną metodą dla przetłaczania gazu ziemnego w stanie lotnym moŝe być równieŝ transport gazu ziemnego w postaci skroplonej w rurociągach kriogenicznych. Charakterystyka LNG LNG (liquefied natural gas) jest skroploną mieszaniną gazów węglowodorowych z niewielkimi domieszkami azotu. Udział poszczególnych węglowodorów w skroplonym gazie ziemnym zaleŝy od miejsca skraplania gazu. Jednak w kaŝdej stacji skraplania głównym składnikiem LNG pozostaje metan (około 95%). MoŜna więc z pewnym przybliŝeniem traktować LNG jak czysty metan. W rezultacie skraplania otrzymuje się bezbarwną, trudno palną oraz niewybuchową ciecz. Przy ciśnieniu atmosferycznym skroplony gaz ziemny pozostaje w temperaturze 111 K i w tej temperaturze jest on zazwyczaj przechowywany oraz transportowany metanowcami i cysternami. Temperatura krytyczna metanu wynosi 190 K. Wynika z tego, Ŝe zakres temperatury, w którym gaz ziemny występuje w postaci ciekłej zawiera się w przedziale 111-190 K.

Czynnikiem ograniczającym rozwój technologii transportu skroplonego gazu ziemnego były awarie, równieŝ z ofiarami śmiertelnymi. Zdarzało to się jednak w czasach, gdy wiedza na temat skroplonego gazu ziemnego i własności wytrzymałościowych materiałów stosowanych na rurociągi kriogeniczne nie była jeszcze zbyt duŝa. Od tego czasu wiedzę na temat bezpiecznego transportu cieczy kriogenicznych intensywnie poszerzano. W efekcie poprawnie przeprowadzony proces transportu nie powinien być źródłem zagroŝeń dla zdrowia i Ŝycia ludzi. W razie wycieku LNG odparowuje, a powstałe pary mają cięŝar właściwy względem powietrza równy 1,7. W związku z czym pary LNG mają tendencję do pozostawania przy powierzchni ziemi lub wody, aŝ do momentu gdy nie ogrzeją się i wymieszają z powietrzem. Temperatura par LNG, w której ich gęstość jest równa gęstości powietrza wynosi około 165 K.

W temperaturze otoczenia cięŝar właściwy par LNG względem powietrza wynosi 0,55, przez co szybko unoszą się one i rozpraszają w atmosferze. Gęstość skroplonego gazu ziemnego jest o około połowę mniejsza od gęstości wody, co powoduje, Ŝe w razie wycieku do wody unosi się on na powierzchni i podlega procesowi parowania. Wówczas moŝe stanowić zagroŝenie, ale tylko w przypadku, gdy lokalnie osiągnie stęŝenie wybuchowe. Transport LNG rurociągami Ograniczany zakres temperatur, dla których gaz ziemny pozostaje w stanie ciekłym pociąga za sobą ograniczoność w maksymalnych długościach osiąganych przez rurociągi LNG bez ponownego schładzania czynnika. Ta odległość jest ograniczana przez wiele elementów. Do najwaŝniejszych naleŝą: temperatura początkowa skroplonego gazu ziemnego, natęŝenie przepływu, średnica rurociągu, rodzaj i jakość izolacji oraz temperatura końcowa. Przykładowy schemat transportu skroplonego gazu ziemnego w rurociągach na duŝe odległości przedstawiono na rysunku 2. Skroplony gaz ziemny pozostaje w stanie ciekłym do momentu aŝ jego temperatura na danej długości rurociągu jest niŝsza od temperatury nasycenia odpowiadającej ciśnieniu czynnika na tej samej długości rurociągu. Temperatura nasycenia jest ściśle powiązana z jego ciśnieniem. Za straty ciśnienia odpowiedzialne są opory przepływu (zarówno liniowe jak i miejscowe). W obliczeniach strat ciśnienia w rurociągach skroplonego gazu ziemnego nie moŝna pominąć oporów miejscowych, poniewaŝ mają one znaczną wartość (około 20% strat ciśnienia) [3], a spowodowane jest to koniecznością stosowania licznych kompensatorów odkształceń termicznych rurociągu. Po dokonaniu odpowiednich przekształceń spadek ciśnienia przepływającego LNG moŝna wyliczyć z zaleŝności: Podczas przepływu kriocieczy w rurociągu wzrasta jej temperatura na skutek dopływu ciepła z otoczenia, tarcia o ścianki rury, a takŝe dopływu ciepła wytwarzanego w urządzeniach pomocniczych zainstalowanych na trasie rurociągu. Parametry odpowiedzialne za wzrost temperatury przepływającego czynnika moŝna wyznaczyć z równania energetycznego przepływu. Przy załoŝeniu, Ŝe rurociąg jest poziomy lub róŝnica wysokości nie jest zbyt duŝa, moŝna pominąć przyrost energii potencjalnej ze względu na stosunkowo małą wartość. W przypadku przepływu strumienia substancji o niezbyt duŝej prędkości (co ma miejsce w przypadku przepływu LNG) moŝna równieŝ pominąć przyrost energii kinetycznej. Uwzględnienie tych uproszczeń pozwala na zapisanie wzoru na wzrost temperatury przepływającego LNG w postaci:

Na podstawie wyprowadzonych powyŝej zaleŝności rozkładu parametrów termodynamicznych skroplonego gazu ziemnego podczas przepływu w długich rurociągach kriogenicznych moŝna wykonać charakterystyki przepływowe. Celem obliczeń było znalezienie takiego zbioru parametrów medium, aby było moŝliwe przetransportowanie LNG na jak największe odległości w postaci skroplonej, przy jednorazowym podwyŝszeniu ciśnienia cieczy, (oczekiwana odległość 300-600 km), a jednocześnie, aby ciśnienie LNG na końcu procesu było na tyle wysokie, by moŝliwe było odparowanie podczas przepływu w rurociągu bez ponownego zwiększania ciśnienia (3-4,5 MPa). Obliczenia wykonywano dla średnic rurociągu d = 0,3-0,6 m, grubości izolacji d iz = 0,06-0,14 m oraz strumieni masy LNG zmieniających się w zakresie rh = 100-500 kg/s. Jako izolację przyjęto piankę poliuretanową. Parametry początkowe to temperatura T = 110 K i ciśnienie p =10 MPa. ZałoŜono, Ŝe jedynym składnikiem gazu ziemnego jest metan. Przykładowe charakterystyki rozkładu ciśnienia i temperatury LNG w rurociągu przedstawiono na rysunku 3. Znajomość rozkładu ciśnienia i temperatury skroplonego gazu ziemnego wzdłuŝ rurociągu oraz uwzględnienie równania linii nasycenia dla metanu, na której kończył się proces transportu, pozwoliło na wyznaczenie zaleŝności ciśnienia od temperatury przepływającego LNG. Przykładowy obraz tej zaleŝności dla rurociągu o średnicy 0,5 m i grubości izolacji 0,08 m przedstawiono na rysunku 4. Z wyznaczonych charakterystyk przepływowych LNG wynika, Ŝe maksymalne długości przy jednorazowym spręŝeniu czynnika, dla rurociągów bez stacji schładzania, sięgają nawet 650 km. Transportowanie skroplonego gazu ziemnego na większe odległości wymaga zastosowania stacji schładzających LNG do temperatury początkowej. Taki zabieg pozwala na przetłaczanie czynnika na odległości znacznie większe.

W celu porównania energochłonności rurociągowego transportu skroplonego gazu ziemnego z energochłonnością transportu takiej samej ilości gazu na taką samą odległość przy pomocy gazociągów konwencjonalnych wyznaczono zuŝycie mocy niezbędnej do przeprowadzenia tych procesów. Wyznaczony w sposób przybliŝony nakład energetyczny niezbędny do przetłaczania LNG moŝna obliczyć z zaleŝności: gdzie: υ p - średnia objętość właściwa cieczy w pompie, p p - przyrost ciśnienia cieczy w pompie, η p - całkowita sprawność pompy (przyjęto sprawność pompy 80%). Natomiast moc niezbędną do napędu spręŝarek słuŝących do przetłaczania gazu sieciowego zaczerpnięto z danych o istniejącym dalekosięŝnym wysokociśnieniowym gazociągu. Obliczona wartość mocy odniesiona do jednostki strumienia masy gazu oraz jednego kilometra odległości, na jaką jest on transportowany wyniosła I t» 500 J/kg x km. Ten sam współczynnik dla analizowanych rurociągów LNG zawierał się w przedziale 44--182 J/kg x km. Z powyŝszego porównania wynika, Ŝe zastosowanie rurociągowego transportu skroplonego gazu ziemnego pozwala na zmniejszenie energochłonności procesu nawet dziesięciokrotnie, w stosunku do przesyłania gazu w sposób konwencjonalny w gazociągach. Podsumowanie Gaz ziemny jest jednym z najwaŝniejszych surowców energetycznych. W tym celu naleŝy dąŝyć do poszukiwania nowych form dostaw tego surowca. Jedną z nich moŝe być dostarczanie gazu w postaci skroplonej. Jak wynika z przeprowadzonych powyŝej rozwaŝań morski system dostaw LNG jest juŝ dość dobrze rozwinięty na świecie, a w niektórych przypadkach moŝe być tańszy od transportu gazociągowego. W transporcie lądowym moŝna równieŝ dostarczać go w postaci skroplonej w rurociągach.

Własności skroplonego gazu ziemnego pozwalają na bezpieczne jego transportowanie przy zapewnieniu odpowiedniego poziomu wykonawstwa i właściwej eksploatacji instalacji. Przeprowadzone kalkulacje pokazują, Ŝe odległości takich rurociągów bez stacji schładzania są znaczne (do około 650 km). Zaletą jest równieŝ energochłonność procesu przetłaczania gazu ziemnego w postaci skroplonej, która moŝe być nawet dziesięciokrotnie mniejsza od energochłonności transportu konwencjonalnego. LITERATURA [1] FossM. M.: Introduction to LNG. An introduction to liquefied natural gas (LNG), its properties, organization of the LNG industry and safety considerations, Center for Energy Economics, Houston 2007 [2] www.shell-usgp.com/lngsaschar.asp. [3] LNG pipelines - a technology assessment, volume I, Canuck Engineering Ltd., 1977 [4] Pomorski M., Modelowanie procesu transportu skroplonego gazu ziemnego w rurociągach na duŝe odległości, Raport ITCiMP, Wrocław 2007