Как устроены подземные газовые хранилища: подходящие способы хранения природного газа

Классификация ПХГ

Чтобы уравновесить потребление ресурса по сезонам, происходящее неравномерно в любом газовом промысле или газопроводе магистрального назначения, запасы нужно хранить герметично в определенных хранилищах.  Для этого используют месторождения, выработка которых истощена, ловушки в водонапорных системах в пластах породы, а также особенные трещины или каверны, образующиеся природным путем или искусственным. Все ПХГ можно разделить на категории в зависимости от их характеристик работы и особенностей эксплуатации.

Режим работы ПХГ

Классификация по работе в пористом пласте позволяет выделить несколько типов ПХГ:

• базисные обустраиваются для регулировки неравномерности в графике газового потребления на протяжение нескольких месяцев. Режим работы в период отбора стабилен;
• пиковые требуются для удовлетворения суточной неравномерности отбора газа, при этом производительность сильно меняется;
• газгольдерное наземное хранилище обеспечивает стабильность закачки природного ресурса в разгар сезона отбора, при этом количества закачиваемого ресурса хватает на короткий период времени;
• стратегические нужны для запасов ресурса в исключительные случаи, поэтому их работа должна быть безопасной в течение долгого периода времени.

Назначение

По своему назначению подземные хранилища можно разделить на базовые, локальные и районные. Каждый тип отличается своим объемом:

базовые ПХГ содержат десятки миллиардов кубометров газа, вырабатывая до нескольких сотен млн. кубометров в 24 часа

Такое хранилище отличается региональным значением и важно для промышленных предприятий и транспортной системы; районные ПХГ вмещают до 10 млрд. кубометров ресурса, вырабатывая десятки млн. кубометров в сутки

Значение такого хранилища – районное, рассчитанное на группы конечных потребителей и часть газотранспортной системы; локальное ПХГ рассчитано на сотни млн. кубометров, производительность достигает 10 млн. кубометров за день. Значение этого типа отличается локальностью, а потребители – единицами

кубометров в сутки. Значение такого хранилища – районное, рассчитанное на группы конечных потребителей и часть газотранспортной системы; локальное ПХГ рассчитано на сотни млн. кубометров, производительность достигает 10 млн. кубометров за день. Значение этого типа отличается локальностью, а потребители – единицами.

Объекты эксплуатации

Подземные газовые хранилища могут работать в следующих объектах:

• водоносный пласт;
• выработанное газовое хранилище или нефтяное месторождение, газоконденсатная скважина.

Для каждого из объектов предусмотрено количество – один пласт или многопластовая система складов.

Колебания и пики

ПХГ (подземные хранилища газа) в значительной мере способствуют надежности снабжения потребителей газом. Они позволяют выравнивать суточные колебания газопотребления и удовлетворять пиковый спрос в зимний период. Особенно важны ПХГ в России с ее климатическими особенностями и удаленностью источников ресурсов от конечных потребителей. В России действует не имеющая мировых аналогов Единая система газоснабжения (ЕСГ), ее неотъемлемая часть — система ПХГ. Подземные хранилища позволяют гарантированно обеспечивать потребителей природным газом независимо от времени года, колебаний температуры, форс-мажорных обстоятельств.

В зимнее время действующие 25 хранилищ обеспечивают до четверти суточных ресурсов газа ЕСГ России, что сопоставимо с суммарным отбором из Ямбургского, Медвежьего и Юбилейного месторождений.

Это интересно: Баротравма — делимся знаниями

Бесшахтные резервуары в каменной соли

8.6 Конструктивные решения бесшахтных резервуаров для газа должны обеспечивать скорость течения газа по скважине не более 35 м/с и темп снижения давления в резервуаре при отборе газа в процессе эксплуатации не более 0,5 МПа/ч.

8.7 Вместимость бесшахтных резервуаров для газа должна определяться из расчета хранения активного и буферного объемов газа исходя из технологических параметров и горно-геологических условий размещения резервуаров.

8.8 Коэффициент использования вместимости резервуара при хранении жидких углеводородов следует принимать не более следующих значений:

а) при наличии внешней подвесной колонны (в долях вместимости подземного резервуара выше башмака внешней колонны):

для нефти и нефтепродуктов — 0,985;

для СУГ — 0,95;

б) при отсутствии внешней подвесной колонны (в долях вместимости подземного резервуара выше башмака центральной подвесной колонны):

для нефти и нефтепродуктов — 0,95;

для СУГ — 0,9.

8.9 При эксплуатации подземных резервуаров по рассольной схеме для вытеснения СУГ, нефти и нефтепродуктов следует применять, как правило, концентрированный рассол.

8.10 Допускается совмещать эксплуатацию хранилища с дальнейшим увеличением вместимости подземных резервуаров.

8.11 При вытеснении продукта хранения неконцентрированным рассолом или водой в проектных решениях необходимо учитывать изменение вместимости и конфигурации выработки-емкости за счет растворения соли. Количество циклов вытеснения должно определяться в зависимости от изменения концентрации рассола и предельно-допустимых размеров резервуара по условию устойчивости.

Хранение и способы транспортировки добытого топлива

Распространенный и относительно недорогой способ транспортировки добытого природного газа — перемещение по трубам. Предварительно его обязательно очищают от различных примесей, которые отрицательно влияют на оборудование. Также газ освобождают от влаги, которая в процессе транспортировки переходит в состояние кристаллогидратов и становится причиной закупорки труб.

Современные трубопроводы выдерживают давление в 75 атмосфер и более. Крупные магистрали транспортируют газ даже в отдаленные регионы страны.

Преимущества данного способа:

• высокая скорость перемещения газа;
• бесперебойная работа;
• минимальные потери газа в процессе транспортировки;
• автоматический режим перемещения ресурса.

Трубопроводы современной конструкции способны перекачивать около 45 миллиардов м3 газа в год.

Также газ перевозят с помощью автоцистерн. Для этого он должен быть в сжиженном состоянии

Этот способ транспортировки требует особой внимательности и осторожности, и оправдан только в том случае, если газ нужно переместить на небольшое расстояние

Еще один способ перемещения газа — перевозка танкерами (специальными суднами). Вещество в них также транспортируют в сжиженном виде. Его температура должна находиться в пределах 160 градусов. Это безопасный и относительно недорогой, но медленный способ транспортировки.

Природный газ может храниться как в сжиженном состоянии, так и в форме гидратов. Практикуется подземное хранение газа в емкостях и газгольдерах низкого, среднего и высокого давления.

Перспективы развития отрасли

Следует отметить, что газовая промышленность является источником получения значительного дохода государства, поэтому на ее развитие и модернизацию уходит большое количество денег и внимания со стороны правительства. Это ведет к тому, что отрасль постоянно развивается, модернизируется и совершенствуется. Поэтому существуют великолепные перспективы для ее эффективного и результативного развития. Это объясняется тем, что внедряются новые трубопроводы, которые являются долговечными, качественными и надежными. Также используются в процессе добычи газа уникальные технологии и методы, современное оборудование и техника.

Все это приводит к тому, что газовая промышленность России постоянно развивается, а также становится источником такого большого дохода, что за счет полученных средств можно развивать не только эту отрасль, но и другие сферы деятельности. Открываются все новые месторождения газа, в результате чего увеличивается получаемая прибыль, Все это ведет к тому, что улучшается показатель газификации страны, увеличивается экспорт, повышается экономическая, а также энергетическая эффективность, и получается с помощью новых технологий извлекать из получаемых ресурсов полезные и нужные компоненты.

Поэтому можно с уверенностью утверждать, что газовую промышленность ожидает постоянное и эффективное развитие, которое будет положительно сказываться на развитии страны в целом. Также следует отметить, что в качестве монополиста на российском рынке выступает , поэтому можно не волноваться о том, что газовый сектор будет неустойчивым, поскольку единая структура монополиста не позволит произойти распаду хозяйственных связей, как это могло бы быть в конкурентной среде. При этом компания постоянно внедряет новые инновационные технологии, участвует в различных проектах, а также вся ее деятельность направлена на то, чтобы увеличить эффективность газовой промышленности.

Возможные изменения в регламентированных нормах одорантов

За последние несколько лет количество аргументированных предложений по отмене жестких регламентированных норм резко увеличилось

Если для всех объектов будут установлены индивидуальные нормы, в которых будет приниматься во внимание такие факторы, как длинна газопровода, а так же состав вещества и его качество, то это даст дополнительный толчок к использованию разных одорантов

На качество одорантов природного газа влияют:

• Длина газопровода газопровода может отрицательно сказываться на качестве этилмеркаптана. При химической реакции элементов состава одоранта, а так же элементов трубопровода, происходит уменьшение интенсивности газа. Поэтому предприятию, которое транспортирует природный газ, приходится увеличивать количество вводимого одоранта.
• Качество запаха смеси зависит от массовой доли серы. Если знать, какой процент элемента содержится в транспортируемом природном газе, можно изменять количество вводимого одоранта в общий поток. При этом наличие большого количества примесей может повлиять на ухудшение его качества. Так, самое отрицательное влияние на качество оказывает влага, которая приводит к появлению в трубопроводе конденсата, что повлечет за собой растворение некоторого количества одоранта.
• Компоненты состава и их качество. Говоря о качественном составе, нельзя оставить тему транспортировки одорантов в нашей стране. Из-за того, что для этой цели очень часто используется черная сталь, которая вступает в реакцию с перевозимым веществом, одорант за время транспортировки достаточно сильно теряет свои качества. На это влияют и температурные перепады, которые возникают из-за большой протяженности магистралей, проходящих через всю страну. Кроме этого, значительное снижение фактического качества некоторых элементов одоранта происходит из-за колебаний в соотношении ее компонентов, которая происходит по вине завода изготовителя.

Вредные химикаты в пластмассах

Добавки, используемые в пластмассах, могут оказывать различное воздействие на здоровье людей. При этом самих добавок — огромное количество. 

Например, группа химических веществ под названием “пластификаторы” — это одно семейство добавок, используемых для придания гибкости ПВХ.

Тип пластификатора, добавляемого в процессе производства, зависит от того, где используется ПВХ (от детских игрушек до автомобильных сидений).

Очень немногие из химических веществ, добавляемых в пластик, протестированы на их токсичность для человека. Одной из причин этого является сложность разработки модели тестирования. Поскольку, не существует базового показателя для контрольной группы, которая не подвергалась воздействию пластика.

Рассмотрим 2 самые вредные химические добавки в пластмассах.

Бисфенол А: мощный разрушитель эндокринной системы

В развитых странах более чем у 90% населения в возрасте от шести лет и старше в моче выявлен бисфенол А (или БФА). БФА требуется всего шесть часов, чтобы распространиться по всему организму. 

Было обнаружено, что БФА легко вымывается из бутылок с водой и попадает в нее. 

Проблема этой добавки в том, что она нарушает работу эндокринной системы человека.

Эндокринная система регулирует ряд жизненно важных функций организма, например:

• Метаболизм;
• Частота сердечных сокращений;
• Пищеварение;
• Температура;
• Общее настроение;
• Сон;
• Сексуальная функция;
• Развитие и функционирование тканей организма.

Наиболее распространенным эндокринным заболеванием в мире является диабет. Эта болезнь развивается из-за того, что поджелудочная железа не вырабатывает достаточное количество гормона инсулина или организм не использует его должным образом. В результате уровень сахара в крови становится слишком высоким.

Бисфенол А может имитировать гормоны организма, блокировать рецепторы нарушать нормальное функционирование любой из желез внутренней секреции.

Список других распространенных болезней, связанных с эндокринной системой:

• Остеопороз;
• Рак щитовидной железы;
• Гипо- и гипертония;
• Болезнь Эддисона;
• Синдром Кушинга;
• Низкий уровень тестостерона;
• Ожирение.

Также исследования, опубликованные в “Журнале клинической эндокринологии и метаболизма”, показали, что лица в возрасте до 75 лет с проблемами эндокринной системы, подвержены значительному риску когнитивных нарушений и даже деменции.

Проблема попадания в организм человека веществ, нарушающих работу эндокринной системы, является повсеместной. Особому риску подвергаются дети, поэтому в некоторых страна (США в 2012 году) запретили БФА в производстве детских бутылочек и сосок.

Фталаты

БФА — не единственный разрушающий эндокринную систему химикат в пластмассах.

Фталаты — это пластификаторы, которые также попадают в организм человека и разрушают его.

Запрещенные Европейским союзом в 2015 году, фталаты по-прежнему производятся в остальных странах мира. Даже несмотря на то, что тесты показывают их отрицательное воздействие на людей.

Несмотря на то, что производство БФА и фталатов в некоторой степени ограничено, появляется все больше свидетельств того, что заменяющие их материалы также являются разрушителями эндокринной системы.

Самое авторитетное исследование об эндокринных нарушениях было проведено группой ученых для Программы Организации Объединенных Наций по окружающей среде (ЮНЕП) и Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) в 2013 году.

Осторожные в своих выводах (из-за невозможности найти и протестировать базовый уровень людей, которые не подвергались воздействию пластика), полагаясь на исследования дикой природы и на эпидемиологические данные, указывающие на тревожный рост эндокринных заболеваний, ученые сообщили, что: 

“Исследования животных  и людей, подтверждают идею о том, что воздействие химических веществ, разрушающих эндокринную систему, влияет на увеличение случаев репродуктивных заболеваний, рака, поведенческих проблем и проблем с обучением, включая СДВГ, инфекции, астмы, ожирения и диабета”.

Транспортировка

Подготовка газа к транспортировке

Несмотря на то, что на некоторых месторождениях газ отличается исключительно качественным составом, в общем случае природный газ – это не готовый продукт. Помимо целевого содержания компонентов (при этом целевые компоненты могут различаться в зависимости от конечного пользователя), в газе содержаться примеси, которые затрудняют транспортировку и являются нежелательными при применении.

Например, пары воды могут конденсироваться и скапливаться в различных местах трубопровода, чаще всего, изгибах, мешая таким образом продвижению газа. Сероводород – сильный коррозионный агент, пагубно влияющий на трубопроводы, сопоуствуеющее оборудование и емкости для хранения.

В связи с этим, перед отправкой в магистральный нефтепровод или на нефтехимический завод газ проходит процедуру подготовки на газоперерабатывающем заводе (ГПЗ).

Первый этап подготовки – очистка от нежелательных примесей и осушка. После этого газ компримируют – сжимают до давления, необходимого для переработки. Традиционно природный газ сжимают до давления 200 — 250 бар, что приводит к уменьшению занимаемого объема в 200 — 250 раз.

Далее идет этап отбензинивания: на специальных установках газ разделяют на нестабильный газовый бензин и отбензиненный газ. Именно отбензиненный газ направляется в магистральные газопроводы и на нефтехимические производства.

Нестабильный газовый бензин подается на газофракционирующие установки, где из него выделяют легкий углеводороды: этан, пропан, бутан, пентан. Данные вещества также являются ценным сырьем, в частности для производства полимеров. А смесь бутана и пропана – уже готовый продукт, используемый, в частности, в качестве бытового топлива.

Газопровод

Основным видом транспортировки природного газа является его прокачка по трубопроводу.

Стандартный диаметр трубы магистрального газопровода составляет 1,42 м. Газ в трубопроводе прокачивается под давлением 75 атм. По мере продвижения по трубе, газ, за счет преодоления сил трения, постепенно теряет энергию, которая рассеивается в виде тепла. В связи с этим, через определенные промежутки на газопроводе сооружаются специальные компрессорные станции подкачки. На них газ дожимается до необходимого давления и охлаждается.

Для доставки непосредственно до потребителя от магистрального газопровода отводят трубы меньшего диаметра — газораспределительные сети.

Газопровод

Транспортировка СПГ

Что делать с труднодоступными районами, находящимися вдали от основных магистральных газопроводов? В такие районы газ транспортируется в сжиженном состоянии (сжиженный природный газ, СПГ) в специальных криогенных емкостях по морю, и по суше.

По морю сжиженный газ перевозится на газовозах (СПГ-танкерах), судах оборудованных изотермическими емкостями.

СПГ перевозят также и сухопутным транспортом, как железнодорожным, так и автомобильными. Для этого используются специальных цистерны с двойными стенками, способными поддерживать необходимую температуру определенное время.

Основы безопасного обращения с баллонами

Перед установкой баллона и подключении его к газовым приборам первое, что необходимо сделать, это убедиться в отсутствии повреждений, ржавчины на корпусе и исправности вентиля.

Использованию полежат только сертифицированные баллоны, поставляемые специализированными организациями, имеющие бумажный паспорт на всех циклах эксплуатации и соответствующую маркировку, нанесённую способом ударного клеймения

К основным техническим требованиям, которые нужно соблюдать при эксплуатации баллонов, относятся:

1. Все баллоны, за исключением одного (пятилитрового для подключения к газовой плите) должны быть установлены в пристройках вне зданий и на расстоянии, не ближе 5 м от входа в них.
2. Исключить хранение баллонов в жилых комнатах, подвалах и на чердаках.
3. Не размещать баллоны ближе 1 м от нагревательных приборов и 5 м от открытого огня.

К очевидным, но часто забываемым мерам безопасности при пользовании сосудами с газом, следует отнести и принять к неукоснительному исполнению следующие:

1. Не подносить к баллону зажженную спичку или зажигалку для того, чтобы проверить утечку газа.
2. Категорически исключить применение открытого огня для отогрева редуктора или вентиля. Для этих целей допускается использование только горячей воды.
3. При обнаружении газа в помещении не включать никакие электроприборы, в том числе свет, и не отключать их. Температура искры в розетке или выключателе может доходить до тысячи градусов.
4. Не пытаться самостоятельно провести ремонт запорной арматуры и других конструктивных элементов баллона.

Кроме этого, нужно строго руководствоваться предписанными производителем временными рамками использования баллонов. Сосуды, выпущенные до декабря 2014 года, можно эксплуатировать в течение 40 лет.

При отсутствии сведений о разрешённом сроке использования газовых баллонов, произведённых после этой даты и не имеющих сопроводительной документации к ним, Ростехнадзор рекомендует принимать за срок годности баллона — 20 лет.

Категорически нельзя переносить газовые баллоны, используя вентиль в качестве удерживающего приспособления. Это может стать причиной разгерметизации или поломки запорного устройства

Безопасной альтернативой стальным газовым баллонам являются более современные полимерно-композитные сосуды — евробаллоны. Их колбы защищены пластиковым кожухом, не накапливают статическое электричество. Взрывобезопасность композитных баллонов обеспечивается за счёт оснащения их предохранительными устройствами нового поколения — плавкой вставкой и обратным клапаном сброса повышенного давления.

Герметичны ли хранилища?

Утечки топлива являются частыми процессами, избежать которых невозможно. Так как причин слишком много.

Для удобства их делят на 3

• геологические;
• технологические;
• технические.

К группе геологических причин относят неоднородность покрышек ПХГ, наличие тектонических разломов, а также особенности гидродинамики и геохимии. К примеру, газ может просто мигрировать по пласту, и специалисты на это никак не повлияют.

Технологические причины относятся к наиболее частым так, как регулярно случаются ошибки при оценке каких-либо фактов. К примеру, эффективности гидроловушек, запасов газа, происходящих физико-химических процессов.

Нередко, чтобы добраться до нужных пластов применяется бурение скважин. Причем его технология ничем не отличается от аналогичных процедур при попытке добраться к залежам газа, нефти

Технические причины чаще всего связаны с состоянием используемых скважин, с помощью которых осуществляется закачка газа.

Это интересно: Буря — объясняем суть

Напомним, что функции у ПХГ различные

Во-первых, это оптимизация транспортировки газа. Ведь зимой спрос увеличивается, поэтому проще ещё летом закачать часть «зимнего» газа в ПХГ недалеко от мест потребления. Тогда слишком мощный газопровод для зимнего пикового спроса и не понадобится. Эту комбинацию каждый год мы как раз и видели в случае транзита по украинской территории.

Во-вторых, балансировка текущего спроса в краткосрочном режиме. Ведь из отдалённых регионов, к примеру, из той же Западной Сибири для доставки газа по трубопроводам в Европу необходимо более суток, и поэтому не всегда технически возможно оперативно нарастить объёмы поставок.

В-третьих, это собственно стратегическая роль на случай ЧП или прекращения поставок.

Если говорить о европейском рынке, то здесь, несмотря на стагнацию газового спроса, роль (и мощности) хранилищ также будут возрастать: возможно, ещё быстрее, чем во всём мире. Причины тому следующие:

• Снижение собственной добычи газа и, соответственно, рост импорта.
• Снижение роли украинских ПХГ на фоне падения объёмов украинского транзита и общей неспокойной обстановки с поставками по этому направлению.
• Курс ЕС на диверсификацию поставок через рост доли СПГ. В этом случае сезонный манёвр поставки осуществить не удастся, да и танкерные поставки по определению более рискованные по сравнению с трубой.
• Фактический отказ от использования газа для выработки электричества привёл к тому, что газ в Европе стал использоваться преимущественно для бытовых целей. Это стало ещё одним фактором разрыва объёмов зимнего и летнего спроса на газ. А сгладить эти различия — собственно и есть одна из задач ПХГ.

Получение

Оксид азота(II) — единственный из оксидов азота, который можно получить непосредственно из свободных элементов соединением азота с кислородом при высоких температурах (1200—1300 °C) или в электрическом разряде. В природе он образуется в атмосфере при грозовых разрядах (тепловой эффект реакции -180,9 кДж):

N2+O2->2NO{\displaystyle {\mathsf {N_{2}+O_{2}\rightarrow 2NO}}}

и тотчас же реагирует с кислородом:

2NO+O2->2NO2.{\displaystyle {\mathsf {2NO+O_{2}\rightarrow 2NO_{2}.}}}

При понижении температуры оксид азота(II) разлагается на азот и кислород, но если температура падает резко, то не успевший разложиться оксид существует достаточно долго: при низкой температуре скорость распада невелика. Такое резкое охлаждение называется «закалкой» и используется при одном из способов получения азотной кислоты.

В лаборатории его обычно получают взаимодействием 30%-ной HNO₃ с некоторыми металлами, например, с медью:

3Cu+8HNO3->3Cu(NO3)2+2NO+4H2O.{\displaystyle {\mathsf {3Cu+8HNO_{3}\rightarrow 3Cu(NO_{3})_{2}+2NO+4H_{2}O.}}}

Более чистый, не загрязнённый примесями NO можно получить по реакциям:

FeCl2+NaNO2+2HCl->FeCl3+NaCl+NO+H2O,{\displaystyle {\mathsf {FeCl_{2}+NaNO_{2}+2HCl\rightarrow FeCl_{3}+NaCl+NO+H_{2}O,}}}

2HNO2+2HI->2NO+I2+2H2O.{\displaystyle {\mathsf {2HNO_{2}+2HI\rightarrow 2NO+I_{2}+2H_{2}O.}}}

Промышленный способ основан на окислении аммиака при высокой температуре и давлении при участии Pt, Cr₂O₃ (как катализаторов):

4NH3+5O2->4NO+6H2O.{\displaystyle {\mathsf {4NH_{3}+5O_{2}\rightarrow 4NO+6H_{2}O.}}}

Получение NO является одной из стадий получения азотной кислоты.

Установка и обслуживание

Расстояние газгольдера от строений на участке

Схема автономного газа на дачном участке – результат работы нескольких специалистов. Внутри здания размещение газовых приборов и газопровода проектируется архитектором. Наружный трубопровод и местоположение газгольдера планирует представитель газовой компании. Нужно оценить рельеф участка, проанализировать план строений и лишь затем найти место для газгольдера.

Проект газовой станции для частного дома нужно утвердить. Только после этого начинают строительство.

1. Газгольдер должен находиться на дистанции не менее 1 м от жилого здания, не менее 5 м от гаража, не менее 10 м от колодца или бассейна, не менее 2 м от ограждения. На выбранном участке выкапывают котлован, глубиной не менее 1,5 м. Это заказчик может сделать сам.
2. На дно котлована укладывают железобетонную плиту на подушку из щебня и песка.
3. На основании устанавливают газгольдер. Затем обустраивают заземление, монтируют регуляторы давления, испаритель и другое оборудование. На этом же этапе устанавливают конденсатосборник.
4. Выкапывают траншею и прокладывают трубы до цокольного ввода.
5. Систему проверяют на герметичность. Для этого на сутки закачивают воздух. Если утечки нет, траншею засыпают песком, а затем землей.
6. Обустраивают цокольный ввод и монтируют внутренний газопровод.
7. На последнем этапе подключают газовые приборы, устанавливают датчики загазованности и измерительные приборы.
8. Пусконаладочные работы проводят до установки и запуска газового счетчика. После завершения счетчик пломбируют.