Организация работы СПГ в Арктике и проблемы создания современных стационарных хранилищ

Газовые проекты, в том числе инфраструктура для сжижения газа, сейчас активно развиваются во многих странах. У рынка транспортировки газа большие перспективы в России. По подсчетам специалистов, только запасы Штокмановского месторождения, лицензия на разработку которого принадлежит Газпрому, оцениваются в 3,2 трлн. м3 газа и 31 млн. тонн конденсата. Первый этап освоения Штокмановского месторождения рассчитан на добычу 22,5 миллиарда кубометров газа в год и добычу 15 миллионов тонн сжиженного природного газа (СПГ), второй - до 67,5 миллиарда кубометров газа. Газпром планирует построить завод по производству СПГ в Ленинградской области и терминал для его экспорта в Америку. Проект по строительству завода СПГ в порту Усть-Луга предполагает переработку 7 миллиардов кубометров газа в год. В октябре 2004 года «Газпром» подписал меморандум о взаимопонимании по поставкам СПГ на рынок Северного моря с Petro Canada. Газ также необходимо экспортировать с месторождений международного проекта "Сахалин-2" и др.

От побережья. Сахалин, на российском Дальнем Востоке, компания «Сахалин Энерджи Инвестмент Компани Лтд» («Сахалин Энерджи») реализует нефтегазовый проект. Пильтун-Астохское и Лунское нефтегазовые месторождения расположены примерно в 15 км от северо-восточного побережья Сахалина, обледеневшие на пять-шесть месяцев в году. Суммарные извлекаемые запасы этих двух месторождений составляют около 150 миллионов тонн нефти и 500 миллиардов кубометров газа. Огромные запасы газа соответствуют почти пятилетнему объему экспорта газа в Европу. Эта сумма достаточна для удовлетворения мировых потребностей в СПГ в течение четырех лет. Наличие такого большого запаса газа указывает на то, что «Сахалин Энерджи» обладает необходимыми ресурсами для надежных поставок СПГ на ключевые рынки Азии в течение многих лет, экономика которых в настоящее время находится на подъеме.

Сахалинский СПГ предоставляет азиатским газовым рынкам уникальную возможность получить доступ к новому, стратегически важному региональному источнику энергии в самой Азии, способному обеспечить долгосрочные и надежные поставки энергии.

После объявления 15 мая 2003 года о начале освоения Лунского месторождения был официально запущен второй этап проекта. Это включает в себя реализацию одного из крупнейших в мире проектов по производству СПГ в непосредственной географической близости от азиатских стран, которые являются его крупнейшими потребителями.

Второй этап проекта «Сахалин-2» предусматривает установку новой платформы на Пильтунском участке Пильтун-Астохского месторождения. Как и Моликпак, эти платформы будут соединены с побережьем трубопроводами протяженностью 800 км, нефть и газ будут транспортироваться к южной оконечности острова. Сахалин до с. Пригородное, где будут расположены завод СПГ и терминалы для отгрузки нефти и СПГ (рис. 1).

Рисунок. 1 Второй этап разработки проекта «Сахалин-2»

«Сахалин-2» выбрал СПГ в качестве оптимального, самого быстрого и наиболее удобного способа поставок газа в страны Азиатско-Тихоокеанского региона, поскольку он позволяет потребителям использовать свои существующие мощности, позволяя «Сахалин Энерджи» быстро увеличивать объемы продаж несколькими потребителями в разных странах. страны (Рисунок 3). Мировой опыт транспортировки газа показывает, что в географических условиях его доставки с терминалов Сахалина в страны Азиатско-Тихоокеанского региона и на западное побережье Америки транспортировка СПГ специализированными судами является наиболее экономичной. Еще больший нефтегазовый потенциал, по сравнению с Сахалином, у Российской Федерации есть на шельфе западной Арктики. В Баренцевом, Печорском и Карском морях выявлено более 100 разведочных нефтегазовых объектов. Среди них четыре уникальных запаса газа с конденсатом в Баренцевом море, большие запасы нефти и газа и газового конденсата в Печоре. В этой области в последние годы было выявлено еще четыре нефтяных месторождения и два крупных газовых месторождения в Обской губе. По официальным оценкам, на Баренцево море и Карское море приходится около 80% потенциальных углеводородных ресурсов всего континентального шельфа России с потенциальными запасами в 90 млрд тонн условного топлива (13 млрд тонн нефти и 52 трлн кубометров нефти). газ).

Рисунок. 2 Сахалин II в непосредственной близости от рынков

Потребление сжиженного природного газа и, следовательно, его производство растет практически во всем мире, как в развитых, так и в развивающихся странах. например, в США в настоящее время более 30% энергии вырабатывается путем сжигания газа. В частности, ежегодное потребление природного газа, которое, по данным Федеральной комиссии по энергетическому управлению, составляет 700 млрд. М3, к 2020 году достигнет объема 800 млрд .3. Импортная составляющая этого потребления определена на уровне 200-230 млрд. М3.

Проблемы создания современных стационарных хранилищ СПГ.

В настоящее время одним из наиболее перспективных направлений развития отечественной газовой промышленности является разработка морских газовых месторождений и дальнейшая поставка добытого природного газа в виде криогенной жидкости, сжиженного природного газа.

Следует отметить, что СПГ является не самостоятельным промышленным продуктом, а формой транспортировки природного газа. В связи с этим мировое промышленное производство СПГ, начавшееся в середине 1970-х годов, было в значительной степени стимулировано более экономически выгодной формой транспортировки огромного количества природного газа по морю в сжиженном виде из стран-производителей газа в страны мир, который не имеет собственных энергетических ресурсов.

Впервые технико-экономические обоснования морской транспортировки природного газа в тех случаях, когда его невозможно транспортировать по магистральным газопроводам, были проведены американскими и французскими фирмами в середине 1960-х годов при выборе оптимального решения для путей транспортировка газа из Алжира в Западную Европу.

Технико-экономические расчеты показали, что при годовом объеме транспортировки газа до 10 млрд. М3 и дальности транспортировки более 1500 км доставка сжиженного метана в морских танкерах (с учетом затрат на сжижение и регазификацию) становится более затратной. - эффективнее, чем трубопроводный транспорт со сложным переходом через Средиземное море (рис. 3).

Рисунок. 3 Увеличение транспортных расходов при удалении места доставки

В настоящее время эта технология транспортировки природного газа хорошо развита и широко используется в мире, когда природный газ доставляется на большие территории.

В настоящее время наряду с поставками СПГ на внешние рынки приоритетной задачей для Российской Федерации по использованию СПГ на морских месторождениях является решение проблем "северных поставок" в отдаленные районы страны. «Северная поставка» - это комплекс ежегодных государственных мер по обеспечению территорий Крайнего Севера, Сибири, Дальнего Востока и северо-запада европейской части России жизненно важными товарами (прежде всего энергоресурсами) в преддверии зимний сезон.

Одной из главных проблем территорий "северных поставок" является отсутствие дешевого и надежного энергоснабжения населения и промышленных объектов. Из-за удаленности этих территорий прокладка линий электропередач от крупных электрических сетей невыгодна и зачастую невозможна. Основными источниками электроэнергии здесь являются дизельные электростанции, а тепло вырабатывается угольными котельными. Топливо и практически все необходимое для жизни большинства отдаленных территорий России в течение долгих девяти месяцев зимы можно доставлять с «большой земли» только коротким летом - во время «настоящих родов».

Использование морских месторождений СПГ позволяет радикально решить проблему с традиционным «северным ввозом» ископаемых видов топлива в отдаленные районы нашей страны с дефицитом энергии. Суть предлагаемого решения вышеуказанной проблемы заключается в доставке заводов сжиженного природного газа в прибрежные деревни и отдаленные населенные пункты, расположенные на территориях «северного ввоза», с использованием различных видов местного транспорта - небольших морских и речных береговых танкеров, а также специальные контейнеровозы.

Одним из наиболее важных и дорогостоящих элементов в системе производства и потребления СПГ являются плавающие криогенные резервуары СПГ, основной функцией которых является хранение сжиженного природного газа на заводах СПГ и регазификационных терминалах СПГ.

Отличительной чертой российских морских газовых месторождений, строящихся заводов СПГ и территорий «северных поставок» является тот факт, что большинство этих объектов расположены в арктической зоне. Так, например, в 2016 году будет введена первая очередь завода СПГ на полуострове Ямал. Проекты завода СПГ-Печери и завода СПГ для Штокмановского месторождения на побережье Баренцева моря.

Это обусловливает необходимость применения не только конкретных технологий сжижения (с учетом низких температур Крайнего Севера), но и технологий строительства плавучих хранилищ СПГ с учетом особенностей арктической зоны, отличительной особенностью которых является вечная мерзлота и широкий спектр хранилищ СПГ - от сотен до сотен тысяч кубометров.

Следует отметить, что в России нет опыта проектирования и строительства плавучих хранилищ СПГ на Крайнем Севере, что, как отмечалось выше, является одним из основных элементов любой инфраструктуры СПГ.

Задача прогнозирования реакции дизайна требует решения двух типов задач:

1. Проблема моделирования переходных процессов в структуре. Результатом решения проблемы являются частоты и формы колебаний конструкции, которые сравниваются с частотами возбуждающих сил для оценки возможности возникновения резонансных явлений. В зарубежной литературе этот тип проблемы называется модальным анализом.

2. Проблема моделирования переходных процессов. Результатом решения задачи являются зависимости параметров напряженно-деформированного состояния (напряжение, деформация, смещение) при заданных кратковременных внешних силах, действующих на конструкцию. В зарубежной литературе этот тип задач обычно называют анализом переходных процессов (анализ транзита).

В существующих инженерных подходах к расчету давления дефлаграционного взрыва от времени процесс разрушения конструкции не учитывается и, соответственно, снижение давления, действующего на конструкцию, не учитывается. Задача оценки прочности и объема разрушения может быть разбита на два этапа:

• определение силовых параметров внешнего воздействия (зависимость давления от поверхности конструкции от времени) в зависимости от состава газовоздушной смеси;

• Определение динамических реакций конструкции с учетом зон разрушения, возникающих в процессе воздействия.

Сложность представленной задачи с точки зрения моделирования заключается в связи внешних сил и реакции конструкции. Разрушение конструкции прекращается, когда размер зоны разрушения приводит к падению давления, которое не способно разрушить конструкцию. Современные программные средства точно прогнозируют динамику проектирования, в процессе моделирования проверяют условия разрушения материала и определяют текущий размер и положение разрушаемой зоны. Основной сложностью моделирования является необходимость регулировки давления в зависимости от размера разрушаемой зоны. Необходимо построить итерационный алгоритм, в котором состояние конструкции и количество разрушений в данный момент времени зависят от состояния газовоздушной смеси.

• анализ моделей, описывающих поведение газовоздушной смеси, воспламеняемой в хранилище;

• Анализ моделей, описывающих динамическое поведение конструкций, что позволит определять разрушенные участки конструкции в каждый текущий момент процесса загрузки по изменению давления дефлаграции во времени.

Текущие проекты по строительству новых заводов СПГ в России также предусматривают соответствующее строительство нефтебаз для хранения продукта. Планируемое расположение этих сооружений в полярных регионах с неблагоприятными гидрометеорологическими условиями предъявляет особые требования к прочности, надежности, эксплуатационной пригодности, взрывобезопасности и пожарной безопасности. Поэтому уже на этапе проектирования специалисты должны тщательно изучить элементы дизайна и использовать передовые, нестандартные технологии и решения с изучением всех параметров.