Как можно узнать больше о разработке систем природного газа?

КРЕЙГ ГИФФОРД:
Добро пожаловать в Swagelok! С вами ведущий Крейг Гиффорд и мой собеседник Чак Хейз, ведущий технический специалист Swagelok по чистой энергетике. И мы говорим о природном газе. Чак, давай начнем с того, какие бывают виды природного газа и почему он представлен в разных формах?

ЧАК ХЕЙЗ:
Конечно. В своей основе природный газ — это всегда метан с химической формулой CH₄, то есть один атом углерода и четыре водорода. Однако мы работаем с ним по-разному и по-разному называем. Газ может поступать к вам домой по трубопроводам и сжигаться в котле, бойлере или газовой плите. Таким образом метан используют по всему миру.

Но существуют и другие его формы. Есть компримированный природный газ — КПГ. Сжатием мы увеличиваем количество молекул на единицу объема для транспортировки или использования. Давление достигает 3600 psi, то есть примерно 249 бар. Один бар равен одной атмосфере. Таким образом, компримирование сжимает в 250 раз.

Есть также СПГ — сжиженный природный газ. Его используют для транспортировки больших объемов на дальние расстояния. Мы сжижаем газ и перевозим его в жидкой форме. Жидкость несжимаема, но содержит гораздо больше молекул — примерно 600 бар. При выпаривании газ займет объем, соответствующий 600 килограммам в пересчете на другие газы.

Последняя форма — возобновляемый природный газ, или RNG, также называемый биогазом. Такой газ получают из отходов — скотных дворов, биодигестеров, сельскохозяйственных отходов. Сначала удаляют серу, силоксан и другие вещества, получая сырой биогаз. Затем удаляют окислы азота и серы — Nox и Sox — сушат, повышают давление и запускают в систему как топливо. Это и есть биогаз. Можно также выполнить полную очистку до CH₄ и снова получить природный газ.

КРЕЙГ ГИФФОРД:
Чак, какие существуют разновидности инфраструктуры для транспортировки и заправки природным газом, и с какими проблемами это обычно связано?

ЧАК ХЕЙЗ:
Если говорить о заправочной инфраструктуре — для грузовых, легковых автомобилей и судов — разница в том, что КПГ и биогаз химически идентичны: CH₄ в газообразном состоянии под давлением. Мы используем их для заправки магистральных тягачей, малотоннажных грузовиков, автофургонов, автобусов. Заправка происходит на АГЗС вдоль трасс, на стоянках, паркингах или в закрытых зонах предприятий. У компаний может быть собственная заправочная станция с магистральной раздаточной линией и компрессором — заправка занимает несколько часов и может происходить ежедневно.

Но эта схема не работает при пересечении страны. Тогда заправка происходит на отдельной территории без легковых автомобилей, по аналогии с обычной колонкой. Механизм соединения немного отличается, но фиксируется прочно — это так называемая «быстрая» заправка, которая занимает 10–20 минут.

Сжиженный природный газ — СПГ — жидкий, но очень холодный. Такой холод может быть опасен, возможны кожные ожоги, поэтому применяются специальные зажимы, крепления, СИЗ и дополнительное обучение. Иногда водители заправляют авто самостоятельно, иногда это делает обученный специалист на заправке.

КРЕЙГ ГИФФОРД:
И последнее ключевое применение СПГ — на морских судах, где его используют в качестве альтернативного топлива. Во многих странах теперь больше не позволяют ввозить тяжелый мазут в порты и прибрежные воды. Соответственно, идет переход на использование СПГ, который превращают обратно в газ и используют уже как КПГ на грузовых автомобилях или судах.

Другой аспект связан с крупными перевозками. У нас есть большие танкеры, которые пересекают океаны, чтобы доставить КПГ или СПГ в другие страны. Главные проблемы здесь: первое — давление. Компримированный природный газ необходимо сжать. Второе — соблюдение правил безопасности. Крайне важно обеспечить резервуары и контейнеры для безопасного хранения, а также правильные герметичные компоненты. А в случае СПГ — ещё и низкая температура и так далее. Ну и плюс насосы.

Какие стандарты в области СПГ и КПГ должны знать проектировщики?

ЧАК ХЕЙЗ:
Классный вопрос! В определенной степени это зависит от того, где вы находитесь. Начнем с КПГ. Если речь идет об автомобилях в Северной Америке, за все такие стандарты отвечает Канадская ассоциация стандартов (CSA). Они устанавливают требования безопасности. Именно для этого они и нужны. Есть стандарты серии NGV для автомобилей, работающих на природном газе, и они начинаются с цифры три. Скажем, NGV 3.1 и так далее распространяются на компоненты транспортных средств. Есть целый ряд стандартов, которые объясняют, как задаются параметры компонентов, как испытания необходимо проводить, чтобы они соответствовали требованиям и могли использоваться.

Для СПГ также имеются стандарты, которые нумеруются аналогичным образом. Первая цифра "3" — для транспортных средств. В Европе ситуация немного другая. У нас есть ECR 110, который является стандартом для транспортных средств, и для него требуются различные сертификаты. Испытательные процедуры в американских и европейских стандартах практически идентичны, поскольку мы активно работаем над их гармонизацией на разных континентах.

Что касается заправочных станций — ситуация аналогичная. Там применяется стандарт NGV, но уже серия 4A, то есть "четверка" и далее в порядке возрастания. Данный стандарт определяет перечень компонентов, необходимых для заправочной станции. В зависимости от того, что вы делаете, где вы это делаете и как, существует масса разных вариантов.

В Индии, где широко применяется компримированный природный газ, стандарты основаны на международных требованиях ISO, но адаптированы с учетом местной специфики. И в каждой стране такое возможно. Все мы так или иначе локализуем стандарты под свои нужды.

КРЕЙГ ГИФФОРД:
Супер. Чак, такой вопрос. Какие основные факторы безопасности необходимо учитывать при хранении СПГ и КПГ?

ЧАК ХЕЙЗ:
Конечно. Давайте начнем с базовых принципов. КПГ используется в качестве топлива — газ подают в камеру сгорания. Таким образом, происходит фактически маленький взрыв. Поскольку газ является взрывоопасным и горючим веществом, наша задача — не допустить его утечек в любых условиях.

Итак, мы имеем дело с КПГ в газообразной форме. На практике мы не применяем СПГ в жидком состоянии. Газ только хранится в сжиженном виде и преобразуется в газообразное состояние для использования. Это важный момент, о котором необходимо помнить. В любом случае, нам нужно обеспечить полную герметичность. Чтобы удерживать газ внутри, мы должны использовать высококачественную продукцию, соответствующую стандартам и одобренную для применения в таких условиях. Это минимальные утечки, качественные фитинги, надежная арматура и прочие элементы системы. С этими задачами может помочь компания Swagelok. Важную роль также играет грамотно продуманная конструкция.

Однако при работе со сжиженным природным газом возникает дополнительная проблема — экстремально низкая температура газа. При такой низкой температуре возможны холодовые ожоги, обморожение легких и другие серьезные последствия. Если происходит быстрое и полное расширение газа с коэффициентом 600:1, это может привести к очень мощному высвобождению энергии. Поэтому крайне важно обеспечить безопасность: отсутствие утечек, исключение непреднамеренного выброса в атмосферу — вот залог безопасной эксплуатации.

КРЕЙГ ГИФФОРД:
Спасибо за интересную беседу, и надеюсь увидеться с Чаком в наших следующих выпусках.