Gazele naturale si gazele petroliere ( de sonda )

GAZELE NATURALE SI GAZELE PETROLIERE ( DE SONDA )

1 Aspecte generale

Prin denumirea generala de 'gaze naturale' se defineste in general gazul metan deoarece metanul reprezinta un procent ridicat de cca. 70-99 % din totalul gazelor naturale care se gasesc in zonele potential exploatabile .Celelalte hidrocarburi care se gasesc alaturi de metan , si care sunt numite si gaze asociate sunt in majoritate formate din etan , propan , si butan . Alte componente care se afla in amestec cu metannul sunt azotul , bioxidul de carbon , hidrogenul sulfurat , heliul , argonul , si alte gaze inerte .

3 Gazele petroliere

Principala sursa de componenti gazosi in rafinariile de titei - gazele petroliere cunoscute si sub denumirea de gaze de sonda sau gaze de rafinarie - o constituie instalatiile de stabilizare a gazolinelor si benzinelor --precum si instalatiile de prelucrare termimca si cataliticaa fractiilor de titei .

Continutul initial de hidrocarburi gazoase dizolvate in titei si care sunt separabile in cursul operatiilor de separare primara variaza mult cu natura si conditiile de extractie si transport ale titeiurilor si se situeaza de obicei sub 0,3 % propan si 0,2 - 1,4 % butan .

Gazele rezultate in instalatiile de degazolinare au dupa racire si comprimare la 25 atm un continut ridicat in componenti C2 -C5 , asa cum rezulta si din urmatoarea compozitie tip : metan 0-1% g. , etan 0,8-3,5 % g. , propan 27-32% g. , izobutan 11-15% g. , n-butan 32-42 % g. , izopentan 1-2 % g. , alti componenti 2-4 % g

Compozitia gazelor rezultate de la instalatiile de stabilizare este dependenta atat de modul de operare cat si de strategia tehnologica de prelucrare a materiilor prime care determina filiera tehnologica de prelucrare.

Gazele rezultate prin aplicarea procedeelor de prelucrare termica si catalitica a titeiului si a fractiilor superioare constituie una din sursele importante de hidrocarburi C2-C5 . In functie de compozitia diferitelor zacaminte de hidrocarburi naturale precum si in raport cu diversitatea tehnologiilor de prelucrare primara se pot obtine multiple compozitii de gaze pentru fiecare caz in parte .

4 Gaze lichefiate transportate pe mare

Prin lichefierea gazelor se intelege trecerea unui gaz in stare lichida , lichefierea facandu-se prin urmatoarele procedee:

Lichefierea prin racire .Prin acest procedeu , gazul , aflat initial la parametrii atmosferici , este racit la o presiune atmosferica constanta pana la atingerea temperaturii de saturatie corespunzatoare temperaturii atmosferice .

Lichefierea prin comprimare . Prin acest procedeu gazul este comprimat in una sau mai multe trepte pana la atingerea presiunii de saturatie corespunzatoare temperaturii atmosferice. Pentru ca acest lucru sa fie posibil este necesar ca parametrii critici ai gazului sa fie superiori parametrilor atmosferici.Un gaz racit sub temperatura sa critica poate fi lichefiat si prin cresterea presiunii exercitate asupra sa.

Cele mai uzuale transporturi de gaze lichefiate transportate pe mare cuprind urmatoarele  categorii :

a.     gaze petroliere lichefiate - LPG - ( liquefied petroleum gas ) , din care fac parte butanul , propanul , isoprenul , butadiena , butilena , propilena etc .

b.     gaze chimice lichefiate - CLG - ( chemical liquefied gas ) , din care fac parte amoniacul , clorura de vinil ( VCM ) , oxidul de etilena , oxidul de propilena , clorul etc .

c.      etilena ( etylene )

d.     gaz natural lichefiate - LNG - ( liquefied natural gas ) , care este un amestec format in principal pe baza de metan si in proprtii mai mici gazele asociate ( etan , propan si butan), precum si alte componente ca azotul , bioxidul de carbon , hidrogennul sulfurat , heliul , argonul si alte gaze inerte .

Modul de transport al gazelor lichefiate este pus in evidenta de caracteristicile termodinamice ale gazelor . Principalele caracteristici ale celor mai uzuale gaze intalnite in transporturile comerciale comune sunt urmatoarele :

a.     Presiunea

Prin presiune se intelege raportul dintre marimea fortei care apasa normal si uniform pe o suprafata practic plana si aria acelei suprafete .In cazul gazelor intalnim urmatoarele notiuni in legatura cu presiunea :

presiunea gazelor , este presiunea exercitata de un gaz asupra peretilor vasului in care este depozitat , fiind produsa de ciocnirea moleculelor gazului de peretii vasului .

presiunea absoluta , este presiunea fata de vidul absolut , respectiv presiunea zero , fiind numita si presiunea barometrica .

presiunea atmosferica , este presiunea exercitata de atmosfera , si este egala cu aproximativ 1,033 Kg/cm.p.Presiunea  atmosferica variaza dupa conditiile atmosferice locale si dupa altitudinea locului .

presiunea de vapori , este presiunea exercitata de catre vaporii unui lichid asupra peretilor vasului incare este depozitat lichidul .Aceasta presiune are un maxim care depinde numai de natura substantei si de temperatura .

presiunea de vaporizare , este presiunea la care are loc trecerea unui lichid in stare de vapori , la o temperatura data .

b.     Temperatura

Prin temperatura se defineste marimea caracteristaca a starii termice a unui corp . Aceasta poate fi :

temperatura absoluta , este temperatura masurata pe scara absoluta ( Kelvin ) . Punctul zero al scarii absolute se ia temperatura de - 273,16 gr.C , la care moleculele unui gaz perfect nu mai poseda energie cinetica . Pentru a transforma gradele Celsius in grade absolute se aduna gradele Celsius la valoarea punctului zero .

temperatura critica a gazului , eeste considerata a fi temperatura peste care acel gaz nu mai poate fi lichefiat numai prin presiune .Se disting astfel ,gazele avand o temperatura critica peste mediul ambiant si care pot fi lichefiate prin simpla compresiune ( propan , butan , butadiena , amoniac etc .) ,temperaturra lor de lichefiere la presiune atmosferica fiind intotdeauna superioara temperaturii de - 50 gr.C , si , gazele care au temperatura critica sub mediul ambiant . Acestea trebuie sa fie puternic refrigerate pentru a fi transportate in stare lichida ( metan , etilena ). Temperatura lor de lichefiere la presiune atmosferica este inferioara temperaturii de - 100 gr,C .

: Olimpiada de Biologie - clasa a VII a, faza judeteana : Anatomia aparatului locomotor

temperatura de fierbere , este temperatura la care o substanta fierbe . Valoarea ei depinde de temperatura exterioara . Se numeste temperatura normala de fierbere , temperatura la care substanta fierbe sub o presiune de 760 mm Hg .

temperatura de topire , reprezinta temperatura la care un corp trece din stare solida in stare lichida . Aceasta temperatura depinde de presiunea excercitata asupra corpului respectiv .

c.      Starea lichida

Prin starea lichida se intelege starea materiei , intermediara intre starea solida si starea gazoasa . Un corp in stare lichida are un volunm definit , dar nu are forma proprie , luand forma vasului in care se afla depozitat .

d.     Starea de vapori

Vaporii sunt gaze reale care se afla in apropierea punctului de lichefiere . Orice gaz real poate lichefia in anumite conditii de presiune si temperatura . La presiuni scazute si temperaturi ridicate , vaporii tind catre comportamentul gazului perfect . Pe timpul procesului de vaporizare temperatura ramane constanta . Pracesul de vaporizare continua pana la transformarea integrala a lichidului in vapori .

e.     Vaporizarea

Vaporizarea reprezinta trecerea unei substante din stare lichida in stare de vapori . Cand aceasta trecere are loc la o temperatura la care presiunea vaporilor produsi este egala cu presiunea exterioara sub care se afla lichidul , acesta fierbe . Vaporizarea gazelor poate fi :

- diascontinua , atunci cand vaporii din partea superoara a tancului sunt extrasi , producand fierberea lichidului din tanc si avand ca efect scaderea temperaturii .La un amestec de butan si propan , elementele cele mai volatile tind sa se evapore primele astfel ca , proportiile care formeaza amestecul se modifica si dupa in timp oarecare este posibil sa ramana numai butannul pur.

- brusca , vaporizarea are loc atunci cand lichidul este extras de la partea inferioara a tancului si este introdus intr-un vaporizor unde are loc vaporizarea consistenteii unui amestec ramas .

1 Tipuri de nave pentru transportul gazelor lichefiate

Pana in momentul de fata transportul gazelor lichefiate este asigurat de cinci tipuri de nave transportatoare . La fiecare dintre transportatoarele de gaze lichefiate zona de marfa este separata de celelalte parti ale navei , iar sistemele de marfa sunt complet izolate fata de spatiiile de locuit , compartimentul de masini si caldari si de alte spatii de munca .

Tinand cont de acestea , se impun urmatoarele definiri :

tanc de marfa , este o inchidere metalica , etansa la lichid , construita pentru a forma sistemul primar de stocare a marfii . Cargotancul poate fi prevazut sau nu cu izolatie si bariera secundara .

sistem de stocare , este dispozitivul destinat sa contina marfa si cuprinde ,daca sunt prevazute , barierele primare si auxiliare , izoloatia asociata si toate spatiile intermediare si structurile adiacente necesare sustinerii acestor elemente .

spatiul rezervoarelor , este spatiul inchis prin structuri ale navei in care se afla un sistem de stocare a marfii .

zona de marfa , reprezinta portiunea din nava care contine sistemul de stocare a marfii , casa pompelor , casa compresoarepor de marfa si zonele de punte pe toata lungimea si latimea navei , situata sub spatiile mentionate .

spatiu liber de gaze , inseamna un spatiu in care , in nicio situatie , nu se pot forma gaze periculoase .

In functie de particularitatile constructive si modul de lichefiere si de stocare a gazelor , tipurile de nave pentru transportul gazelor liccchefiate sunt urmatoarele :

a.     Nave complet presurizate

Acest tip de nave transporta gaze in cargotancuri tip cisterne de presiune confectionate din otel moale , destinate sa reziste la o presiune de 17 bari . In general aceste nave sunt de mici dimensiuni si au o capacitate de transport in jur de 1000 mc.

Uzual , marfa este transportata in doua cargotancuri de forma cilindrica , dispuse in pozitie orizontala , dar unele nave pot avea un numar mai mare de cargotancuri de forma sferica sau cilindri dispusi vertical , sau o combinatie a acestora .

Navele complet presurizate , fig. 4 , in mod normal sunt destinate sa transporte LPG sau amoniac , in voiaje de scurta durata . Navele dispun de tancuri de balast de apa de mare in zona dublului fund ,si in unele cazuri , si de tancuri superioare de balast .Cargotancurile sunt dispuse in cala navei ( spatiul rezervoarelor ) care este ventilata cu aer uscat sau cu gaz inert .

Amplasarea rezervoarelor cilindrice

b.Nave complet refrigerate

Aceste nave sunt destinate transportului de LPG la temperaturi cuprinse intre - 47 gr.C si - 55 gr.C , functie de continutul de etan al gazului . Navele mai pot fi echipate si pentru transportul amoniacului si sunt adecvate pentru transportul unui lant lung de hidrocarburi la temperaturi sub - 55 gr. C.

Cargotancurile sunt construite din tabla de otel carbon - mangan si sunt prevazute cu izolatie . Navele sunt de mari dimensiuni , cu o capacitate de marfa de la 5000 mc la peste 100 000 mc.

Uzual navele sunt echipate cu trei pana la sase cargotancuri extinse pe toata latimea navei .Nava dispune de tancuri prismatice ce sunt sustinute pe suporti din lemn care , la randul lor , sunt sustinuti de structura metalica a corpului navei pentru a le permite contractia si expansiunea . Uzual , acest tip de cargotanc dispune de un perete interior , etans , dispus in plan longitudinal central , care are rolul de a reduce efectul negativ al suprafetelor libere de lichid si astfel , de a imbunatati stabilitatea navei .

Cargotancurile dispun de bariera secundara prin folosirea unor oteluri speciale la constructia partii superioare a tancurilor , la centura corpului navei si a tancurilor superioare .Spatiul calei se mentine in stare inerta atunci cand se transporta marfa inflamabila sau se mentin umplute cu aer uscat atunci cand se transporta amoniac . Un tip de astfel de nava este prezentata:

xdsdds..

b.     Nave semirefrigerate

Amenajarea generala a navelor de tip semi-refrigerat este de aceeasi natura cu aceea a navelor complet presurizate . La ora actuala , acesta este tipul de nava cel mai folosit , intrucat corespunde cel mai bine cerintelor de transport international .

Sistemul de marfa al navei consta in cargotancuride tip rezervoare de presiune care sunt adaptate pentru transportul marfii la temperaturi situate sub temperatura mediului ambiant .Limita de temperatura este dictata de tipul de otel folosit la constructia cargotancurilor . Temperatura uzuala este de - 33 gr.C pentru transportul amoniacului si de - 55 gr. C pentru transportul LPG , presiunea de serviciu fiind cuprinsa intre 4 si 7 bari .Toate cargotancurile sunt prevazute cu izolatie .

Navele de mari dimensiuni au o capacitate de marfa mai mare de 15 000 mc si sunt prevazute cu instalatii de re-lichefiere .Navele sunt angajate atat in transportul de cabotaj , cat si in cel de cursa lunga .cargotancurile pot fi de tip cilindric . conice , de lobi si de tancuri deasupra puntii , fapt care permite navei sa foloseasca foarte eficiemt volumul spatiului de marfa .

In mod normal , nava este prevazuta cu dublu fund pe toata lungimea si , in unele cazuri , dispune si de tancuri superioare de balast . Cargotancurile nu dispun de bariera secundara .Spatiul calei este ventilat cu aer proaspat sau cu aer uscat , iar in unele situatii navele de acest tip dispun de instalatii de relichefiere de mare capacitate . fig 6

7.3  Echipamente specifice

Toate navele transportatoare de gaze lichefiate au echipamente de baza si amenajarile nacesare pentru manipularea , depozitarea si transportul in siguranta a marfii . Principalele diferente care apar intre tipurile de nave constau in masurile luate pentru prevenirea vaporizarii si gradul de flexibilitate al sistemului in ceeace priveste numarul de sorturi de marfa transportate simultan .

Echipamentele consta in tubulaturi specifice pentru lichid si pentru vapori , pompele pentrru marfa , compresoarele pentru gaze , schimbatoareele de caldura si echipamentele specifice pentru detectia gazelor , controlul de la distanta al valvulelor , pompelor , compresoarelor etc . , monitorizarea temperaturii si a nivelului de lichid etc .

3.1 Tubulaturi pentru lichid si pentru vapori

In general , navele specializate in transportul de gaze lichefiate dispun foarte rar de mai mult de sase cargotancuri . Fiecare cargotanc este conectat cu :

o linie de incarcare marfa in stare licchida , care patrunde in cargotanc si se extinde pana aproape de fundul tancului pentru a reduce sarcina termica si , care , uzual , este prevazuta cu unele deflectii pentru prevenirea stresului termic . Aceasta linie face legatura intre liniile de lichid , este plasata la cuplu maestru si permite incarcarea din orice bord;

o linie de descarcare a lichidului ;

o linie de vapori de marfa ;

o linie pentru descarcarea vaporilor de marfa ;

o linie de incarcare prin spray ( lichid pulverizat ).

O supapa de scurgere este montata in mod normal pe domul fiacarui tanc si este pusa in legatura cu o tubulatura care conduce direct la baza catargului de ventilatie , asigurand astfel o distanta suficient de mare fata de spatiile de locuit .

Linia de vapori de marfa duce la o transversada a liniei de retur vapori din ambele borduri , este situata in zona cuplului maestru si poate fi folosita pentru a duce vaporii gazelor la compresor .De cele mai multe ori sunt facute si montaje care permit conectarea acestei linii la supapa de siguranta din catargul de ventilatie sau la o tubulatura de purjare folosita pentru operatiile de gas-free .

Intrucat o anumita tubulatura este folosita pentru mai multe scopuri , este necesar ca ea sa aibe  un grad mare de flexibilitate care consta in special in portiuni de tubulatura intersanjabile pentru izolarea sistemului . Acest lucru este foarte important atunci cand se transporta un numar diferit de feluri de marfa sau cand se executa diverse operatii la marfa . Tubulaturile intersanjabile sunt folosite si la conectarea sistemului de gaz inert .

3.2 Pompele pentru marfa

Pompele pentru marfa sunt montate pe toate navele pentru operatiunile de descarcare a marfii . Pe unele nave , prevazute cu tancuri de presiune , marfa poate fi descarcata prin cresterea presiunii in spatiul de vapori cu ajutorul compresoarelor , aceasta fiind o metoda alternativa de descarcare a marfii din navele presurizate sau semirefrigerate .

Majoritatea pompelor pentru lichid sunt de tip centrifugal si , in general , difera intre ele prin modul de dispunere al motorului si prin modul de actionare . Sunt folosite urmatoarele trei tipuri de pompe :

pompe submersibile , care constau dintr-o combinatie unitara pompa- motor montata in interiorul cargotancului si sustinuta de tubulatura de refulare saau de descarcare ;

pompe de adancime , acestea avand motoarele montate la piciorul tubularii de descarcare , actionarea facandu-se prin intermediul unui arbore lung care primeste miscarea de la un motor electric sau hidraulic ce este montat in pozitie verticala pe domul tancului ;

pompe montate pe punte , ele pot fi actionate electric sau hidraulic si pot fi folosite atat ca pompe principale cat si ca pompe auxiliare .Cand sunt folosite ca pompe principale , ele trebuie prevazute cu un sistem de amorsare pentru a preveni aparitia cavitatiei .

3.3 Compresoarele pentru vapori de marfa

Compresoarele pentru vapori de marfa sunt montate pe toate navele transportatoare de gaze lichefiate , rolul acestora depinzand de tipul navei .

La bordul navelor transportatoare de LNG sunt montate compresoare de tip centrifugal , acestea avand rolul de a livra vaporii de marfa catre compartimentul masini si de a intensifica returul vaporilor la uscat .

La bordul navelor transportatoare de etilena sau LPG , compresoarele sunt folosite peentru cresterea presiunii vaporilor in sistemul de marfa , in timpul operatiilor de purjare sau gas-free , la egalizarea presiunilor intre nava si uscat inaintea incarcarii marfurilor presurizate sau pentru amorsarea pompelor de marfa montate pe punte .

De asemenea , compresoarele sunt folosite in instalatia de relichefiere pentru a creste presiuneaa si temperatura vaporilor inainte de condensare .

Actionarea compresoarelor se face prin intermediul arborilor de tractiune care penetreaza peretele etens prin orificii speciale prevazute cu sisteme de etansare .

Echipamentul de ventilatie din camera compresoarelor este adesea interblocat cu acestea pentru a se asigura ca spatiul acestora este ventilat cu ceva timp inaintea pornirii compresoarelor .

3.4 Schimbatorele de caldura

De cele mai multe ori navele dispun de schimbatoare de caldura sub forma condensoarelor sau a vaporizatoarelor pentru ca vaporii de marfa sa poata fi lichefiati , iar marfa in stare lichida sa poata fi vaporizata .

Vaporizatoarele de marfa lichida pot fi folosite pe timpul purjarii si , impreuna cu pompele booster ( auxiliare ) , sunt folosite pentru a permite ca marfa complet refrigeratasa fie descarcata intr-un tanc presurizat de stocare neadaptat pentru temperaturi scazute .

In mod obisnuit , navele transportatoare de LNG nu dispun de o instalatie de relichefiere , iar vaporii evacuati din cargotanc sunt captati si arsi in motoarele sau caldarile navei . Folosirea vaporilor in acest scop poate fi restrictionata in cazul navelor costiere , unde manevreele sunt foarte frecvente .Pentru a asigura arderea gazelor atunci cand masinile nu sunt in functiune , la bordul navelor sunt facute amenajari si sunt instalate echipamente speciale pentru inmagazinarea caldurii .

3.5 Aparate de masura si control

La bordul navelor transportatoarede gaze lichefiate este montata o gama foarte larga de aparate de masura si control , al caror rol este acela de asigura securitatea deplina a navei si a incarcaturii.

Aparatele de masura si control sunt formate din indicatoare de nivel , indicatoare de presiune , echipamente pentru supravegherea temperaturii , echipamente pentru detectarea vaporilor , echipamente de alarma si circuite de inchidere . Citirile sunt afisate in camera centrala de control a incarcarii / descarcarii marfii , pe o consola .