Gas natural licuado y válvulas de cierre para GNL. Los superpetroleros de gas romperán la espalda de Gazprom

El gas llega a los consumidores no sólo a través de gasoductos, sino también en forma licuada, principalmente por mar. Actualmente, el transporte del “combustible azul” a través de gasoductos y su transporte en forma de GNL no son segmentos que compitan entre sí, sino que sólo se complementan.

¿Por qué se necesitan suministros de GNL?

El transporte de GNL es mucho más caro que el suministro de gas por gasoductos y, a primera vista, puede parecer que el nicho de negocio relacionado con el transporte de gas licuado es significativamente inferior al suministro por gasoductos o incluso parece poco competitivo.

En particular, incluso en la etapa de producción de GNL, se requieren ciertas capacidades de producción y energía, así como costos significativos asociados con la limpieza y enfriamiento de las materias primas. Por ejemplo, el proceso de producción por sí solo requiere un 25% adicional de energía en comparación con la preparación de gas para el suministro convencional por tubería. Así, para comprimir mil metros cúbicos de gas, será necesario gastar 250 metros cúbicos de este combustible. Además, se debe tener en cuenta la necesidad de volver a convertir el GNL a estado gaseoso en el punto de entrega y la pérdida de combustible tanto durante el transporte como durante el almacenamiento.

Requiere la construcción de terminales en los puertos, plantas de regasificación, gasoductos adicionales para transportar el combustible después de su conversión del estado líquido al gaseoso y, por supuesto, enormes camiones cisterna. Y, sin embargo, a pesar del coste evidente del transporte de GNL en comparación con el suministro tradicional de gas por tuberías, el transporte de combustible licuado es necesario. Por ejemplo, los consumidores de gas qatarí son países de la región de Asia y el Pacífico, y tender un gasoducto a través del océano parece una tarea técnicamente difícil y con costes enormes.

Según los expertos, el coste del transporte del gas en camiones cisterna se está igualando gradualmente al coste del transporte del combustible por tuberías, ya que la distancia desde los yacimientos hasta el destino alcanza los 2,5 mil kilómetros. Además, bajo ciertas condiciones, el transporte en camiones cisterna puede ser incluso más barato que las entregas por oleoductos. La dependencia del aumento en el costo del transporte de GNL del aumento de la distancia es mucho menor que en los casos asociados con la necesidad de construir nuevos gasoductos principales.

Además, el transporte de gas licuado no está tan estrictamente vinculado a destinos específicos: los barcos pueden hacer escala en cualquier puerto adecuado para recibir combustible. Así lo confirman las palabras del director de Novatek, Leonid Mikhelson. Señala que, aunque la inversión inicial en infraestructura de GNL es mayor que en el transporte por gasoductos, el transporte de combustible en grandes camiones cisterna acaba siendo más rentable. El alto directivo aclara que estamos hablando, entre otras cosas, de la falta de un vínculo claro entre el negocio del GNL y compradores específicos y de la posibilidad de cambiar los mercados de venta.

Historia del desarrollo de la flota de gaseros.

El transporte de GNL por mar se realiza mediante buques cisterna especiales (GNL). Estos buques pueden transportar no sólo GNL (gas natural - metano), sino también gases de petróleo - propano y butano en forma licuada. Los primeros viajes de gaseros se remontan a 1929, cuando Shell transformó el petrolero Megara para estos fines. También construyó el barco Agnita en un astillero holandés, que era capaz de transportar simultáneamente petróleo, ácido sulfúrico y gases licuados. El petrolero viajaba desde el Caribe hacia Europa occidental.

Sin embargo, los petroleros de esa época no pueden considerarse gaseros completos de la clase de GNL, ya que solo transportaban gas de hidrocarburo licuado y amoníaco bajo presión, pero no fracciones de GNL a baja temperatura. El hecho es que el metano en forma licuada sólo se puede almacenar a temperaturas de menos 162 grados centígrados. La tecnología de esa época no podía proporcionar tales condiciones para el transporte.

Petrolero Agnita, construido en 1931

Por primera vez, el gas natural licuado se transportó mediante un método combinado, bajo presión y con refrigeración, recién a finales de los años cincuenta, después del lanzamiento del gasero francés Descartes. Y finalmente, en 1961 se construyó en Japón el primer buque cisterna de GNL completo, el Bridgestone Maru. Fue diseñado para transportar metano en tanques aislados, a presión normal, pero enfriados hasta el punto de ebullición.

Hasta la fecha, se ha construido en todo el mundo una flota bastante impresionante de buques cisterna de GNL. Se espera que en 2017 su número alcance las 520 unidades. El ritmo de aumento del volumen de construcción de gaseros va en aumento. En particular, a los operadores les llevó más de tres décadas poner en funcionamiento los primeros cien camiones cisterna, y en los siete años siguientes la flota creció en 220 camiones cisterna. Actualmente, la tasa media de producción de gaseros es de unos cien buques en tres a cinco años.

El buque cisterna japonés de GNL Bridgestone Maru

Los mayores fabricantes de buques gaseros son empresas asiáticas, entre ellas Daewoo, Hyundai, Samsung, Mitsubishi, Kawasaki y Mitsui. Dos tercios de los gaseros del mundo han abandonado las reservas surcoreanas. La demanda de buques cisterna no hace más que aumentar, lo que está asociado con la puesta en servicio de nuevas capacidades de producción de GNL y la creciente demanda de gas. Los volúmenes de oferta son impresionantes. Por ejemplo, Pronedra escribió anteriormente que en sólo seis años se envió gas licuado desde las terminales de Sajalín a mil camiones cisterna.

Clase Q-Max: petroleros gigantes

La gran mayoría de los metaneros que se producen actualmente tienen una capacidad de entre 145.000 y 155.000 metros cúbicos. El volumen de gas natural obtenido a partir de esta cantidad de GNL mediante regasificación es de 89 a 95 millones de metros cúbicos. En mucha menor medida, están representados los petroleros de clase pequeña, con tanques diseñados para 18-19 mil metros cúbicos de GNL.

Los verdaderos colosos de la industria petrolera merecen más atención: los gaseros de las clases Q-Max y Q-Flex, capaces de transportar entre 210 y 266 mil metros cúbicos de gas natural licuado. Hoy en día, los mayores representantes de la flota de gaseros son los buques de la línea Q-Max, el primero de los cuales, el petrolero Mozah, fue construido en los astilleros Samsung por encargo de Qatar Gas Transport Company para el suministro de GNL por Qatargas y RasGas.

Mozah - petrolero clase Q-Max

El barco lleva el nombre de la esposa del emir qatarí. Hasta la puesta en funcionamiento de Mozah (2008), la capacidad de transporte de los buques metaneros no superaba los 140 mil metros cúbicos. Las capacidades de Mozah son sorprendentes: su capacidad ha alcanzado los 266 mil metros cúbicos de GNL. El gas licuado se transporta a Mozah en cinco tanques de membrana. Para comprender aproximadamente la escala de carga de uno de estos gaseros, solo es necesario saber una cosa: esta cantidad de combustible es suficiente para suministrar electricidad y calor a todo el Reino Unido de forma continua durante un día.

También llaman la atención las dimensiones del barco. Con una longitud de 345 metros y una manga de 50 metros, tiene un calado de 12 metros. Sin embargo, la aparición de petroleros con mayor calado es casi imposible, ya que su tamaño y peso muerto están limitados por la posibilidad de atravesar el Canal de Suez. El diseño singular del barco radica en que está equipado, entre otras cosas, con una unidad diseñada para licuar el GNL en evaporación, lo que, a su vez, permite conservar el 100% de la carga a lo largo de la ruta. Mozah fue el primer gasero del proyecto, pero no el único: en total, en sólo dos años se construyeron 14 petroleros Q-Max, todos encargados por los qataríes. Los buques de esta línea fueron producidos no solo por Samsung, sino también por el surcoreano Daewoo.

Características del diseño y operación de buques cisterna de GNL.

Un gasero de cualquier clase destinado al transporte de GNL requiere soluciones técnicas especiales en las etapas de diseño y construcción. Esto se debe al hecho de que el gas natural licuado difiere significativamente en sus propiedades de cualquier otro tipo de carga. En particular, además de la condición obligatoria antes mencionada de mantener temperaturas ultrabajas del gas, al crear camiones cisterna también se tienen en cuenta los riesgos críticos de explosión e incendio del GNL.

La carga se bombea a tanques aislados térmicamente. Estos contenedores están rodeados por una doble capa de aislamiento y una carcasa de capital adicional para evitar fugas en caso de daños al cuerpo principal. Las superficies en contacto directo con el gas licuado son resistentes a las bajas temperaturas, ya que están hechas de acero, aluminio o invar (aleación de níquel-hierro).

El 41% de los petroleros utilizan el sistema Moss cuando los tanques son esféricos. Están fabricados en aluminio y se fijan al casco del barco a lo largo de la línea de su "ecuador". Además, en la construcción del 47% de los buques transportadores de GNL se utilizan sistemas de tres membranas, por ejemplo, los estándares CS1, Technigaz y GazTransport. Varias empresas japonesas dedicadas a la producción de gaseros prefieren instalar tanques prismáticos.

Buque cisterna de GNL con tanques esféricos (sistema Moss): 1 - sala de máquinas; 2 - cabina; 3 - tanques esféricos; 4 - lastre

El alto coste de producción de los gaseros lleva a que en su diseño se prevean soluciones que inicialmente permitan utilizar buques con el calendario de trabajo más eficiente para obtener la amortización más rápida.

Buque cisterna de GNL con tanques de tres membranas (GazTransport & Technigaz): 1 - sala de máquinas; 2 - tala; 3 - tanques de GNL tipo membrana; 4 - lastre

En particular, las características de diseño de los barcos permiten cargar o descargar completamente un gran gasero en un máximo de 18 horas. Además, los gaseros son bastante rápidos. Su velocidad alcanza los 20 nudos (más de 37 kilómetros por hora), a pesar de que los petroleros convencionales no pueden acelerar a más de 14 nudos (26 kilómetros por hora).

Los buques cisterna de GNL utilizan gas licuado transportado directamente como combustible para las centrales eléctricas. Sin embargo, el GNL sólo actúa parcialmente como combustible para los motores de los gaseros, en su mayor parte junto con el fueloil tradicional. En los camiones cisterna se instalan turbinas de vapor que, a pesar de su insuficiente eficiencia como sistema de propulsión, son al mismo tiempo “omnívoros”.

Como dirección prometedora se considera la posibilidad de instalar en los gaseros motores diésel de doble combustible con sistemas de inyección de gas a baja presión. Estos motores funcionan tanto con combustible diésel como con gas líquido que se evapora. Se distinguen por la posibilidad de un uso flexible de los modos de funcionamiento, además de ser altamente eficientes y suficientemente seguros.

Sala de máquinas con motores dual-fuel del buque metanero Castillo de Santisteban

En general, la principal prioridad a la hora de diseñar buques en la etapa actual de desarrollo de la construcción naval es lograr el máximo nivel de eficiencia energética, que se garantiza no sólo mediante el uso competente de determinadas soluciones relacionadas con el suministro de combustible y los motores, sino también optimizando la Forma del casco del gasero para reducir la resistencia al agua durante el movimiento para evitar la pérdida de velocidad y evitar el aumento de los costos de combustible.

Buque cisterna de GNL Espíritu criollo

Es obvio que aumentar la eficiencia del transporte de gas licuado a regiones donde el tendido de gasoductos no es rentable o imposible no es una cuestión de ingenieros energéticos, sino principalmente de constructores navales. Sus soluciones de ingeniería dependen de aumentar la rentabilidad del transporte y, como uno de los resultados, brindar a los proveedores la oportunidad de reducir el costo del gas, haciéndolo más accesible a los consumidores en términos de precio.

Un aspecto clave del sustento de la vida, la producción de energía eléctrica y térmica en las regiones, no sólo para la industria, sino también para los consumidores domésticos, es decir, los ciudadanos comunes y corrientes, depende del suministro de gas, además de carbón. Por lo tanto, la industria de la construcción naval tiene, no menos que los operadores de oleoductos, la misión de transportar eficazmente la seguridad energética global.

Superpetroleros Los gaseros transportan gas natural licuado equivalente a la energía de 55 bombas atómicas. El líquido de estos barcos se convierte en un medio para cocinar y calentar la casa, pero crear un transporte marítimo de gas fue extremadamente difícil, aunque estos barcos deben su existencia a varias ideas sorprendentes. Mirémoslos.

Transportar gas natural por todo el mundo es un gran negocio. Superpetroleros mucho más grande que el Titanic y diseñado para transportar gas natural a cualquier parte del mundo. Todo lo relacionado con él es de escala gigantesca, pero para darte cuenta de ello es necesario estar cerca de él. ¿Cómo mueven estos barcos enormes volúmenes de gas por todo el mundo?

En su interior hay enormes tanques. Hay espacio suficiente para 34 millones de litros de gas licuado, el mismo volumen de agua que bastaría para que una familia corriente tirara la cadena del retrete durante 1.200 años. Y hay cuatro tanques de este tipo en el barco, y la temperatura dentro de cada uno es de menos 160 grados centígrados.

Al igual que el petróleo, el gas natural es un combustible fósil que se formó por la descomposición de organismos antiguos. Se puede transmitir a través de tuberías, pero esto es muy costoso y poco práctico cuando se cruzan océanos; en cambio, los ingenieros tuvieron que idear el transporte de gas en barcos y la dificultad fue que el gas natural se enciende a cualquier temperatura que se encuentre en la Tierra. Una fuga de gas puede ser un desastre grave y, afortunadamente, nunca ha habido incidentes importantes y los operadores de líneas navieras planean continuar con el mismo espíritu.

tanque superpetrolero

Existe una solución muy sencilla para convertir un gas en líquido. En este estado no puede encenderse y, además, ocupa mucho menos espacio. Si la carga estuviera en forma gaseosa, el camión cisterna tendría que ser increíblemente enorme: diez veces más largo que cualquier camión cisterna existente o 2.500 metros de largo.

Para convertir un gas en líquido, se enfría a una temperatura de menos 162 grados Celsius, pero si se calienta lo suficiente, la sustancia se convierte inmediatamente en un gas inflamable. Para ello existe una segunda línea de defensa: el nitrógeno. Se trata de un gas inerte que se encuentra en gran cantidad en el aire. En condiciones normales, el nitrógeno no reacciona con nada y, lo que es más importante, evita que el combustible se combine con el oxígeno en presencia de chispas. En resumen, la ignición es imposible si hay suficiente nitrógeno alrededor. En los superpetroleros, el nitrógeno potencialmente tóxico está sellado de forma segura dentro del aislamiento del tanque de gas. En caso de fuga, el nitrógeno evita que la carga peligrosa reaccione con el oxígeno y el aislamiento la mantiene en forma líquida. Superpetroleros Se les llama en broma los congeladores más grandes del mundo, porque equivalen a trescientos mil congeladores domésticos, sólo que diez veces más fríos.

El gas se enfría en tierra y se bombea en forma líquida a un superpetrolero, pero estas temperaturas ultrabajas plantean grandes desafíos de ingeniería. Simplemente no se pueden utilizar tubos de acero estándar para este trabajo. El transporte de este líquido ultrafrío a través de las tuberías de un barco planteó a los constructores navales una nueva serie de problemas, cuya solución se encontró utilizando acero inoxidable al que se añadió un poco de cromo. Este metal es capaz de hacer que el acero quebradizo ordinario resista temperaturas ultrabajas.

Los constructores navales que crearon superpetroleros Los transportistas de gas natural licuado se han asegurado de que no sólo los cascos de estos barcos estén listos para cruzar mares agitados, sino que miles de metros de intrincados ductos, con todas sus curvas, conexiones y válvulas vulnerables, estén hechos de un material que resistirá bajas temperaturas. - aleación de acero inoxidable.

El transporte de líquidos en superpetroleros plantea otro problema: cómo evitar que se desplacen. Los constructores navales de estos barcos tenían que ocuparse de dos tipos de líquido. Cuando se mueve en una dirección superpetrolero lleva gas natural licuado, y a la vuelta, cuando los tanques están vacíos, llevan agua como lastre para darle estabilidad al barco. Un problema en dos formas diferentes.

El viento y las olas sacudirán el superpetrolero y harán que el líquido salpique de un lado a otro en los tanques. Este movimiento puede aumentar, aumentando el balanceo del propio barco y tener consecuencias catastróficas. Este efecto se denomina influencia de la superficie libre del líquido. Literalmente, esta es el área disponible para el libre chapoteo de agua. De hecho, este es el problema que lleva a . Superpetroleros tiene una solución sorprendente. Para reducir la influencia de la superficie libre del gas líquido, los tanques tienen forma de esfera. Así, hay mucho menos espacio para que salpique líquido mientras el depósito está lleno o casi vacío. Los tanques se llenan con carga al 98 por ciento y emprenden viajes largos, llegando completamente al destino de los camiones cisterna y dejando todo el combustible necesario para el viaje de regreso. Por lo tanto, en condiciones normales, los contenedores están llenos hasta su capacidad o casi vacíos.

diagrama de sistemas de superpetroleros

Sin carga de sedimentos superpetrolero ha disminuido significativamente y, para reducirlo, se bombea agua a los tanques de lastre en el casco del barco, directamente debajo de los tanques de gas. Sin embargo, el espacio no permite que estos compartimentos sean esféricos, por lo que para evitar que el agua salpique en ellos, se requiere otra solución: las particiones separadoras de carga. Se trata de barreras físicas introducidas por primera vez en la década de 1980 para evitar que los petroleros vuelquen. Los mamparos protegen a los camiones cisterna de una destrucción excesiva.

El primer buque cisterna de gas de clase hielo del mundo llegó al puerto ártico de Sabetta (situado en la costa occidental de la bahía de Ob en el mar de Kara), en el distrito autónomo de Yamalo-Nenets. La construcción del buque fue completada por Daewoo Shipbuilding Marine Engineering (DSME) en Corea del Sur en noviembre de 2016. Hace menos de dos meses partió del puerto belga de Zeebrugge. El 12 de febrero, el petrolero Christophe de Margerie (que lleva el nombre del director general de Total, que murió en un accidente aéreo en 2014), lleno con un volumen de prueba de gas natural licuado (el barco funciona con GNL despojado), entró en la bahía de Kola. , rumbo a Murmansk. Dos días después, el gasero continuó su viaje hacia el este, hasta el golfo de Ob, para realizar pruebas en condiciones de hielo. El barco se incluirá en el contrato por tiempo de Yamal Trade.

Según Rosmorport, esta es la primera escala en el puerto de Sabetta para barcos de este tipo (eslora - 299 metros, ancho - 50 metros, calado - 11 metros): “El barco se someterá a pruebas de mar y de amarre en el muelle tecnológico dentro un mes. También está previsto realizar ribetes en condiciones de hielo en el espacio limitado de la dársena de giro en la zona de aguas del puerto marítimo. Además, se elaborarán los procesos tecnológicos de carga y descarga de gas licuado”.

Christophe de Margerie es el primero de quince buques cisterna de gas de clase hielo Arc7 para el proyecto Yamal LNG. Capacidad: 172,6 mil metros cúbicos. Según Sovcomflot, en términos de potencia de la central eléctrica, 45 MW, el gasero es comparable a un rompehielos nuclear. El petrolero se convirtió en el fundador de un nuevo tipo de buque, el YAMALMAX, asociado al transporte de grandes volúmenes de gas en el poco profundo golfo de Ob.

El GNL se entregará desde Sabetta a la región asiática a través de la Ruta del Mar del Norte durante la navegación de verano. Esto reducirá significativamente el tiempo requerido en comparación con las rutas tradicionales, además de reducir el consumo de combustible de los barcos y reducir las emisiones nocivas a la atmósfera. Cada buque costará aproximadamente 350 millones de dólares. El calendario de puesta en servicio de la capacidad de producción de la planta de GNL prevé la entrega de buques entre 2017 y 2021.

Recordemos que anteriormente Yamal LNG celebró una licitación internacional en la que participaron nueve armadores líderes que tienen experiencia relevante y están calificados como operadores de gaseros. Como resultado de la competitiva selección, los ganadores fueron: Sovcomflot (Rusia), Teekay (Canadá) en asociación con CLNG (China), MOL (Japón) en asociación con CSLNG (China), Dynagas (Grecia) en asociación con CLNG y Sinotrans (China). Al mismo tiempo, sólo una empresa rusa tiene experiencia real en el funcionamiento durante todo el año de buques cisterna en las condiciones de los mares árticos y subárticos, en el marco de los proyectos Sakhalin-1, Sakhalin-2, Varandey, Prirazlomnoye y Novoportovskoye.

Novatek está implementando el complejo de licuefacción de gas natural Yamal LNG en asociación con Total (20%), CNPC (20%) y el Fondo de la Ruta de la Seda (9,9%). La planta se construirá sobre la base de recursos del campo Yuzhno-Tambeyskoye (reservas de gas probadas y probables: 927 mil millones de metros cúbicos). La capacidad de la planta es de 16,5 millones de toneladas de GNL y el volumen total de inversión es de 1,27 billones de rublos. La puesta en servicio está prevista para 2017. Se ha contratado casi todo el volumen: el 96% del volumen futuro de GNL. En noviembre pasado, el director ejecutivo de Novatek, Leonid Mikhelson, invitó al presidente ruso, Vladimir Putin, al primer llenado de GNL, que tendrá lugar a más tardar en noviembre de 2017.

La industria del GNL es una industria de crecimiento muy prometedora para los fabricantes de válvulas de todo el mundo, pero dado que las válvulas de GNL deben cumplir con los requisitos más estrictos, representan el más alto nivel de desafíos de ingeniería.

¿Qué es el gas natural licuado?

El gas natural licuado, o GNL, es gas natural ordinario que se licua enfriándolo a -160 °C. En este estado, es un líquido inodoro e incoloro, cuya densidad es la mitad que la del agua. El gas licuado no es tóxico, hierve a una temperatura de −158...−163 °C, se compone en un 95% de metano y el 5% restante incluye etano, propano, butano y nitrógeno.

• El primero es la extracción, preparación y transporte de gas natural a través de un gasoducto hasta una planta de licuefacción;
• El segundo es el procesamiento, licuefacción de gas natural y almacenamiento de GNL en la terminal.
• En tercer lugar, cargar GNL en buques cisterna y transportarlo por mar a los consumidores.
• Cuarto - Descarga de GNL en la terminal receptora, almacenamiento, regasificación y entrega a los consumidores finales.

Tecnologías de licuefacción de gases.

Como se mencionó anteriormente, el GNL se produce comprimiendo y enfriando gas natural. En este caso, el volumen del gas disminuye casi 600 veces. Este proceso es complejo, consta de varias etapas y consume mucha energía: los costos de licuefacción pueden representar aproximadamente el 25% de la energía contenida en el producto final. En otras palabras, es necesario quemar una tonelada de GNL para obtener tres más.

Se han utilizado siete tecnologías diferentes de licuefacción de gas natural en todo el mundo en diferentes momentos. Actualmente, Air Products lidera el camino en tecnología para producir grandes volúmenes de GNL para la exportación. Sus procesos AP-SMR™, AP-C3MR™ y AP-X™ representan el 82% del mercado total. Un competidor de estos procesos es la tecnología Optimized Cascade desarrollada por ConocoPhillips.

Al mismo tiempo, las plantas de licuefacción de pequeño tamaño destinadas a uso interno en empresas industriales tienen un gran potencial de desarrollo. Ya se pueden encontrar instalaciones de este tipo en Noruega, Finlandia y Rusia.

Además, las plantas locales de producción de GNL pueden encontrar una amplia aplicación en China, donde hoy en día se está desarrollando activamente la producción de automóviles propulsados ​​por GNL. La introducción de unidades de pequeña escala podría permitir a China ampliar su actual red de transporte de vehículos de GNL.

Además de los sistemas estacionarios, en los últimos años se han desarrollado activamente plantas flotantes de licuefacción de gas natural. Las plantas flotantes proporcionan acceso a yacimientos de gas inaccesibles a infraestructuras (gasoductos, terminales marítimas, etc.).

Hasta la fecha, el proyecto más ambicioso en este ámbito es la plataforma flotante de GNL que Shell está construyendo a 25 km de distancia. desde la costa oeste de Australia (el lanzamiento de la plataforma está previsto para 2016).

Construcción de una planta de producción de GNL

Normalmente una planta de licuefacción de gas natural consta de:

• instalaciones de pretratamiento y licuefacción de gases;
• líneas tecnológicas para la producción de GNL;
• tanques de almacenaje;
• equipos para cargar en camiones cisterna;
• Servicios adicionales para dotar a la planta de electricidad y agua para refrigeración.

¿Dónde comenzó todo?

En 1912 se construyó la primera planta experimental, que, sin embargo, aún no se utilizaba con fines comerciales. Pero ya en 1941, en Cleveland, EE. UU., se estableció por primera vez una producción a gran escala de gas natural licuado.

En 1959 se realizó el primer suministro de gas natural licuado desde Estados Unidos al Reino Unido y Japón. En 1964 se construyó una planta en Argelia, desde donde comenzó el transporte regular en camiones cisterna, en particular a Francia, donde entró en funcionamiento la primera terminal de regasificación.

En 1969 comenzaron los suministros a largo plazo desde Estados Unidos a Japón y, dos años más tarde, desde Libia a España e Italia. En los años 70, la producción de GNL comenzó en Brunei e Indonesia; en los años 80, Malasia y Australia entraron en el mercado del GNL. En la década de 1990, Indonesia se convirtió en uno de los principales productores y exportadores de GNL en la región de Asia y el Pacífico: 22 millones de toneladas al año. En 1997, Qatar se convirtió en uno de los exportadores de GNL.

Propiedades de consumo

El GNL puro no arde, no se enciende ni explota por sí solo. En un espacio abierto a temperaturas normales, el GNL vuelve a un estado gaseoso y se mezcla rápidamente con el aire. Al evaporarse, el gas natural puede encenderse si entra en contacto con una fuente de llama.

Para el encendido es necesario tener una concentración de gas en el aire del 5% al ​​15% (volumen). Si la concentración es inferior al 5%, entonces no habrá suficiente gas para iniciar un incendio, y si es superior al 15%, habrá muy poco oxígeno en la mezcla. Para ser utilizado, el GNL se somete a regasificación - evaporación sin presencia de aire.

Varios países, entre ellos Francia, Bélgica, España, Corea del Sur y Estados Unidos, consideran que el GNL es una tecnología prioritaria o importante para la importación de gas natural. El mayor consumidor de GNL es Japón, donde casi el 100% de las necesidades de gas se cubren con importaciones de GNL.

Combustible para motores

Desde la década de 1990, han surgido varios proyectos para el uso de GNL como combustible para motores en el transporte acuático, ferroviario e incluso por carretera, utilizando en la mayoría de los casos motores de gas-diésel reconvertidos.

Ya existen ejemplos reales de operación de buques marítimos y fluviales que utilizan GNL. En Rusia se está iniciando la producción en serie de la locomotora diésel TEM19-001 que funciona con GNL. En Estados Unidos y Europa están surgiendo proyectos para convertir el transporte de mercancías por carretera a GNL. E incluso existe un proyecto para desarrollar un motor de cohete que utilizará GNL + oxígeno líquido como combustible.

Motores que funcionan con GNL

Uno de los principales desafíos asociados al desarrollo del mercado de GNL para el sector del transporte es aumentar el número de vehículos y barcos que utilizan GNL como combustible. Las principales cuestiones técnicas en este ámbito están relacionadas con el desarrollo y mejora de distintos tipos de motores que funcionan con GNL.

Actualmente, se pueden distinguir tres tecnologías de motores de GNL utilizados en embarcaciones marinas: 1) motor de encendido por chispa con una mezcla pobre de combustible y aire; 2) motor bicombustible con encendido diésel y gas de trabajo a baja presión; 3) motor dual fuel con encendido por combustible diesel y gas de trabajo a alta presión.

Los motores de encendido por chispa solo funcionan con gas natural, mientras que los motores de combustible dual diésel-gas pueden funcionar con diésel, GNC y fueloil pesado. Hoy en día existen tres fabricantes principales en este mercado: Wärtsila, Rolls-Royce y Mitsubishi Heavy Industries.

En muchos casos, los motores diésel existentes se pueden convertir en motores diésel/gas de combustible dual. Esta conversión de motores existentes puede ser una solución económicamente viable para convertir buques marinos a GNL.

Hablando del desarrollo de motores para el sector de la automoción, cabe destacar la empresa estadounidense Cummins Westport, que ha desarrollado una línea de motores de GNL destinados a camiones pesados. En Europa, Volvo ha lanzado un nuevo motor dual-fuel de 13 litros que funciona con diésel y GNC.

Las innovaciones notables en motores de GNC incluyen el motor de encendido por compresión compacto (CCI) desarrollado por Motiv Engines. Este motor tiene una serie de ventajas, la principal de las cuales es una eficiencia térmica significativamente mayor que sus homólogos existentes.

Según la empresa, la eficiencia térmica del motor desarrollado puede alcanzar el 50%, mientras que la eficiencia térmica de los motores de gas tradicionales es de aproximadamente el 27%. (Usando los precios del combustible en Estados Unidos como ejemplo, un camión con motor diésel cuesta 0,17 dólares por caballo de fuerza/hora para operar, un motor de GNC convencional cuesta 0,14 dólares y un motor CCEI cuesta 0,07 dólares).

También vale la pena señalar que, al igual que ocurre con las aplicaciones marinas, muchos motores de camiones diésel se pueden convertir en motores diésel-GNL de combustible dual.

Países productores de GNL

Según datos de 2009, los principales países productores de gas natural licuado se distribuían en el mercado de la siguiente manera:

El primer lugar lo ocupó Qatar (49,4 mil millones de m³); seguida de Malasia (29,5 mil millones de m³); Indonesia (26,0 mil millones de m³); Australia (24,2 mil millones de m³); Argelia (20,9 mil millones de m³). El último lugar en esta lista fue Trinidad y Tobago (19,7 mil millones de m³).

Los principales importadores de GNL en 2009 fueron: Japón (85,9 mil millones de m³); República de Corea (34,3 mil millones de m³); España (27,0 mil millones de m³); Francia (13,1 mil millones de m³); Estados Unidos (12,8 mil millones de m³); India (12,6 mil millones de m³).

Rusia apenas está comenzando a ingresar al mercado del GNL. Actualmente, solo hay una planta de GNL en funcionamiento en la Federación de Rusia, Sakhalin-2 (inaugurada en 2009, la participación mayoritaria pertenece a Gazprom, Shell tiene el 27,5%, las japonesas Mitsui y Mitsubishi, el 12,5% y el 10%, respectivamente). A finales de 2015, la producción ascendió a 10,8 millones de toneladas, superando la capacidad de diseño en 1,2 millones de toneladas. Sin embargo, debido a la caída de los precios en el mercado mundial, los ingresos por exportaciones de GNL en términos de dólares disminuyeron un 13,3% interanual hasta 4.500 millones de dólares.

No existen condiciones previas para mejorar la situación del mercado del gas: los precios seguirán bajando. Hasta 2020, se pondrán en funcionamiento en Estados Unidos cinco terminales de exportación de GNL con una capacidad total de 57,8 millones de toneladas. Comenzará una guerra de precios en el mercado europeo del gas.

El segundo actor importante en el mercado ruso de GNL es Novatek. Novatek-Yurkharovneftegaz (una filial de Novatek) ganó la subasta por el derecho a utilizar el sitio Nyakhartinsky en el distrito autónomo de Yamal-Nenets.

La empresa necesita el sitio Nyakhartinsky para el desarrollo del proyecto Arctic LNG (el segundo proyecto de Novatek se centró en la exportación de gas natural licuado, el primero es Yamal LNG): está ubicado muy cerca del campo Yurkharovskoye, que está siendo desarrollado por Novatek-Yurkharovneftegaz. El área de la parcela es de unos 3 mil metros cuadrados. kilómetros. Al 1 de enero de 2016, sus reservas se estimaban en 8,9 millones de toneladas de petróleo y 104,2 mil millones de metros cúbicos de gas.

En marzo, la empresa inició negociaciones preliminares con socios potenciales sobre la venta de GNL. La dirección de la empresa considera que Tailandia es el mercado más prometedor.

Transporte de gas licuado

La entrega de gas licuado al consumidor es un proceso muy complejo y que requiere mucha mano de obra. Después de licuar el gas en las plantas, el GNL ingresa a las instalaciones de almacenamiento. El transporte adicional se realiza utilizando buques especiales - gaseros equipado con criocankers. También es posible utilizar vehículos especiales. El gas de los gaseros llega a los puntos de regasificación y luego es transportado a través de tuberías .

Los petroleros son gaseros.

Un buque cisterna de gas, o metanero, es un buque construido específicamente para transportar GNL en tanques. Además de los tanques de gas, estos buques están equipados con unidades de refrigeración para enfriar el GNL.

Los mayores fabricantes de buques para el transporte de gas natural licuado son los astilleros japoneses y coreanos: Mitsui, Daewoo, Hyundai, Mitsubishi, Samsung, Kawasaki. Fue en los astilleros coreanos donde se crearon más de dos tercios de los gaseros del mundo. Cisternas modernas de las series Q-Flex y Q-Max son capaces de transportar hasta 210-266 mil m3 de GNL.

La primera información sobre el transporte de gases licuados por mar se remonta a 1929-1931, cuando la empresa Shell transformó temporalmente el petrolero Megara en un buque para el transporte de gas licuado y construyó en Holanda el buque Agnita con un peso muerto de 4,5 mil toneladas, destinado para el transporte simultáneo de petróleo, gas licuado y ácido sulfúrico. Petroleros con nombres de conchas marinas- fueron comercializados por el padre del fundador de la empresa, Marcus Samuel

El transporte marítimo de gases licuados no se generalizó hasta el final de la Segunda Guerra Mundial. Inicialmente, para el transporte se utilizaban barcos reconvertidos de petroleros o de carga seca. La experiencia acumulada en el diseño, construcción y operación de los primeros gaseros nos permitió pasar a la búsqueda de los métodos más rentables de transporte de estos gases.

Buque cisterna de GNL típico moderno (transportador de metano) puede transportar entre 145 y 155 mil m3 de gas licuado, de los cuales, como resultado de la regasificación, se pueden obtener entre 89 y 95 millones de m3 de gas natural. Debido al hecho de que los transportadores de metano requieren una gran inversión de capital, su tiempo de inactividad es inaceptable. Son rápidos, la velocidad de un barco que transporta gas natural licuado alcanza los 18-20 nudos, frente a los 14 nudos de un petrolero estándar.

Además, las operaciones de carga y descarga de GNL no requieren mucho tiempo (una media de 12 a 18 horas). En caso de accidente, los buques metaneros cuentan con una estructura de doble casco diseñada específicamente para evitar fugas y roturas. La carga (GNL) se transporta a presión atmosférica y una temperatura de -162°C en tanques especiales aislados térmicamente dentro del casco interno del buque gasero.

Un sistema de almacenamiento de carga consta de un contenedor o depósito primario para almacenar líquido, una capa de aislamiento, una contención secundaria diseñada para evitar fugas y otra capa de aislamiento. Si el tanque primario está dañado, la carcasa secundaria evitará fugas. Todas las superficies en contacto con el GNL están fabricadas con materiales resistentes a temperaturas extremadamente bajas.

Por ello, los materiales más utilizados son acero inoxidable, aluminio o Invar (una aleación a base de hierro con un contenido de níquel del 36%).

Una característica distintiva de los gaseros tipo Moss, que actualmente representan el 41% de la flota mundial de metaneros, son los tanques esféricos autoportantes, que generalmente están hechos de aluminio y se fijan al casco del barco mediante un manguito a lo largo del ecuador del tanque.

El 57% de los buques cisterna utilizan sistemas de tanques de triple membrana (sistema GazTransport, sistema Technigaz y sistema CS1). Los diseños de membrana utilizan una membrana mucho más delgada que se apoya en las paredes de la carcasa. El sistema GazTransport incluye membranas primarias y secundarias en forma de paneles planos Invar, mientras que en el sistema Technigaz la membrana primaria está hecha de acero inoxidable corrugado.

En el sistema CS1, los paneles invar del sistema GazTransport, que actúan como membrana primaria, se combinan con membranas Technigaz de tres capas (láminas de aluminio colocadas entre dos capas de fibra de vidrio) como aislamiento secundario.

A diferencia de los buques de GLP (gas licuado de petróleo), los gaseros no están equipados con una unidad de licuefacción en cubierta y sus motores funcionan con gas de lecho fluidizado. Dado que parte de la carga (gas natural licuado) complementa al fuel oil, los buques metaneros no llegan a su puerto de destino con la misma cantidad de GNL que cargaron en la planta de licuefacción.

El valor máximo permitido de la tasa de evaporación en un lecho fluidizado es aproximadamente el 0,15% del volumen de carga por día. Las turbinas de vapor se utilizan principalmente como sistema de propulsión en buques metaneros. A pesar de su baja eficiencia de combustible, las turbinas de vapor se pueden adaptar fácilmente para funcionar con gas de lecho fluidizado.

Otra característica única de los buques cisterna de GNL es que normalmente retienen una pequeña porción de su carga para enfriar los tanques a la temperatura requerida antes de cargarlos.

La próxima generación de buques cisterna de GNL se caracteriza por nuevas características. A pesar de la mayor capacidad de carga (200-250 mil m3), los buques tienen el mismo calado; hoy en día, para un barco con una capacidad de carga de 140 mil m3, un calado típico de 12 metros es típico debido a las restricciones aplicadas en el Canal de Suez. y en la mayoría de las terminales de GNL.

Sin embargo, su cuerpo será más ancho y más largo. La potencia de las turbinas de vapor no permitirá que estos buques más grandes desarrollen suficiente velocidad, por lo que utilizarán un motor diésel de gasóleo de doble combustible desarrollado en los años 1980. Además, muchos buques de GNL actualmente en pedido estarán equipados con una unidad de regasificación a bordo.

La evaporación del gas en los metaneros de este tipo se controlará de la misma forma que en los buques que transporten gas licuado de petróleo (GLP), lo que evitará pérdidas de carga durante el viaje.

Mercado de transporte de GLP

El transporte de GNL implica su transporte marítimo desde las plantas de licuefacción de gas hasta las terminales de regasificación. En noviembre de 2007, había 247 buques metaneros en el mundo con una capacidad de carga de más de 30,8 millones de m3. El auge del comercio de GNL ha garantizado que todos los buques estén ahora totalmente ocupados, en comparación con mediados de los años 1980, cuando había 22 buques inactivos.

Además, hasta finales de la década deberían ponerse en servicio unos 100 buques. La edad promedio de la flota mundial de GNL es de unos siete años. 110 embarcaciones tienen cuatro años o menos de antigüedad, mientras que 35 embarcaciones tienen edades comprendidas entre cinco y nueve años.

Unos 70 petroleros han estado en funcionamiento durante 20 años o más. Sin embargo, todavía tienen una larga vida útil por delante, ya que los buques cisterna de GNL suelen tener una vida útil de 40 años debido a sus características resistentes a la corrosión. Estos incluyen hasta 23 petroleros (buques pequeños y antiguos que sirven al comercio de GNL en el Mediterráneo) que serán reemplazados o mejorados significativamente durante los próximos tres años.

De los 247 buques cisterna actualmente en funcionamiento, más de 120 sirven a Japón, Corea del Sur y Taipei Chino, 80 a Europa y los buques restantes a América del Norte. En los últimos años se ha visto un crecimiento fenomenal en el número de buques que sirven al comercio en Europa y América del Norte, mientras que el Lejano Oriente ha visto sólo un ligero aumento debido al estancamiento de la demanda en Japón.

Regasificación de gas natural licuado

Una vez que el gas natural llega a su destino, se produce el proceso de regasificación, es decir, su transformación del estado líquido nuevamente al estado gaseoso.

El buque cisterna suministra GNL a terminales especiales de regasificación, que constan de un atracadero, una rejilla de descarga, tanques de almacenamiento, un sistema de evaporación, instalaciones para procesar los gases de evaporación de los tanques y una unidad de medición.

Al llegar a la terminal, el GNL se bombea desde los camiones cisterna a los tanques de almacenamiento en forma licuada, luego el GNL se convierte a estado gaseoso según sea necesario. La conversión en gas se produce en un sistema de evaporación utilizando calor.

En términos de capacidad de terminales de GNL, así como en volumen de importaciones de GNL, Japón es el líder: 246 mil millones de metros cúbicos por año según datos de 2010. En segundo lugar se sitúa Estados Unidos, con más de 180 mil millones de metros cúbicos al año (datos de 2010).

Así, la tarea principal en el desarrollo de terminales receptoras es principalmente la construcción de nuevas unidades en varios países. Hoy en día, el 62% de la capacidad receptora proviene de Japón, Estados Unidos y Corea del Sur. Junto con el Reino Unido y España, la capacidad de recepción de los cinco primeros países es del 74%. El 26% restante se distribuye entre 23 países. En consecuencia, la construcción de nuevas terminales abrirá nuevos mercados y aumentará los existentes para el GNL.

Perspectivas de desarrollo de los mercados de GNL en el mundo.

¿Por qué la industria del gas licuado se está desarrollando a un ritmo cada vez mayor en el mundo? En primer lugar, en algunas regiones geográficas, como Asia, el transporte de gas en camiones cisterna es más rentable. A una distancia de más de 2.500 kilómetros, el gas licuado ya puede competir en precio con el gas de gasoducto. En comparación con los gasoductos, el GNL también tiene las ventajas de la ampliación modular del suministro y, en algunos casos, también elimina los problemas de cruce de fronteras.

Sin embargo, también existen dificultades. La industria del GNL ocupa su nicho en regiones remotas que no cuentan con reservas propias de gas. La mayoría de los volúmenes de GNL se contratan en la etapa de diseño y producción. La industria está dominada por un sistema de contratos a largo plazo (de 20 a 25 años), que requiere una coordinación desarrollada y compleja de los participantes en la producción, exportadores, importadores y transportistas. Algunos analistas ven todo esto como una posible barrera al crecimiento del comercio de gas licuado.

En general, para que el gas licuado se convierta en una fuente de energía más asequible, el coste del suministro de GNL debe competir con éxito en precio con las fuentes de combustible alternativas. Hasta la fecha, la situación se desarrolla en sentido contrario, lo que no impide el desarrollo de este mercado en el futuro.

Continuación:

• Parte 3: Válvulas de mariposa para temperaturas criogénicas

En la preparación del material se utilizaron datos de los sitios:

• lngas.ru/transportation-lng/istoriya-razvitiya-gazovozov.html
• lngas.ru/transportation-lng/morskie-perevozki-spg.html
• innodigest.com/liquefied-natural-gas-cng-as-alte/?lang=ru
• expert.ru/ural/2016/16/novyij-uchastok-dlya-spg/

Buque cisterna de GNL típico ( portador de metano) puede transportar entre 145 y 155 mil m 3 de gas licuado, de los cuales, como resultado de la regasificación, se pueden obtener entre 89 y 95 millones de m 3 de gas natural. En términos de tamaño, los gaseros son similares a los portaaviones, pero mucho más pequeños que los petroleros de gran tonelaje. Debido al hecho de que los transportadores de metano requieren mucho capital, su tiempo de inactividad es inaceptable. Son rápidos, la velocidad de un barco marítimo puede alcanzar entre 18 y 20 nudos, en comparación con los 14 nudos de un petrolero estándar. Además, las operaciones de carga y descarga de GNL no requieren mucho tiempo (12-18 horas de media).

En caso de accidente, los buques metaneros cuentan con una estructura de doble casco diseñada específicamente para evitar fugas y roturas. La carga (GNL) se transporta a presión atmosférica y una temperatura de –162°C en tanques especiales con aislamiento térmico (denominados “ sistema de almacenamiento de carga") en el interior del casco interno de un buque gasero. Un sistema de almacenamiento de carga consta de un contenedor o depósito primario para almacenar líquido, una capa de aislamiento, una contención secundaria diseñada para evitar fugas y otra capa de aislamiento. Si el tanque primario está dañado, la carcasa secundaria no lo permitirá. Todas las superficies en contacto con el GNL están fabricadas con materiales resistentes a temperaturas extremadamente bajas. Por lo tanto, estos materiales se suelen utilizar acero inoxidable, aluminio o invar(aleación a base de hierro con contenido de níquel 36%).

Buque cisterna de GNL tipo Moss (tanques esféricos)

Rasgo distintivo Gaseros tipo musgo, que actualmente representan el 41% de la flota mundial de metaneros, son autosuficientes tanques esféricos, que, por regla general, están hechos de aluminio y se fijan al casco del barco mediante un manguito a lo largo de la línea ecuatorial del tanque. El 57% de los buques cisterna utilizan sistemas de tanques de triple membrana (Sistema GazTransport, sistema tecnigaz Y sistema CS1). Los diseños de membrana utilizan una membrana mucho más delgada que se apoya en las paredes de la carcasa. Sistema GazTransporte incluye membranas primarias y secundarias en forma de paneles planos Invar, y el sistema tecnigaz El diafragma primario está fabricado de acero inoxidable corrugado. en el sistema CS1 paneles invar del sistema GazTransporte, que actúan como membrana primaria, se combinan con membranas de tres capas tecnigaz(lámina de aluminio intercalada entre dos capas de fibra de vidrio) como aislamiento secundario.

Buque cisterna de GNL GazTransport & Technigaz (estructuras de membrana)

A diferencia de los buques para el transporte de GLP ( gas de petróleo licuado), los gaseros no están equipados con una unidad de licuefacción en cubierta y sus motores funcionan con gas de lecho fluidizado. Teniendo en cuenta que parte de la carga ( gas natural licuado) complementa el fueloil, los buques metaneros no llegan a su puerto de destino con la misma cantidad de GNL que cargaron en la planta de licuefacción. El valor máximo permitido de la tasa de evaporación en un lecho fluidizado es aproximadamente el 0,15% del volumen de carga por día. Las turbinas de vapor se utilizan principalmente como sistema de propulsión en buques metaneros. A pesar de su baja eficiencia de combustible, las turbinas de vapor se pueden adaptar fácilmente para funcionar con gas de lecho fluidizado. Otra característica única de los buques cisterna de GNL es que normalmente retienen una pequeña porción de su carga para enfriar los tanques a la temperatura requerida antes de cargarlos.

La próxima generación de buques cisterna de GNL se caracteriza por nuevas características. A pesar de la mayor capacidad de carga (200-250 mil m3), los buques tienen el mismo calado; hoy en día, para un barco con una capacidad de carga de 140 mil m3, un calado típico de 12 metros es típico debido a las restricciones aplicadas en el Canal de Suez. y la mayoría de terminales de GNL. Sin embargo, su cuerpo será más ancho y más largo. La potencia de las turbinas de vapor no permitirá que estos buques más grandes desarrollen suficiente velocidad, por lo que utilizarán un motor diésel de gasóleo de doble combustible desarrollado en los años 1980. Además, muchos buques metaneros actualmente encargados estarán equipados con planta de regasificación de buques. La evaporación del gas en los metaneros de este tipo se controlará de la misma forma que en los buques que transporten gas licuado de petróleo (GLP), lo que evitará pérdidas de carga durante el viaje.