Пятый элемент для СПГ: как Запад наставил себе шишек в обращении с газом

В последние годы мы уже настолько привыкли к такому понятию, как "танкер-газовоз", что даже не особо задумываемся, что из себя представляет это судно

Конструкция танкера изначально была разработана для морских и речных перевозок нефти и нефтепродуктов, и забыть это трудно, поскольку слово tank в переводе с английского "бак", и тут уж у любого водителя ассоциативный ряд получается совсем коротенький.

Но как перевозить нефть – достаточно понятно, требовалось только подобрать материал танков таким, чтобы он выдерживал контакт с этой горючей масляной жидкостью и систему крепления танков внутри корпуса судна. С газом все куда сложнее, и причина тоже очевидна – при нормальном атмосферном давлении кубометр природного газа весит всего около 750 граммов.

Перевозить почти невесомый груз? Не имеет никакого экономического смысла. Повышать давление? Но тогда будут расти требования к прочности резервуаров, а вместе с этим – и вес танка. Да, в наше время такую проблему стало решать значительно проще за счет использования композиционных материалов, однако технология сжижения газов появилась значительно раньше, чем появились первые разработки создания композиционных материалов.

Газы могут быть жидкими – доказано учеными и инженерами

В 1829 году Майклу Фарадею удалось получить первый сжиженный газ, которым стал аммиак, в 1877 году, работая независимо друг от друга, добились превращения в жидкость кислорода французский физик Луи Поль Кайете и швейцарский физик Рауль Пикте. В 1883 году российские ученые, поляки по национальности, Зигмунд Врублевский и Кароль Ольшевский смогли сжижить метан и азот, в 1889-м Джеймс Дьюар добился сжижения водорода, а вот добиваться получения патента на свое имя на изобретенный им сосуд для хранения криогенных жидкостей не посчитал необходимым, продав изобретение компании Thermos.

Вершина научных достижений в этом направлении – технология сжижения гелия при температуре -268,9 градуса Цельсия, за разработку которой голландский физик Хейке Камрлинг-Оннес в 1913 году заслуженно получил Нобелевскую премию. Но все это имена ученых, которые занимались развитием именно науки, до коммерческого уровня их изобретения доводили уже инженеры.

Имя одного из них и сегодня известно многим – Карл Пауль Готфрид фон Линде, который в 1873 году получил патент на первую компрессорную холодильную установку. В отличие от Джеймса Дьюара Карл фон Линде имел отличную деловую хватку – все свои изобретения он запатентовал, дело свое передал сыновьям, так что компании Linde, технологию сжижения природного газа которой планирует использовать на своем новом проекте "Арктик СПГ-2" консорциум во главе с "Новатэком", уже больше сотни лет.

reklama

США – пионер, который "всем ребятам пример"

Таким образом, в первой половине ХХ века все технологии для сжижения природного газа уже имелись, оставалось дождаться появления спроса. И он возник – в середине 1930-х в городе Кливленде в США. Город получал газ по трубопроводу длиной 250 километров, диаметр труб которого составлял 300 миллиметров.

Город рос и… мерз – зимой, когда спрос на газ значительно вырастал, газа городу физически не хватало. При этом матушка-геология не подарила Кливленду возможности построить подземное хранилище газа, вот и оставалось всего два варианта: либо построить дополнительный газопровод и пользоваться им два-три месяца в году, либо построить завод по сжижению и резервуары, в которых хранить газ в виде СПГ. В комплекте с регазификационными установками.

Калькулятор подсказал, что выгоднее завод, который и был построен в 1941 году. Для хранения СПГ были построены три танка по 2500 кубометров в каждом, в 1943-м еще и дополнительный, емкостью 4250. Кстати, такие вот комплекты: завод по сжижению, емкости для хранения СПГ, регазификационная установка – имеют распространение в США и в наше время, у них даже отдельное название имеется – Peak Shaving Plant, PSP, в этой стране их около 100 штук.

А вот PSP Cleveland с карты США… исчез, причем исчезновение это было оглушительно громким – до сегодняшнего дня авария 1944 года считается не только самой первой, но и самой крупной в мировой истории СПГ. Трагедия унесла 128 жизней, около 400 человек было ранено, было уничтожено десять административных зданий на самом заводе и 80 частных домов в радиусе километра вокруг предприятия.

Причина – неверно подобранный сплав для танков, низкоуглеродистая сталь с 3,5 процента никеля, которая при криогенных температурах становится хрупкой. Об этом знали изначально, но в годы Второй мировой войны никель был крайне востребованным и дефицитным металлом, потому в компании East Ohio Gas Company и было принято решение "авось прокатит". Не прокатило, зато стало жестоким уроком для всех, кто в дальнейшем развивал эту технологию: есть никель – есть СПГ, нет никеля – нет СПГ.

США были пионерами не только в наземном хранении СПГ – здесь в начале 1950-х был построен и первый танкер-газовоз с характерным названием Methan с резервуаром в шесть тысяч кубометров, который должен был доставлять СПГ с завода Lake Charles в Луизиане в Чикаго для нужд мясной промышленности. Нет, дело было не в Гондурасе, однако на никеле попытались сэкономить еще раз – снова использовали обычную сталь. Чтобы уберечь ее от контактов с криогенной жидкостью, танк изнутри (да, именно так – это не опечатка, это тот самый американский инженерный гений) был изолирован бальсой, деревом. Итог – слава богу, без жертв, сталь просто треснула, СПГ вытек и испарился без пожаров и взрывов. Эдакий вот дополнительный урок – для тех, кто не понял с первого раза.

СПГ для Туманного Альбиона

Стараниями американских инженеров английские специалисты все сделали без ошибок, и в январе-феврале 1959 года судно Methane Pioneer, взяв груз на том же Lake Charles в объеме пяти тысяч кубометров, впервые в мировой истории успешно доставило его к берегам Туманного Альбиона, до Canvey Island.

Англичане действовали радикально: никакой стали, алюминий – металл, который криогенных температур не боится, но толщина стенок достаточно значительна. Пять танков призматической формы по тысяче кубометров каждый, самоподдерживающегося типа. "Самоподдерживающиеся" – это технологический термин, такие танки строят независимо от самого судна, а потом размещают их внутри корпуса на специально сконструированных подставках, изолируя от стенок корабля специально подобранными прокладками с низким уровнем теплопроводности.

Methane Pioneer оказался удачным вариантом, проблема возникла только единожды – во время шторма вода попала в трюмы, промочив всю изоляцию танков с СПГ. Проблему решили, заодно "пометив в блокнотике": запомнить и применять меры при строительстве новых танкеров-газовозов в обязательном порядке.

reklama

Да, что касается американского опыта, то он был использован не только для того, чтобы строить танки из алюминия, но и для того, чтобы не ошибиться с содержанием никеля в запорной арматуре, насосах и прочем оборудовании. Разработанные английскими специалистами резервуары по мере совершенствования получили отдельное название: самоподдерживающиеся призматические танки типа В, в настоящее время есть и такие танкеры-газовозы, хотя на фоне общего количества их совсем немного. В конкурентной борьбе основным соперником англичан стали французы, которые почти тогда же, на рубеже 1950-1960-х годов, приступили к решению задачи по доставке газа из Алжира в бывшую метрополию.

Перевозка СПГ с французским шармом

Спрос на газ во Франции на тот момент был настолько высок, а предложение настолько мало, что задача была практически государственной важности, потому и решать ее стал государственная компания Gas de France – широко и размашисто, чтобы получить максимально удачную технологи.

На первом французском танкере-газовозе Beauvais были установлены три танка – каждый разной конструкции, из разного материала, построенные отдельными компаниями. Такой же подход был использован и ко всему остальному оборудованию, и к системам теплоизоляции – Gas de France профинансировала совсем уж экспериментальный вариант, зато получила возможность проверить все предложенные варианты в естественных условиях, чтобы выбрать самое лучшее.

Остановились на резервуарах из стали с девятипроцентным содержания никеля, от призматической формы отказались в пользу цилиндрической. Проблему предохранения изоляционного слоя от морской воды решили максимально надежно – конструкция стенок танка состоит из двух металлических мембран, теплоизоляционный слой расположен между ними. Вторая мембрана не только оберегает теплоизоляцию от воды, но и служит дополнительной страховкой от возможного протекания самого СПГ, и такая конструкция является единым стандартом в настоящее время.

Французские специалисты решили и еще одну проблему: испарение СПГ из танков их конструкции составляло 0,27 процента в сутки, и во избежание потерь груза отпарной газ стали использовать как топливо для главной силовой установки судна – паровых котлов. Так что первый уже не экспериментальный, а коммерческий танкер-газовоз, носивший имя Jules Verne, с емкостью танков 25 тысяч кубометров был… пароходом. Подход, выбранный Gas de France, полностью себя оправдал – Jules Verne был принят в эксплуатацию в 1965 году и успешно проработал до 2008-го – срок службы, в течение которого были проделаны тысячи рейсов между Алжиром и Францией, составил 43 года.

Французские технологии – акклиматизация на Дальнем Востоке

Рассказ умышленно сделан достаточно подробным – чтобы было понятнее, какие этапы становления СПГ-индустрии Россия попросту пропустила, не тратя на них усилия и деньги. Поздний старт – это далеко не всегда плохо, в результате кто-то набивает шишки без нашего участия, а мы учимся на чужих ошибках.

Наиболее распространенный в настоящее время тип танкеров-газовозов имеет резервуары 170 тысяч кубометров, но до такого объема технология развивалась несколько десятков лет – с ошибками, тупиковыми вариантами, за каждый из которых приходилось платить. В качестве примера – суда типа Jules Verne в море особых проблем не испытывали, а вот в портах пугали зевак столбом пламени над трубой, поскольку во время стоянок других способов избавиться от отпарного метана, кроме сжигания, просто не было.

Что такое испарение в 0,27 процента в сутки, оценить не сложно. К примеру, Yamalmax от Сабетты до портов в Японии доходит, как выяснилось, за 15 дней, то есть при использовании танков самой первой конструкции около четырех процентов СПГ в буквальном смысле слова улетали бы в трубу. Емкость 170 тысяч кубометров – это около 100 тысяч тонн СПГ, вот около четырех тысяч тонн при каждом рейсе и были бы неизбежными потерями.

Но этого, конечно, не происходит – современные французские системы хранения от Gastransport & Tecnigas (GTT) не допускают испарения выше 0,085 процента в сутки, в три с лишним раза меньше. Но эти системы не строятся отдельно, их нужно "выращивать" вместе с корпусом судна, поэтому вопрос стоял ребром – хватит ли специалистам ССК "Звезда" компетенций, чтобы освоить эту технологию? Справятся – значит, у России будут танкеры-газовозы собственной постройки, не справятся – значит, смогут заниматься строительством танкеров только для нефти. В 2017 году ССК "Звезда" и GTT подписали меморандум, подразумевающий оценку возможности строительства на судоверфи систем хранения СПГ Mark III, – время пошло.

Мнение автора может не совпадать с позицией редакции.