Метрологическое обеспечение криогенных жидкостей

МАШИНОСТРОЕНИЕ И ПРИБОРОСТРОЕНИЕ, ВОПРОСЫ МЕТРОЛОГИИ

УДК 543.4.544.2

В. Г. Соловьев, В. И. Реут, Г. И. Реут,

А. В. Чупаев

МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ КРИОГЕННЫХ ЖИДКОСТЕЙ

Ключевые слова: криогенные жидкости, сжиженные природные газы.

Проведен анализ состояния отечественного и зарубежного метрологического обеспечения системы снабжения сжиженным природным газом (СПГ), включающей в себя получение, транспортировку и отпуск СПГ потребителям.

Keywords: cryogenic liquids, liquefied natural gases.

The analysis of domestic and foreign metrological assurance of liquefied natural gas (LNG) supply system which includes receiving, transportation and custody transfer of LNG to customers.

Цель данной статьи - провести анализ состояния отечественного и зарубежного метрологического обеспечения системы снабжения сжиженным природным газом (СПГ ), включающей в себя получение, транспортировку и отпуск СПГ потребителям.

Известные программы крупных предприятий (ОАО «Газпром» - программы Сахалин-1, Сахалин-2), других производственных предприятий, а также социально значимая поставка сжиженного природного газа (СПГ) физическим лицам знаменуют собой интенсивно развивающуюся систему снабжения СПГ, включающую в себя получение, транспортировку и отпуск его потребителям (СПГ-технологию).

Сжижение природного газа (уменьшение его объема в 600 раз, плотность в 2 раза меньше, чем у воды) и перевозка природного газа в сжиженном виде в виде СПГ называют способом транспортировки природного газа XXI века. Основным преимуществом СПГ является возможность диверсификации направлений поставок — свойства сжиженного природного газа позволяют транспортировать его по морю на многие тысячи километров, осуществлять трансокеанские поставки и гибко реализовывать объемы на рынках с наиболее привлекательными ценами.

Перевозка СПГ танкерами-газовозами на большие расстояния экономически выгоднее транспортировки СПГ по трубопроводам. Строительство трубопроводов, по мнению специалистов, является очень затратным. Огромные средства тратятся не только на прокладку и надежную теплоизоляцию трубопроводов, но и на выкуп отчужденной земли (до 100 м с каждой стороны трубы). Кроме того, в случаях, если трубопровод проходит через водоем, нужно производить не только отчуждение дна, но и обеспечивать экологическую безопасность и исключить любые повреждения и утечки. Они могут нанести значительный вред окружающей среде, а их устранение многократно усложняется. Кроме того, существуют затраты на строительство компрессорных станций, узлов учета, а также на обеспечение промышленной безопасности и охрану объектов. В связи с этим в последнее время стали возникать ситуации, когда строительство трубопровода и обеспечение всех необходи-

мых условий делает нерентабельной разработку месторождений.

Таким образом, с разработкой технологии сжижения и транспортировки газа традиционное представление о системе поставок энергоресурсов, где покупатель и продавец связаны трубопроводом, уступает место новому, глобальному газовому рынку. Так, «Г азпром» уже в 2GG5 году осуществил торговую операцию на новом для себя рынке сбыта — в 2GG5 году компания Gazprom Marketing & Trading отправила первый танкер со сжиженным природным газом на рынок США. Позже были осуществлены поставки СПГ на рынки Великобритании, Южной Кореи, Японии, Мексики и Индии.

В 2GG6 - 2GG7 гг. на Сахалине были построены 2 первых резервуара РВС-lGGGGG для сбора и хранения СПГ, ВНИИР разработал методику их калибровки и провел испытания. В 2GG9 году «Газпром» и его партнеры в проекте «Сахалин-2» завершили строительство первого в России завода по сжижению газа в поселке Пригородное на о. Сахалин. Реализация этого проекта позволила начать регулярные поставки российского СПГ на рынки стран Азиатско-Тихоокеанского региона. При этом еще до окончания строительства вся продукция завода была законтрактована на основе долгосрочных договоров (сроком действия 2G и более лет), предусматривающих поставки СПГ в Японию, Южную Корею и Северную Америку. В рамках проекта осуществлена сделка с компанией «Шелл» по приобретению Группой «Газпром» на долгосрочной основе около G,9 млн. т СПГ в год вместе с соответствующими приемными мощностями на терминале «Энерхия Коста Асуль» на западном побережье Северной Америки.

В Салехарде представители компании «НОВАТЭК» провели обзорную презентацию проекта по производству сжиженного природного газа «Ямал-СПГ», который будет базироваться на Юж-но-Тамбейском месторождении предприятия.

Потенциальная ресурсная база на полуострове Ямал для производства сжиженного газа - около десяти триллионов кубометров. Запасы Южно-Тамбейского месторождения составляют около l,3 трлн. кубометров сырья. Реализация проекта предпо-

l77

лагается в 2010-2018 годах, на 2018 год намечен пуск завода по переработке конденсата. Концепция проекта предполагает строительство комплекса по производству сжиженного газа мощностью 15-16 миллионов тонн в год. Расположение будущего завода позволяет рассматривать в качестве рынков сбыта Европу, Северную и Южную Америку, а также в страны Азиатско-Тихоокеанского региона.

Необходимо отметить, что за рубежом уделяется значительное внимание метрологическому обеспечению СПГ-технологии. В частности, фирма FLOW Instruments & Engineering GmbH выпускает Расходомеры Flowcom 2000 которые предназначены для измерения расхода, объема и массы криогенных жидкостей (сжиженных газов: азота, кислорода, аргона, СО2.) и СПГ (но на Российский рынок с вариантом для СПГ данный прибор не сертифицирован). В состав прибора входят : Преобразователь расхода (модифицированное сопло Вентури, рис.1), вторичный преобразователь микропроцессорный Flowcom 2000 (рис. 2); Дифференциальный датчик перепада давления 3051 Rosemount (рис. 3); Преобразователь температуры Pt - 100 (рис. 4); а также печатающее устройство Epson.

Рис. 1 - Преобразователь расхода

Рис. 2 - Вторичный преобразователь микропроцессорный Flowcom 2GGG

Рис. 3 - Дифференциальный датчик перепада давления 3051 ЯозешоиП

Данные расходомеры устанавливаются на цистерны перевозящие криогенные жидкости. Калибровка и поверка этих расходомеров при выпуске из про-

изводства и в эксплуатации производится с помощью мобильной установки (передвижной лаборатории), главным элементом которой является эталонный массовый расходомер.

Рис. 4 - Преобразователь температуры Р1 - 100

В свою очередь эталонные массовые расходомеры калибруются на эталонных стационарных установках, сконструированных на базе весовых устройств.

В России, интенсивно развивающаяся отечественная система снабжения СПГ, не обеспечивает должный уровень метрологического обеспечения. Применяется ограниченный перечень рабочих средств измерения СПГ, как следствие, отсутствует государственная поверочная схема возглавляемая Государственным первичным эталоном.

В настоящее время поверка средств измерений СПГ проводится на воде [1,2]. Последнее обстоятельство не обеспечивает достаточной точности измерений при отгрузке. В то же время, существующий метод измерения СПГ при наливе танков не обеспечивает необходимой достоверности, в связи с тем, что измерения производятся в два этапа, статическим методом, а также содержат значительное количество пересчетов.

Учитывая вышесказанное, необходимо разработать отечественную систему высокоточной передачи единицы измерения тем средствам, которые будут использоваться при наливе автоцистерн и танкеров СПГ.

Необходимо разработать методы поверки, калибровки и испытаний СИ на реальных средах, тем самым исключив математические расчеты при пересчете по плотности, вязкости и другим влияющим величинам. В частности, необходимо имитировать процессы учета количества сжиженных газов, происходящие при наливе танков судов. Методы должны быть актуальны при проведении поверки массовых расходомеров, установленных на наливных терминалах при загрузке и выгрузке танков наливных судов, а также на предприятиях химической промышленности при поверке массовых расходомеров, используемых при приемке сырья и отгрузке сырья потребителям.

Применение данных методов, создание Государственного первичного эталона позволят добиться повышения достоверности учета сжиженных газов, обеспечить выполнение положений Технического Регламента Таможенного союза «О безопасности сжиженных углеводородных газов», а также обеспечить проведение испытаний и поверки отечественных и зарубежных средств измерений на реальных средах на территории РФ и выполнение положений рекомендаций МОЗМ Р 117.

Литература

1. Фафурин В.А., Фефелов В.В., Яценко И.А. Анализ параметров численных методов при расчете метрологических характеристик расходомеров на базе стандартной диафрагмы // Вестник Казан. технол. ун-та. 2011. №23, С.136.

2. Фафурин В.А., Яценко И.А., Тырышкин Р.А. Влияние осесимметричных местных сопротивлений на метрологические характеристики ультразвуковых преобразователей расхода // Вестник Казан. технол. ун-та. 2011. №23, С.146.

© В. Г. Соловьев - и. о. дир. ФГУП ВНИИР; В. И. Реут - канд. техн. наук, вед. науч. сотр. ФГУП ВНИИР, уиііг-nio1@yandex.ru; Г. И. Реут - нач. НИО-2 - зам. руководителя ГЦИ СИ ФГУП ВНИИР; А. В. Чупаев - канд. техн. наук, доц. каф. САУТП КНИТУ.