Сжиженный природный газ, метрологическое обеспечение измерений
Н. В. ДАНИЛЕНКО, Г. Э. РАТВЕЛЛ, А. В. САФОНОВ, М. А. САФОНОВА
Резкий рост производства и потребления СПГ в мире
Производство и потребление СПГ в мире растет опережающими темпами. За прошедшие годы мировые мощности по производству СПГ выросли более, чем в 2 раза (со 127 млн тонн в 2000 году до 240 млн тонн в 2012 году). Спрос на СПГ будет расти за счет появления новых рынков сбыта и новых поставщиков, включая Австралию, Канаду, Восточную Африку и, возможно, США. Такие страны АТР, как Южная Корея, Китай, Индия, Таиланд, Сингапур и Япония, уже сегодня частично или даже полностью, обеспечивают свои потребности в природном газе за счет импорта, при этом ключевую роль играет СПГ, на который приходится почти 90% поставок природного газа.
Более того, по оценкам Международного Энергетического Агентства [1] СПГ обеспечит более половины прироста межрегиональной торговли газом и к 2030 году увеличится в 2 раза, составив 635–745 млрд м3 в год.
Привлекательность СПГ для импортеров и удаленных от рынков потребления производителей по сравнению с трубопроводным транспортом основана на двух факторах – независимость от транзитных соглашений и отсутствие проблемы доступа третьих сторон к транспортной инфраструктуре.
В области применения СПГ следует отметить и другую важную тенденцию – производство и поставка СПГ малого и среднего тоннажа. Это позволит развивать розничную инфраструктуру реализации газа в качестве моторного топлива и обеспечивать газификацию отдаленных от единой системы газоснабжения потребителей. Переход с дизельного топлива на СПГ позволит экономить до 30% затрат на топливо.
Проблематика измерений количества СПГ
Несмотря на положительную динамику развития отрасли, увеличение сфер применение СПГ, создания всех условий для развития, поднимается вопрос о финансовых рисках, которые могут повлечь за собой погрешности измерений при перевалке СПГ.
По сложившейся практике при крупнотоннажной перевалке морскими судами учет СПГ проводится при загрузке его в танкеры или сливе из них и ведется по статическому методу, т. е. по уровню налива в резервуары танкера, с применением поправочных таблиц, компонентный состав газа определяется на основе анализа проб СПГ, а взаиморасчеты за СПГ производятся на основании теплотворной способности СПГ. Все эти процедуры и методики определены международным протоколом GIIGNL (Международное сообщество импортеров СПГ) [2].
Несмотря на всеобщее распространение, этот метод имеет ряд ограничений. Точность измерений количества СПГ, например, зависит от состояния металла и изоляции трубопроводов и емкостей, качки на море и точность, с которой оператор отбирал пробу СПГ.
Кроме того, статистический метод не применим при совместном использовании терминалов по перевалке сжиженного СПГ несколькими операторами, когда через резервуарный парк, наливные эстакады и все подводящие трубопроводы перекачивается СПГ, принадлежащий разным владельцам, а сверку с танкером-газовозом провести невозможно.
Статистически установлено, что реальная погрешность измерений объема СПГ на терминалах загрузки и выгрузки колеблется в диапазоне от +0,5% до +0,78% (данные NMi – Национального Метрологического Института, Нидерланды) [3]. Если говорить только о перевалке СПГ через терминалы по сжижению, то за счет повышения точности измерений СПГ при переходе от статического на динамический метод, т. е. на погрешность +/- 0,15…0,20%, что эквивалентно 890 млн $ в 2012 году в мировом масштабе.
Реакция метрологического сообщества
Решение о необходимости разработки практического руководства по развитию динамических методов измерений и учета СПГ, аналогичного документам, применяемым для измерений и учета нефти, нефтепродуктов и природного газа при транспортировке по трубопроводам, когда измеряемая среда в непрерывном режиме измеряется преобразователями расхода и СИ показателей качества, было принято на генеральной сессии GIIGNL достаточно давно.
Динамические узлы учета СПГ реализованы на нескольких терминалах, однако, все еще находятся в стадии опытной эксплуатации, в частности, у Enagas в Испании, где установлены многолучевые ультразвуковые расходомеры. В компании Qatargas в Катаре, после успешно проведенных испытаний на заводе СПГ на Аляске, было принято решение установить 22 ультразвуковых расходомера в комплексе Ras Laffan [4]. Имеются также положительные результаты испытаний массовых расходомеров. Известно о разработках криогенных компакт- и двунаправленных пруверов. Ряд производителей активно рекламирует системы пробоотбора СПГ.
Это означает, что точка коммерческого учета СПГ будет перемещена с танкеров на наземные сооружения терминалов СПГ, где проще осуществлять контроль за операциями и проще обеспечивать надежность и работоспособность оборудования, для чего все терминалы СПГ должны быть оборудованы динамическими системами измерений СПГ, а все применяемые на них средства измерений откалиброваны и поверены на рабочей среде, и в рабочих же условиях!
Однако, главная проблема динамического метода измерений СПГ заключается в том, что сегодня отсутствуют и эталонная база, и поверочная схема измерений. Все измерительные преобразователи расхода калибруются и поверяются на воде или нефтепродуктах при нормальных температурах, т.е. в условиях, существенно отличных от условий измерений СПГ, на среде, имеющей как существенно иные числа Рейнольдса, так и коэффициенты объемного расширения и сжимаемости, а применение для их экстраполяции и пересчета специальных поправок на коэффициенты термического расширения и сжимаемости (что традиционно в динамическом учете нефти) не оправданно из-за огромной разницы в температуре, достигающей 150°С и, соответственно, высокой нелинейности. Вследствие этого метрологические характеристики измерительных преобразователей расхода, полученные в нормальных условиях на воде или жидкостях-заменителях нельзя принять за достоверные, применительно к рабочим условиям измерений СПГ. В этом случае не выполняется главное правило метрологии – обеспечение прослеживаемости результатов измерений от эталонных средств измерений к рабочим средствам измерений.
На основании вышесказанного на рынке СП Г сегодня востребованы:
- Производители систем измерений количества и показателей качества СПГ, у которых имеется подтвержденный практикой опыт работы в данной области.
- Средства измерений, сертифицированные, откалиброванные и поверенные на СПГ в лабораториях, имеющих международную метрологическую аккредитацию.
- Эталонная установка для калибровки и поверки средств измерений на СПГ и новая нормативно-методическая база для метрологического обеспечения измерений.
Группа Компаний «ИМС» активно наращивает метрологическую экспертизу в области СП Г и сотрудничает с международным метрологическим сообществом в этой области
Решением проблемы измерений и учета СПГ является международный проект, который в 2010 году был начат в Нидерландах при поддержке ЕС, и который направлен на разработку и строительство международного метрологического центра динамической калибровки и поверки жидкостных измерительных преобразователей расхода на криогенных жидкостях и сжиженном природном газе. Проект был поддержан ведущими нефтегазовыми компаниями, поскольку, с одной стороны, поощрение правительствами развития рынка СПГ лежит в зоне их прямых интересов, а с другой стороны применение калиброванных средств измерения СПГ значительно сократит их операционные расходы. Реализация этого проекта была поручена VSL (Национальный Метрологический Институт, Нидерланды) [5].
Задача проекта заключается в создании эталонной поверочной установки, которая позволит обеспечить передачу единицы измерений объема и массы сжиженного природного газа от эталонов к рабочим средствам измерений в диапазоне расходов, которые имеют место при всех объемах перевалки СПГ – мало-, средне- и крупнотоннажной, т. е. от 25 м3/ч до 7000 м3/ч, с неопределенностью ±0,05%; ±0,07%; ±0,15% соответственно.
Неопределенность при рабочих условиях может быть значительной, особенно на низких расходах – рассматриваются два эффекта: тепловое расширение и упругая деформация под действием давления.
Исходя из свойств СПГ при различных температурах и давлении, средняя чувствительность к изменениям температуры показана на графике.
Группа ИМС была приглашена к участию в проекте голландской VSL в сентябре 2011 году, и в качестве одного из инвесторов, и как ведущий производитель систем измерений количества и параметров качества нефти и природного газа. Экспертиза ИМС в данной области подтверждена тем, что за последние 20 лет предприятиями Группы были разработаны и поставлены «под-ключ» конечным потребителям и ЕРС-контракторам более 650-ти Систем измерений количества и качества нефти (СИКН) и Газоизмерительных станций (ГИС) в более чем 30 государств мира.
Обеспечение прослеживаемости результатов измерений
В объем работ ИМС по проекту входит участие в разработке уникальной проектно-конструкторской документации на криогенную калибровочную установку по второму этапу (расход до 400 м3/час) и ее изготовление на собственных производственных мощностях в Российской Федерации (Калининград) и Великобритании (Gorseinon). Затраты Группы ИМС финансируются из собственного бюджета НИОКР. При реализации этого проекта ИМС будут на этой установке отрабатываться ультразвуковые преобразователи расхода, поршневые поверочные установки средства измерений показателей качества, адаптированные к среде СПГ. Решаются задачи и передачи единицы измерений от первичных массовых преобразователей расхода ультразвуковым преобразователям расхода с применением поршневой поверочной установки. При этом решается сложная задача пересчета количества СПГ от массовых к объемным единицам с применением уникальных методик выполнения измерений. Большую сложность вызывает при этом измерение плотности СПГ с высокой степенью неопределенности, не превышающей ±0,03...0,05%.
Участие Группы Компаний ИМС в проекте VSL позволит:
- Наработать практические связи с ведущими международными метрологическими институтами и нефтяными компаниями в области метрологического обеспечения измерений криогенных сред.
- Получить практический опыт и знания по созданию технологических и измерительных систем, включая проектирование, конструкторскую разработку, изготовление и внедрение в эксплуатацию, применяемых в области измерений сжиженного природного газа.
- Получить достоверную информацию о работоспособности различных типов оборудования и средств измерений в условиях СПГ, и использовать это при строительстве систем коммерческого учета СПГ.
- Получить международную аккредитацию в NMi и VSL метрологического обеспечения коммерческого учета сжиженного природного газа и стать экспертом в данной области.
- Получить право приоритетного доступа к калибровочным установкам, работающим на сжиженном природном газе и других углеводородах.
Обращение СПГ является высокоспециализированной экспертной областью, соответственно, количество поставщиков продукции и услуг, а также доступ к производственной и метрологической инфраструктуре, в частности, к калибровочным мощностям, будет ограничен. Вопрос признания откалиброванных на СПГ средств измерений может быть решен путем аккредитации европейского эталона РОССТАНДАРТОМ как эталона, принятого для взаиморасчетов по углеводородному сырью, обращаемому внутри РФ и при импортно-экспортных операциях.
Основной тенденцией последних лет является глобализация газовых рынков за счет ускоренного развития СПГ-индустрии. Для России, как для крупнейшего экспортера трубопроводного газа, является очень важным фактор, заключающийся в активной политике в области СПГ. Ведь именно за рынком СПГ будущее. [6]
Создание и ввод в эксплуатацию первого в мире Международного Калибровочного Центра динамической калибровки и поверки жидкостных измерительных преобразователей расхода на криогенных жидкостях и сжиженном природном газе позволит не только гарантировать, то, что точность измерений, заявленная производителем, действительно является таковой в рабочих условия, но и позволит снизить финансовые риски потерь за счет перехода от статического метода измерений к динамическому методу измерений количества и показателей качества СПГ.
ЛИТЕРАТУРА:
- International Energy Agency, http://www.iea.org/
- LNG Custody Transfer Handbook. Third Edition. Международная группа импортеров СПГ (GIIGNL), 2010. http://www.giignl.org/
- NMI, http://www.nmi.nl/metrology
- OPERATIONAL EXPERIENCE WITH ULTRASONIC METERS FOR ALLOCATION MEASUREMENT OF LNG. Herry Kurniawan, Michael Scott, RasGas Company Ltd, Qatar, Gregor Brown, Alastair McLachlan, Cameron, UK, 17-ая Международная конференция по СПГ, 2013, Хьюстон, США
- Metrology for LNG project. Dutch Metrology Institute. VSL. http://www.vsl.nl/knowledge/lng/metrology-for-lngproject/ 5S7
- Развитие мирового рынка СПГ: Вызовы и возможности для России. Григорий Выгон, Мария Белова. Энергетический центр Московской школы управления СКОЛКОВО. Май 2013.
- Москва, ул. Хабарова,
- д. 2, подъезд 2
- ☎ +7 (495) 241-44-20
- office@ogmm.ru
- ogmm.ru
