[PENDING] Εγκαταστάσεις φυσικού αερίου για οικιακή χρήση

(1)

ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΚΑΒΑΛΑΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ

ΤΜΗΜΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΥ ΚΑΙ ΦΥΣΙΚΟΥ ΑΕΡΙΟΥ

ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ

ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ ΦΥΣΙΚΟΥ ΑΕΡΙΟΥ ΓΙΑ ΟΙΚΙΑΚΗ ΧΡΗΣΗ

ΝΙΚΟΛΑΟΥ ΑΝΔΡΕΑΣ

ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ: Δρ. ΕΥΑΓΓΕΛΟΣ ΤΕΡΑΣΙΜΟΥ

ΚΑΒΑΛΑ 2014

(2)

ΕΓΚΡΙΝΕΤΑΙ Ο ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ

Δρ. ΕΥΑΓΓΕΛΟΣ ΤΕΡΑΣΙΜΟΥ

(3)

(4)

ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΚΑΒΑΛΑΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ

ΤΜΗΜΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΥ ΚΑΙ ΦΥΣΙΚΟΥ ΑΕΡΙΟΥ

ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ

ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ ΦΥΣΙΚΟΥ ΑΕΡΙΟΥ ΓΙΑ ΟΙΚΙΑΚΗ ΧΡΗΣΗ

ΝΙΚΟΛΑΟΥ ΑΝΔΡΕΑΣ

ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ:Δρ. ΕΥΑΓΓΕΛΟΣ ΤΕΡΑΣΙΜΟΥ

ΚΑΒΑΛΑ 2014

(5)

Τ.Ε.Ι. ΚΑΒΑΛΑΣ

ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ

Η παρούσα Πτυχιακή Εργασία και τα συμπεράσματά της σε οποιαδήποτε μορφή αποτελούν συνιδιοκτησία του Τμήματος Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικού Αερίου του ΤΕΙ Καβάλας και του φοιτητή. Οι προαναφερόμενοι διατηρούν το δικαίωμα ανεξάρτητης χρήσης και αναπαραγωγής (τμηματικά ή συνολικά) για διδακτικούς και ερευνητικούς σκοπούς. Σε κάθε περίπτωση πρέπει να αναφέρεται ο τίτλος, ο συγγραφέας, ο επιβλέπων και το εν λόγω τμήμα του ΤΕΙ Καβάλας.

Η έγκριση της παρούσας Πτυχιακής Εργασίας από το Τμήμα Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικού Αερίου δεν υποδηλώνει απαραιτήτως και αποδοχή των απόψεων του συγγραφέα εκ μέρους του Τμήματος.

---

Ο υποφαινόμενος δηλώνω υπεύθυνα ότι η παρούσα Πτυχιακή Εργασία είναι εξ’ ολοκλήρου δικό μου έργο και συγγράφηκε ειδικά για τις απαιτήσεις του προγράμματος σπουδών του Τμήματος Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικού Αερίου. Δηλώνω υπεύθυνα ότι κατά τη συγγραφή ακολούθησα την πρέπουσα ακαδημαϊκή δεοντολογία αποφυγής λογοκλοπής. Έχω επίσης αποφύγει οποιαδήποτε ενέργεια που συνιστά παράπτωμα λογοκλοπής. Γνωρίζω ότι η λογοκλοπή μπορεί να επισύρει ποινή ανάκλησης του πτυχίου μου.

Υπογραφή

ΝΙΚΟΛΑΟΥ ΑΝΔΡΕΑΣ

(6)

ΠΕΡΙΛΗΨΗ

Σκοπός της παρούσας βιβλιογραφικής ανασκόπησης είναι για τη χρήση του Φυσικού Αερίου και τις διευκολύνσεις που προσφέρει στην καθημερινότητά μας. Επίσης θα δούμε από πού προέρχεται, πως επεξεργάζεται και με ποια μορφή εμφανίζεται στη ζωή μας. Κύριο θέμα της πτυχιακής (εργασίας) είναι οι εγκαταστάσεις του Φυσικού Αερίου για οικιακή χρήση. Η μέθοδος που χρησιμοποιήθηκε για τη συλλογή πληροφοριών είναι μέσω διαδικτύου, πληροφορίες που δόθηκαν από τον υπεύθυνο καθηγητή που παρακολουθούσε την εργασία και από το βιβλίο του κύριου Δημήτρη Γ. Παπανίκα που έχει τίτλο «Τεχνολογία Φυσικού Αερίου». Επιπλέον σύμφωνα με αντιλήψεις που αντλήθηκαν από τη βιβλιογραφική ανασκόπηση ανάφεραν ότι το Φυσικό Αέριο είναι χρήσιμο στη ζωή του κάθε ανθρώπου και την καθημερινότητά του.

ΘΕΜΑΤΙΚΗ ΠΕΡΙΟΧΗ: Προσομοιώσεις Χημικών Διεργασιών

ΛΕΞΕΙΣ ΚΛΕΙΔΙΑ: φυσικό αέριο, εγκαταστάσεις φυσικού αερίου, υγροποιημένο φυσικό αέριο

(7)

ABSTRACT

The purpose of this literature review is on the use of Natural Gas and about facilitations offered in our daily routine. The main topic of this dissertation are facilities of gas for domestic use. The method that has been used to collect all information is through the internet, provided information by the teacher who watched the dissertation and from the book <Natural Gas Technology> Dimitri G. Papanika.

Furthermore, according to perceptions from literature review reported that, natural gas is useful in every person’s life and daily routine.

SUBJECT AREA: Chemical Process Simulations

KEYWORDS: natural gas, installation of gas, liquefied natural gas.

(8)

Στην μνήμη του πατέρα μου Γεώργιου και σε όλα τα αγαπημένα μου πρόσωπα

(9)

ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ

Για τη διεκπεραίωση της παρούσας πτυχιακής εργασίας, θα ήθελα να ευχαριστήσω την οικογένεια μου για την οικονομική βοήθεια και στήριξή τους όπως επίσης και τον κ. Ευάγγελος Γερασίμου για την καθοδήγηση και την υποστήριξή που μου πρόσφερε για την διεκπεραίωση της παρούσας βιβλιογραφικής ανασκόπησης.

(10)

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ

1. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1………. 13

1.1 ΠΡΟΕΛΕΥΣΗ Σφάλμα! Δεν έχει οριστεί σελιδοδείκτης.………...… 13

1.2 ΤΑ ΚΟΙΤΑΣΜΑΤΑ ΤΟΥ ΦΥΣΙΚΟΥ ΑΕΡΙΟΥ ………...13

1.3ΣΥΣΤΑΤΙΚΑ ΚΑΙ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΤΟΥ ΦΥΣΙΚΟΥ ΑΕΡΙΟΥ ………. ……….15

1.4 ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΤΩΝ ΑΕΡΙΩΝ ΣΥΝΔΕΟΜΕΝΕΣ ΜΕ ΤΗΝ ΤΕΧΝΙΚΗ ΤΗΣ ΚΑΥΣΗΣ ………16

1.4.1 ΘΕΡΜΟΓΟΝΟΣ ΔΥΝΑΜΗ ………..16

1.4.2 ΠΥΚΝΟΤΗΤΑ……….16

1.4.3 ΔΕΙΚΤΗΣ WOBBE ………...17

1.5 ΟΙΚΟΓΕΝΕΙΕΣ ΑΕΡΙΩΝ ………17

1.6 ΚΑΥΣΗ ΤΟΥ ΦΥΣΙΚΟΥ ΑΕΡΙΟΥ ……….17

1.7 ΧΡΗΣΕΙΣ ΦΥΣΙΚΟΥ ΑΕΡΙΟΥ ……….. 18

1.8 ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΦΥΣΙΚΟΥ ΑΕΡΙΟΥ ……….. 19

1.9 ΥΓΡΟΠΟΙΗΜΕΝΟ ΦΥΣΙΚΟ ΑΕΡΙΟΥ (LNG) ……….21

1.9.1 ΓΕΝΙΚΑ ΓΙΑ ΤΟ ΥΓΡΟΠΟΙΗΜΕΝΟ ΦΥΣΙΚΟ ΑΕΡΙΟ ………...22

1.9.2 ΚΙΝΔΥΝΟΙ ΑΠΟ ΤΟ ΥΦΑ ………..23

1.9.3 ΜΕΤΑΦΟΡΑ ΤΟΥ ΥΦΑ ………..…25

1.9.4 ΑΠΟΘΗΚΕΥΣΗ ΤΟΥ ΥΦΑ ………. 28

2. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ………30

2.1 ΔΙΚΤΥΑ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΚΑΙ ΔΙΑΝΟΜΗΣ ΤΟΥ ΦΥΣΙΚΟΥ ΑΕΡΙΟΥ ……….30

2.1.1 ΧΑΛΥΒΔΙΝΑ ΔΙΚΤΥΑ ………..30

2.1.2 ΠΛΑΣΤΙΚΑ ΔΙΚΤΥΑ ………36

2.1.3 ΕΞΑΡΤΗΜΑΤΑ ΚΑΙ ΣΥΝΔΕΣΕΙΣ………..……39

2.2 ΔΙΚΤΥΑ ΠΟΛΕΩΣ ………..41

2.2.1 ΕΞΩΤΕΡΙΚΑ ΔΙΚΤΥΑ ΔΙΑΝΟΜΗΣ ………..41

2.2.1.1 ΠΡΩΤΕΥΟΝ ΔΙΚΤΥΑ Φ.Α. ………41

2.2.1.2 ΔΕΥΤΕΡΕΥΟΝ ΔΙΚΤΥΑ Φ.Α. ………41

2.2.1.3 ΤΡΙΤΕΥΟΝ ΔΙΚΤΥΟΦ.Α. ………...41

2.3 ΕΣΩΤΕΡΙΚΗ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΗ Φ.Α. ………. 42

(11)

2.3.1 ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΕΣΩΤΕΡΙΚΗΣ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ Φ.Α. ……….43

2.3.2 ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ ΠΟΥ ΑΦΟΡΟΥΝ ΤΟΝ ΚΑΤΑΝΑΛΩΤΗ ………...44

2.3.3 ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ ΠΟΥ ΑΦΟΡΟΥΝ ΤΗΝ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ………..45

2.3.4 ΠΡΟΔΙΑΓΡΑΦΕΣ ΔΙΚΤΥΟΥ ΣΩΛΗΝΩΣΕΩΝ………...45

3. ΚΕΦΑΛΑΙΟΥ 3 ………..47

3.1 ΧΡΗΣΗ ΤΟΥ Φ.Α. ΣΤΟΝ ΟΙΚΙΑΚΟ ΤΟΜΕΑ ………...47

3.2 ΘΕΡΜΑΝΣΗ ΧΩΡΩΝ………..…….47

3.3 ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΖΕΣΤΟΥ ΝΕΡΟΥ ……….…..47

3.4 ΜΑΓΕΙΡΕΜΑ ………....48

3.5 ΕΠΙΤΟΙΧΕΣ ΣΥΣΚΕΥΕΣ ΠΑΡΟΧΗΣ ΝΕΡΟΥ ΣΥΝΕΧΟΥΣ ΡΟΗΣ …………..49

3.6 ΘΕΡΜΟΣΙΦΩΝΕΣ ΑΠΟΘΗΚΕΥΣΗΣ ……….…..49

3.7 ΕΠΙΤΟΙΧΟΙ ΑΥΤΟΝΟΜΟΙ ΛΕΒΗΤΕΣ ΘΕΡΜΑΝΣΗΣ ΚΑΙ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΖΕΣΤΟΥ ΝΕΡΟΥ ……….50

3.8 ΕΠΙΔΑΠΕΔΙΟΙ ΛΕΒΗΤΕΣ ΘΕΡΜΑΝΣΗΣ ΧΩΡΩΝ ΚΑΙ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΖΕΣΤΟΥ ΝΕΡΟΥ ……….………52

3.9 ΑΥΤΟΝΟΜΑ ΘΕΡΜΑΝΤΙΚΑ ΣΩΜΑΤΑ ΑΕΡΙΟΥ ΕΞΩΤΕΡΙΚΟΥ ΤΟΙΧΟΥ ……53

3.10 ΚΑΥΣΤΗΡΕΣ Φ.Α. ΚΑΙ ΛΕΒΗΤΕΣ-ΕΙΔΙΚΟΣ ΕΞΟΠΛΙΣΜΟΣ ………..53

3.11 ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΑΠΟ ΤΗ ΧΡΗΣΗ ΟΙΚΙΑΚΩΝ ΣΥΣΚΕΥΩΝ ΜΕ Φ.Α. …….54

3.12 ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΑ ………55

(12)

(13)

Νικολάου Ανδρέας -13- Έτος 2014

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1

1.1 Προέλευση

Το Φ.Α. συναντάται ως κοίτασμα σε μορφή μείγματος αέριων υδρογονανθράκων σε ελεύθερη μορφή ή διαλυμένων σε νερό και πετρέλαιο ή απορροφημένων από πετρώματα. Με κριτήριο την προέλευση διακρίνεται σε δύο μεγάλες κατηγορίες: Θ το

«συμβατικό», που είναι άμεσα απολήψιμο με γεωτρήσεις, και Θ το «μη-συμβατικό»

που περιέχεται σε άμμους και σχιστόλιθους. Η πρώτη κατηγορία είναι το Φ.Α. που παράγεται σήμερα και θα εξακολουθεί να είναι η κύρια μορφή αερίου, τουλάχιστον μέχρι την αρχή του επόμενου αιώνα. Το συμβατικό Φ.Α. παραπέρα διακρίνεται σε ότι αφορά την εκμετάλλευσή του στο «συναρτημένο» (associated) με το πετρέλαιο και στο «μη-συναρτημένο» (non associated) αέριο.

1.2 Τα κοιτάσματα του Φυσικού Αερίου

Εκατομμύρια χρόνια πριν, κατά την διάρκεια γεωλογικών καθιζήσεων τεράστιες ποσότητες οργανικής ύλης βυθίστηκαν μέσα στη γη, συμβάλλοντας στο σχηματισμό πετρωμάτων.

Στην των χρόνων, οι υψηλές θερμοκρασίες και οι υψηλές πιέσεις που αναπτύχθηκαν από τις καθιζάνουσες μάζες γης, πυροδότησαν μια σειρά χημικών διεργασιών που είχαν ως αποτέλεσμα τη μετατροπή της οργανικής ύλης σε υδρογονάνθρακες, οι οποίοι, αναρροφούμενοι από πορώδη πετρώματα δημιούργησαν τα κοιτάσματα.

(14)

Σχηματισμός Φυσικού Αερίου

Με μια διαδικασία που διάρκεσε εκατομμύρια έτη, το αέριο τμήμα των υδρογονανθράκων, διαχωριζόμενο από το βαρύτερο υγρό τμήμα (πετρέλαιο), τείνει να ανέρχεται προς την επιφάνεια της γης. Κατά την ανοδική του πορεία του Φυσικό Αέριο παγιδεύτηκε μέσα σε ειδικές δομές του υπεδάφους, σχηματίζοντας έτσι τις κοιλότητες Αερίου. Μια απαραίτητη προϋπόθεση για τη συσσώρευση του Φυσικού Αερίου είναι η παρουσία πορωδών πετρωμάτων, τα οποία να καλύπτονται από μη διαπερατά πετρώματα, δηλαδή πετρώματα με δομή που εμποδίζει τη διέλευση. Αυτή η γεωλογική διάταξη δεν παρατηρείται σε ολόκληρο τον γήινο φλοιό, παρά μόνο σε ορισμένες περιοχές.

Είναι μια «φυσική μορφή ενέργειας» και μπορούμε να τη χρησιμοποιήσαμε χωρίς πολλή επεξεργασία για κατανάλωση στις κατοικίες, στις βιομηχανίες και σε χώρους εμπορίου. Συνιστά ιδιαίτερα ελκυστική επιλογή ως εναλλακτικό καύσιμο λόγω της καθαρότητας κατά την καύση του και της διαθεσιμότητας σε μεγάλες ποσότητες στον τελικό χρήστη.

(15)

1.3 Συστατικά και ιδιότητες του Φυσικού Αερίου (Φ.Α.)

Το φυσικό αέριο αποτελείται κυρίως από μεθάνιο, δηλαδή τον ελαφρύτερο υδρογονάνθρακα, είναι πολύ καθαρό, χωρίς προσμίξεις και θειούχα συστατικά και κάνει τέλεια καύση στις κατάλληλες συσκευές. Επίσης το φυσικό αέριο εξάγεται από υπόγειες κοιλότητες και εξαιτίας των ιδιοτήτων του θεωρείται οικολογικό καύσιμο.

Χημική σύσταση:

Βασικό συστατικό του φυσικού αερίου είναι το μεθάνιο, συνυπάρχουν όμως σε αυτό και σημαντικές ποσότητες αιθανίου, προπανίου και βουτανίου καθώς και διοξείδιο του άνθρακα, άζωτο, υδρογόνο, ήλιο και υδρόθειο.

Συστατικά % κατά όγκο σύσταση

Μεθάνιο (CH4) 70-90

Αιθάνιο (C2H6) 5-15

Προπάνιο (C2H8) και Βουτάνιο (C4H10) C5

CO2, N2, H25 κτλ. Μικρότερες ποσότητες

Το φυσικό αέριο που είναι απαλλαγμένο από τους υδρογονάνθρακες πέραν του μεθανίου δηλαδή το καθαρό μεθάνιο, συχνά αποκαλείται και ξηρό φυσικό αέριο.

Αντίστοιχα, το φυσικό αέριο που συμπεριλαμβάνει και άλλους υδρογονάνθρακες εκτός από το μεθάνιο, αποκαλείται και υγρό φυσικό αέριο.

Βασικές ιδιότητες

1. Είναι ελαφρύτερο του αέρα: αυτό σημαίνει ότι αν υπάρξει διαφυγή απελευθερώνεται προς τον εξωτερικό χώρο και ανεβαίνει προς τα υψηλότερα στρώματα της ατμόσφαιρας, σε αντίθεση με το υγραέριο.

2. Δεν είναι τοξικό: αυτό σημαίνει ότι σε περίπτωση εισπνοής του δεν υπάρχει κανένας κίνδυνος σε αντίθεση με το παλιό φωταέριο που περιείχε μεγάλες ποσότητες ενός τοξικού αερίου, μονοξειδίου του άνθρακα.

(16)

3. Έχει χαρακτηριστική οσμή: μέσο μιας τεχνητής ουσίας, προσδίδεται οσμή στο φυσικό αέριο έτσι ώστε να είναι δυνατή η ανίχνευση από τον καταναλωτή σε περίπτωση διαρροής.

4. Όρια αναφλεξιμότητας: για να υπάρξει ανάφλεξη του φυσικού αερίου πρέπει οι συνθήκες να είναι πολύ συγκεκριμένες δηλαδή το μείγμα φυσικού αερίου- αέρα να περιέχει φυσικό αέριο σε ποσοστό μεταξύ 5% και 14% και να υπάρξει ταυτόχρονα σπινθήρας.

1.4 Χαρακτηριστικές ιδιότητες των αερίων συνδεόμενες με την τεχνική της καύσης

1.4.1 Θερμογόνος Δύναμη

H θερµογόνος δύναµη είναι η κύρια ενεργειακή ιδιότητα µιας ουσίας. Oρίζει την ποσότητα θερµότητας, η οποία ελευθερώνεται κατά την πλήρη καύση της µονάδας ποσότητας της ουσίας.

∆ιακρίνουµε:

― την ανώτερη θερµογόνο δύναµη

H ανώτερη θερµογόνος δύναµη Hs λαµβάνεται όταν στα καυσαέρια ο παραγόµενος υδρατµός συµπυκνώνεται και λαµβάνουµε νερό σε υγρή µορφή.

― την κατώτερη θερµογόνο δύναµη

H κατώτερη θερµογόνος δύναµη Hi λαµβάνεται όταν στα καυσαέρια ο παραγόµενος υδρατµός παραµένει σε αέρια µορφή.

1.4.2 Πυκνότητα

H πυκνότητα ρ ενός αερίου είναι το πηλίκο της µάζας m προς τον όγκο V στην πίεση p και τη θερµοκρασία T.

Mονάδα µέτρησης είναι kg/m3.

Στην τεχνική των αερίων χρησιµοποιείται συχνότερα η σχετική πυκνότητα. H σχετική πυκνότητα d ενός αερίου είναι ο λόγος της πυκνότητάς του προς εκείνη του ξηρού αέρα

d = ρn,αέριο/ρn,αέρας

(17)

1.4.3 Δείκτης WoBBe

Ο δείκτης WoBBe συνδέεται με τη θερμογόνο δύναμη του αερίου επειδή οι τιμές του οριοθετούν τις οικογένειες των αερίων. Διαφοροποιείται σε ανώτερο Wo και κατώτεροWu σε αντιστοιχία με την ΑΘΔ και την ΚΘΔ και είναι ένα μέτρο για την εισροή ενέργειας σε καυστήρες, οι οποίες είναι κατεξοχήν εξαρτήματα μετατροπής της χημικής ενέργειας σε θερμική.

1.5 Οικογένειες Αερίων

 Υπάρχουν τρεις «Οικογένειες» αερίων καυσίμων, που κατατάσσονται ανάλογα με το Δείκτη Wobbe.

- Οικογένεια 1: Τεχνητά αέρια (φωταέρια, αέρια πλούσια σε υδρογόνο) Δείκτης Wobbe 23.0-28.1 MJ/Nm³ (τείνει να καταργηθεί) - Οικογένεια 2: Φυσικά αέρια πλούσια σε μεθάνιο

 Φτωχά φυσικά αέρια: Δείκτης Wobbe 37.8-46.8 MN/Nm³

 Πλούσια φυσικά αέρια: Δείκτης Wobbe 46.1-56.5 MN/Nm³ - Οικογένεια 3: Υγραέρια

Δείκτης Wobbe 73.5-87.5 MN/Nm³

 Τα αέρια κάθε οικογένειας χαρακτηρίζονται ως εναλλάξιμα.

1.6 Η καύση του Φυσικού Αερίου

Η καύση του Φ.Α. όπως σε όλα τα αέρια είναι ευκολότερη από αυτή των στερεών ή ακόμη των υγρών καυσίμων. Κατά την διάρκεια της καύσης ή και πριν η ανάμειξη αερίου και αέρα πρέπει να είναι όσο το δυνατόν καλύτερη, για την εξασφάλιση της πληρότητας της καύσης.

Σκοπός της καύσης του φυσικού αερίου είναι η μετατροπή όσο το δυνατόν μεγαλύτερου μέρους της χημικής ενέργειας, που περιέχεται στο φυσικό αέριο, σε θερμική ενέργεια. Αυτό επιτυγχάνεται με την αντίδραση των στοιχείων του αερίου με οξυγόνο (οξείδωση), οπότε παράγονται τα αντίστοιχα οξείδια με έκλυση θερμότητας,

(18)

η οποία ονομάζεται θερμότητα καύσης. Η θερμότητα καύσης είναι η διαφορά μεταξύ:

(α) της χημικής ενέργειας του καυσίμου και (β) της χημικής ενέργειας των προϊόντων της καύσης και της θερμικής ενέργειας που απάγεται με τα καυσαέρια.

Η καύση μετά την έναρξή της είναι μια αυθόρμητη διεργασία, που γίνεται πάντα με αύξηση της εντροπίας. Αυτό σημαίνει πως ένα μέρος της διαθέσιμης ενέργειας του καυσίμου «χάνεται» κατά τη διεργασία της καύσης, μετατρέπεται δηλαδή αναντίστρεπτα σε άλλη μη-εκμεταλλεύσιμη ενέργεια.

Έτσι η θερμότητα που περιλαμβάνεται στην καύση δίνει λιγότερο έργο σε σχέση με τη χημική ενέργεια, που περιέχει το καύσιμο φυσικό αέριο. Όσο μεγαλύτερη είναι η θερμοκρασία, στην οποία παραλαμβάνεται η θερμότητα τόσο περισσότερο έργο μπορεί να δώσει.

Από πλευράς ενεργειακής αξιοποιήσεως του φυσικού αερίου λοιπόν, όλες οι προσπάθειες στη διεργασία της καύσης πρέπει να αποβλέπουν στην απόληψη όσο το δυνατόν περισσότερης θερμότητας σε όσο το δυνατόν υψηλότερη θερμοκρασία.

Ταυτόχρονη (απαραίτητη) επιδίωξη πρέπει να είναι η συνεχής βελτίωση του βαθμού απόδοσης του συστήματος καύσης και η ελαχιστοποίηση της παραγωγής ρύπων που επιβαρύνουν το περιβάλλον.

1.7 Χρήσεις Φ.Α.

Οι βασικές χρήσεις Φ.Α. είναι δύο: αποτελεί καύσιμο (είτε «δευτερογενές» για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας σε θερμοηλεκτρικούς σταθμούς είτε «πρωτογενές»

για την παραγωγή θερμότητας και την άμεση υποκατάσταση του ηλεκτρισμού) και πρώτη ύλη της χημικής βιομηχανίας. Ως «πρωτογενές» καύσιμο το Φ.Α.

χρησιμοποιείται άμεσα για οικιακές και εμπορικές χρήσεις (μαγείρεμα, θέρμανση νερού και χώρων κλπ.) και σε βιομηχανικές εγκαταστάσεις και διεργασίες (τσιμεντοβιομηχανίες, υαλουργίες κλπ.). Ως βιομηχανική πρώτη ύλη, το Φ.Α.

χρησιμοποιείται για την παραγωγή μιας σειράς προϊόντων, από πλαστικά υλικά μέχρι λιπάσματα, μεθανόλη και πολυολεφίνες. Διάφορες χρήσεις του Φ.Α., οι οποίες είναι ιδιαίτερα ενεργοβόρες υπάρχουν στις βιομηχανίες τσιμέντου (περιστροφικοί

(19)

κλίβανοι παραγωγής κλίνκερ), μετάλλων (φούρνοι τάξεως, ανόπτησης, βαφής, ομογενοποίησης κλπ.), υάλου (φούρνοι παραγωγής γκαζιού), οικοδομικών υλικών (παραγωγή τούβλων, κεραμικών, ασβεστίου), μεταλλικών κατασκευών, ηλεκτρικών συσκευών και σε διάφορες βιομηχανίες για εξειδικευμένες ξηράνσεις. Η χρήση αυτή εκτιμάται σε συνολικά 6% της παγκόσμιας κατανάλωσης Φ.Α.

Η χρήση του Φ.Α. επεκτείνεται και στην κίνηση αυτοκινήτων, κυρίως λεωφορείων και φορτηγών, επειδή σε σύγκριση με το πετρέλαιο απορρίπτει καθαρότερα καυσαέρια.

Υπολογίζεται ότι οι κινητήρες Φ.Α. παράγουν κατά 80% λιγότερο οξείδιο του αζώτου (ΝΟΧ) και υδρογονάνθρακες (CH) καθώς και 50% λιγότερο μονοξείδιο του άνθρακα (CO) σε σύγκριση με τους κινητήρες Diesel, ενώ πολύ σημαντική είναι και η μείωση των εκπεμπόμενων σωματιδίων. Βασικά μειονεκτήματα αποτελούν ακόμα ο μειωμένος βαθμός απόδοσης των κινητήρων και η αποθήκευση καυσίμων (φιάλες υψηλής πίεσης 200 bar και όγκου 120L γι’ αυτό απαιτείται και υψηλή υποδομή τροφοδοσίας. Ακόμα σε μεγάλες ευρωπαϊκές πόλεις δοκιμάζονται πειραματικά οχήματα, που έχουν ως καύσιμο φυσικό αέριο, ενώ σε άλλες υπάρχει γενικευμένη χρήση περίπου από το 2000. Εναλλακτικά δοκιμάζονται ήδη από πολλές αυτοκινητοβιομηχανίες συστήματα με υγροποιημένο φυσικό αέριο που έχει

«καθαρότερη» σύνθεση, αλλά και μειώνει σημαντικά τον όγκο της δεξαμενής καυσίμου.

1.8 Πλεονεκτήματα Φ.Α.

 Οικονομικότερο σε σύγκριση με συμβατικά καύσιμα. Η τιμή του φυσικού αερίου αναθεωρείται σε μηνιαία βάση και προκύπτει σε σχέση με την μέση τιμή του πετρελαίου θέρμανσης (συμπεριλαμβανομένου του Φ.Π.Α.) του προηγούμενου μήνα. Η μέση τιμή του πετρελαίου θέρμανσης ανακοινώνεται από τα διυλιστήρια και λαμβάνεται επίσημα από το αρμόδιο Υπουργείο. Στην τιμή αυτή προστίθεται το περιθώριο κέρδους των διανομέων πετρελαίου, οι νόμιμοι φόροι και το Φ.Π.Α.

Η τελική τιμή χρέωσης του φυσικού αερίου υπολογίζεται έτσι ώστε να είναι 20%

οικονομικότερη από την τελική τιμή του πετρελαίου θέρμανσης. Έτσι στις εμπορικές χρήσεις το Φ.Α. είναι 30% φθηνότερο από το πετρέλαιο κίνησης, 45%

οικονομικότερο από το υγραέριο όταν χρησιμοποιείται για ζεστό νερό και ατμό,

(20)

65% πιο οικονομικό από το ηλεκτρικό ρεύμα όταν χρησιμοποιείται για μαγείρεμα.

Στις οικιακές χρήσεις και συγκεκριμένα στη θέρμανση, είναι τουλάχιστον 20%

φθηνότερο από το πετρέλαιο θέρμανσης, ενώ για ζεστό νερό και μαγείρεμα είναι 60% οικονομικότερο από το ηλεκτρικό ρεύμα.

 Πληρωμή λογαριασμού μετά την κατανάλωση. Σε αντίθεση με το πετρέλαιο, το οποίο εξοφλείται κατά την παραλαβή. Η πληρωμή του Φ.Α. πραγματοποιείται μετά την κατανάλωσή του, βάση των ενδείξεων του μετρητή.

 Αδιάλειπτη παροχή. Μη απαίτηση αποθηκευτικού χώρου. Η συνεχής ροή του Φ.Α. στα δίκτυα διανομής το καθιστά εύχρηστο, απαλλάσσοντας ταυτόχρονα τον καταναλωτή από τα προβλήματα της προμήθειας, της καθυστέρησης ανεφοδιασμού και των περιοδικών ελέγχων των αποθεμάτων.

 Φιλικότερο προς το περιβάλλον σε σύγκριση με τα συμβατικά καύσιμα. Το Φ.Α.

είναι η καθαρότερη πηγή πρωτογενούς ενέργειας, καθώς συμβάλλει θετικά, τόσο στη μείωση των εκπεμπόμενων στην ατμόσφαιρα ρύπων, όσο και στην αντιμετώπιση του φαινόμενου του θερμοκηπίου.

Οι κυριότεροι ρύποι που προκύπτουν από την χρήση καυσίμων για την παραγωγή ενέργειας είναι το διοξείδιο του θείου (SO2), τα οξείδια του αζώτου (ΝΟΧ), το μονοξείδιο του άνθρακα (CΟ), τα αιωρούμενα σωματίδια και οι άκαυστοι πτητικοί υδρογονάνθρακες.

 Αυξημένη ενεργειακή απόδοση. Η χρησιμοποίηση του Φ.Α. έχει αποδειχθεί ότι συνεισφέρει σε μικρό ή μεγαλύτερο ποσοστό, στην εξοικονόμηση ενέργειας, ειδικότερα στο βιομηχανικό τομέα διότι:

1) Οι επιφάνειες συναλλαγής θερμότητας είναι καθαρότερες από ότι κατά τη χρήση πετρελαίου, λόγω της έλλειψης αποθέσεων από τέφρα, κάπνα και θείο, οπότε η μετάδοση θερμότητας στις επιφάνειες συναλλαγής είναι μεγαλύτερη.

2) Η περίσσεια αέρα κατά την καύση του Φ.Α. (10-15%) είναι μικρότερη οπότε κατά την καύση του πετρελαίου (20-30%), με συνέπεια τη μείωση των απωλειών θερμότητας στην καμινάδα.

(21)

3) Το Φ.Α. επιτρέπει τη μέγιστη εκμετάλλευσης της θερμότητας των καυσαερίων, λόγω των αμελητέων εκπομπών οξειδίου του θείου, ακόμα και την εκμετάλλευση της θερμότητας συμπύκνωσης των υδρατμών σε ειδικά σχεδιασμένες συσκευές.

 Σταθερή ποιότητα καυσίμου για μεγάλα χρονικά διαστήματα.

 Σταθερή θερμοκρασία καύσης και σταθερή ποιότητα φλόγας.

 Δυνατότητα μεγάλης προθέρμανσης του αέρα και κατά συνέπεια οικονομικότερη λειτουργία.

1.9. Υγροποιημένο Φυσικό Αέριο (LNG)

Το υγροποιημένο φυσικό αέριο L N G (Liquefied Natural Gas) δεν είναι τίποτα άλλο παρά το φυσικό αέριο των υπογείων κοιτασμάτων, το οποίο κάτω από ειδική επεξεργασία μεταβαίνει από την αέρια στην υγρή κατάσταση (υγροποίηση) με σκοπό τη μεταφορά του με ειδικά δεξαμενόπλοια. Η μεταφορά με δεξαμενόπλοια είναι απαραίτητη όταν το κοίτασμα απέχει από τη κατανάλωση τόσο ώστε η μεταφορά με υποθαλάσσιους αγωγούς να είναι αδύνατη ή οικονομικά ασύμφορη.

Τα ήδη υπάρχοντα υποθαλάσσια δίκτυα μεταφοράς παρουσίασαν με το χρόνο μία εξέλιξη στα μήκη τους αλλά η τεχνική εμπειρία γύρω από αυτά αφορά μόνο μικρά βάθη. Ένας υποθαλάσσιος αγωγός που συνδέει την Τυνησία με την Ιταλία φτάνει τα εξακόσια μέτρα βάθος. Η νεώτερη τεχνολογία μπορεί να αντιμετωπίσει και βάθη μέχρι δύο χιλιάδες μέτρα αλλά στερείται πλήρως εμπειρίας.

Για τους παραπάνω λόγους ξεκίνησαν προσπάθειες με στόχο τη μεταφορά με πλοίο υγροποιημένου φυσικού αερίου, που είχαν ως αποτέλεσμα το 1959 να γίνει το πρώτο πειραματικό ταξίδι. Από το 1964 ξεκινά η συστηματική μεταφορά ποσότητας 25.000 m³ μεταξύ Arzew (Αλγερία) και (Convey) Αγγλία ενώ ταχύτατα δημιουργούνται και άλλοι θαλάσσιοι δρόμοι μεταφοράς LNG.

Η χωρητικότητα των πλοίων μεταφοράς εξελίχθηκε σταδιακά, και έτσι από τα 25.000m³ ανέβηκε στα 71.000m³ για να φτάσει στα 125.000m³ των σημερινών πλοίων. Με την εξέλιξη των πλοίων περιορίστηκε το κόστος με αποτέλεσμα να

(22)

μειωθεί και ο χρόνος εκφόρτωσης ακόμα και στο ένα 24ωρο. Στο παρακάτω σχέδιο παρίσταται η αλυσίδα μεταφοράς LNC και τα πλοία της.

Μια πρωτοποριακή για την ναυπηγική λύση έχει προταθεί κατά καιρούς και αφορά τη κατασκευή πλοίου μεταφοράς LNC από σκυρόδεμα. Τα πλεονεκτήματα του σκυροδέματος είναι οι καλές κρυογενικές του ιδιότητες και το φθηνό του κόστος.

Οι χρήσεις του υγροποιημένου φυσικού αερίου, πλην της αεριοποιήσεως και της διανομής του μέσω των δικτύων πόλεως στον τελικό καταναλωτή, είναι περιορισμένες. Σε ερευνητικό στάδιο βρίσκονται ακόμα οι προσπάθειες για χρησιμοποίηση του LNG ως καύσιμο σε μηχανές εσωτερικής καύσης (ΜΕΚ) ή αεριοστρόβιλους. Τα πλεονεκτήματα που παρουσιάζει, ιδιαίτερα όσο αφορά στα προϊόντα της καύσης του, αποτελούν ισχυρό κίνητρο στη συνέχιση των προσπαθειών αυτών.

1.9 .1 Γενικά για το υγροποιημένο Φυσικό Αέριο

Το υγροποιημένο Φ.Α. αποτελεί τη διαφορετική όψη του Φ.Α. για να είναι δυνατή κυρίως η υπερπόντια μεταφορά του. Διεθνώς γνωστό ως LNG (Liquefied Natural Gas), δεν υπάρχει πουθενά ως κοίτασμα αλλά παράγεται σε ειδικές κρυογονικές εγκαταστάσεις στις οποίες το Φ.Α. μετά από συμπίεση σε υψηλές πιέσεις (μεγαλύτερες από 46,2 bar) και ψύξη σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες (μικρότερες των μείων 82,5^οC) μετατρέπεται από αέριο σε υγρό. Όμως με κατάλληλη μόνωση για ελαχιστοποίηση της θερμοπερατότητας και της εξάτμισης.

(Για να διατηρηθεί σε υγρή κατάσταση υπό ατμοσφαιρική πίεση (101325 Pa), ώστε να είναι δυνατή η μεταφορά του σε μη-πιεστικές και ανοικτές προς την ατμόσφαιρα δεξαμενές δεξαμενόπλοιων απαιτείται περαιτέρω ψύξη στους -161,5^οC).

Οι οριακές αυτές τιμές αναφέρονται προς απλούστευση στο μεθάνιο (CH4) που είναι κύριο συστατικό. Πρόκειται για σχεδόν καθαρό μεθάνιο, επειδή κατά την υγροποίηση τα υπόλοιπα συστατικά παραμένουν σε αέρια κατάσταση και απομακρύνονται με εξαίρεση ίσως του αιθανίου (C2H6), το οποίο υγροποιείται στην ίδια διεργασία.

(23)

Αποτέλεσμα λοιπών της υγροποίησης είναι η συρρίκνωση του όγκου του Φ.Α. από την αέρια στην υγρή κατάσταση κατά τον συντελεστή σχεδόν 600.

Αυτό σημαίνει ότι ένα κυβικό μέτρο (1μ³) Φ.Α. υγροποιημένο καταλαμβάνει όγκο 600 φορές μικρότερο. Δηλαδή 1μ3 (κυβικό μέτρο) Υ.Φ.Α. αντιστοιχεί σε 600μ³ (κυβικά μέτρα) Φ.Α.

1.9.2 Κίνδυνοι από τo ΥΦΑ

Οι κίνδυνοι που συνδέονται με την ασφάλεια των τερματικών σταθμών ΥΦΑ είναι σε συζήτηση για πολλές δεκαετίες. Το ατύχημα στο Κλήβελαντ το 1944, που ήταν μια από τις πρώτες εγκαταστάσεις υγροποιημένου φυσικού αερίου στο οποίο σκοτώθηκαν 128 άτομα δημιούργησε φόβους για τους κινδύνους του ΥΦΑ που εξακολουθούν να υπάρχουν μέχρι και σήμερα. Βελτιώσεις στην τεχνολογία και πρότυπα ασφαλείας από το 1940 έχουν κάνει ασφαλέστερες τις εγκαταστάσεις ΥΦΑ, παρόλα αυτά παραμένουν σοβαρά κίνδυνοι γιατί το ΥΦΑ είναι εγγενώς ασταθής και συνήθως μεταφέρεται και αποθηκεύεται σε μεγάλες ποσότητες. Ένας τερματικός σταθμός υγροποιημένου φυσικού αερίου ορίζεται από την ΕΕ νομοθέσια (οδηγία 96/82/ΕΚ) σαν μια από τις πιο επικίνδυνες εγκαταστάσεις – μια εγκατάσταση Seveso II. Η οδηγία 96/82/ΕΚ ονομάζεται οδηγία Seveso II όπου αφορά την πρόληψη και καταστολή βιομηχανικών ατυχημάτων μεγάλης έκτασης.

Γενικά οι κίνδυνοι περιλαμβάνουν αναφλεξιμότητα, κατάψυξη και ασφυξία. Το φυσικό αέριο είναι εύφλεκτο και η ανεξέλεγκτη απελευθέρωση υγροποιημένου Φ.Α.

δημιουργεί κινδύνους «πυρκαγιάς λίμνης» ή σε περιορισμένους χώρους κινδύνους έκρηξης. Οι «πυρκαγιές λίμνης» (fire pools) είναι από τους σοβαρότερους κινδύνους από το ΥΦΑ. Μια «πυρκαγιά λίμνης» είναι μια φωτιά στροβιλώδους διάδοσης που καίει πάνω από μια οριζόντια «λίμνη» εξατμιζόμενου καυσίμου όπου το καύσιμο έχει μηδενική ή χαμηλή αρχική ορμή. Η «πυρκαγιά λίμνης» μπορεί να είναι στατική δηλαδή όταν η «λίμνη» καυσίμου είναι περιορισμένη ή μια «ταχέως εξαπλούμενη»

πυρκαγιά.

(24)

Αν το ΥΦΑ διαρρεύσει κοντά σε μια πηγή ανάφλεξης, οι ατμοί ΥΦΑ που δημιουργούνται από την εξάτμιση (σε μια εύφλεκτη συγκέντρωση με τον αέρα 5%

μέχρι 15%) θα καούν πάνω από την κηλίδα του ΥΦΑ. Η προκύπτουσα «πυρκαγιά λίμνης» θα εξαπλωθεί όπως εξαπλώνεται η κηλίδα ΥΦΑ μακριά από την πηγή διαρροής και το ΥΦΑ θα συνεχίσει να εξατμίζεται σε ατμούς. Μια τέτοια «πυρκαγιά λίμνης» είναι πολύ έντονη, η καύση της είναι πολύ γρήγορη και αναπτύσσει πολύ υψηλότερες θερμοκρασίες από ότι οι φωτιές πετρελαίου ή βενζίνης. Αυτού του είδους πυρκαγιά δεν μπορεί να κατασβησθεί. Θα πρέπει πρώτα να αναλωθεί όλο το ΥΦΑ για να σβήσει. Δεδομένου ότι η «πυρκαγιά λίμνης» ΥΦΑ αναπτύσσει πολύ ψηλές θερμοκρασίες σε γρήγορο χρόνο, η θερμική ακτινοβολία μπορεί να τραυματίσει ανθρώπους και ζημιές σε ιδιοκτησίες που βρίσκονται σε σημαντική απόσταση από την πυρκαγιά. Είναι πολλοί ειδικοί που συμφωνούν ότι η πυρκαγιά λίμνης από ΥΦΑ ειδικά πάνω σε νερό είναι ο πιο σοβαρός κίνδυνος ΥΦΑ. Διασπορά, ανάφλεξη και έκρηξη ατμών ΥΦΑ. Το ΥΦΑ αν διαρρεύσει αεριοποιείται γρήγορα και δημιουργεί ένα νέφος ψυχρών ατμών φυσικού αερίου. Ο όγκος του αυξάνει 600 φορές και αναμειγνυόμενο με τον αέρα, ψύχει τον αέρα και σχηματίζει ένα κρύο λευκό σύννεφο ατμών που επειδή είναι μεγαλύτερο σε πυκνότητα από τον αέρα δεν διαλύεται.

Το σύννεφο αυτό μπορεί να ταξιδέψει με τον άνεμο σε σημαντικές αποστάσεις μέχρις ότου να συναντήσει μια πηγή ανάφλεξης ή να διαλυθεί όταν αυξηθεί αρκετά η θερμοκρασία των ατμών. Το φυσικό αέριο όταν είναι σε θερμοκρασία περιβάλλοντος είναι ελαφρύτερο από τον αέρα και ανεβαίνει στην ατμόσφαιρα όπου και διαλύεται γρήγορα σε περίπτωση διαρροής. Ωστόσο το ΥΦΑ λόγο της χαμηλής θερμοκρασίας του, ψύχει τον αέρα καθώς αεριοποιείται και αναμιγνύεται με τον αέρα. Το κρύο νέφος του ατμού ΥΦΑ που δημιουργείται παραμένει πυκνότερο από τον αέρα (δεν διαλύεται) αλλά μετακινείται προς την κατεύθυνση του ανέμου. Εάν το κρύο νέφος του αεριοποιούμενου ΥΦΑ εισέρθει σε ένα κλειστό χώρο θα αναφλεχθεί και θα εκραγεί.

(25)

1.9.3 Μεταφορά του υγροποιημένου Φυσικού Αερίου

Το υγροποιημένο φυσικό αέριο μεταφέρεται με πλοία διπλού κύτους που έχουν σχεδιαστεί ειδικά για να χειρίζονται την χαμηλή θερμοκρασία του υγροποιημένου φυσικού αερίου. Τα εν λόγω δεξαμενόπλοια είναι μονωμένα για να περιορίζουν την απώλεια υγροποιημένου αερίου λόγω εξάτμισης χρησιμοποιούνται για τη συμπλήρωση των καυσίμων των πλοίων. Σύμφωνα με το World Gas Intelligence (2008), σε ένα τυπικό ταξίδι, εκτιμάται ότι περίπου το 0,1%-0,25% του φορτίου ΥΦΑ εξατμίζεται κάθε μέρα, ανάλογα με την αποτελεσματικότητα της μόνωσης και την τραχύτητα του ταξιδιού. Σε ένα τυπικό ταξίδι, 20 ημερών μπορεί να εξατμιστεί από το 2%-6% του συνολικού όγκου του ΥΦΑ.

Τρεις τύπου δεξαμενόπλοιων ΥΦΑ:

 Σφαιρικού (Moss) σχεδιασμού – (44%)

 Σχεδιασμού μεμβράνης (51%)

 Διαρθρωτικού πρισματικού σχεδιασμού

(26)

Δεξαμενόπλοιο ΥΦΑ σχεδιασμού μεμβράνης

Τα δεξαμενόπλοια μεταφοράς ΥΦΑ έχουν μήκος μέχρι 300 μέτρα μήκος, 46 μέτρα πλάτος και απαιτούν ένα ελάχιστο βάθος υδάτων 12 μέτρα όταν είναι πλήρως φορτωμένα. Αυτή τη στιγμή υπάρχουν 155 δεξαμενόπλοια που μεταφέρουν περισσότερο από 120 εκατ. Τόνους υγροποιημένου φυσικού αερίου ανά έτος.

(27)

Δεξαμενή δεξαμενόπλοιου ΥΦΑ τύπου μεμβράνης

Μια μικρή ποσότητα ΥΦΑ εξατμίζεται από τη δεξαμενή κατά την αποθήκευση, την ψύξη της δεξαμενής, την διατήρηση σταθερής πίεσης στο εσωτερικό της δεξαμενής και την διατήρηση του ΥΦΑ στο σημείο «βρασμού» του. Η άνοδος της θερμοκρασίας

(28)

αντισταθμίζεται από με εξαερισμό του ΥΦΑ από την δεξαμενή αποθήκευσης (Πηγή:

University of Houston IELE, Introduction to LNG).

Διατομή δεξαμενής δεξαμενόπλοιου ΥΦΑ διαρθρωτικού πρισματικού σχεδιασμού.

Σήμερα υπάρχουν 155 δεξαμενόπλοια ΥΦΑ συνολικής χωρητικότητας 18 εκατ. κυβ.

μέτρων.

125 δεξαμενόπλοια με χωρητικότητα πάνω από 120 κυβ. χιλιόμετρα 15 δεξαμενόπλοια με χωρητικότητα 50-120 κυβ. χιλιόμετρα

15 δεξαμενόπλοια με χωρητικότητα κάτω από 50 κυβ. χιλιόμετρα

1.9.4 Αποθηκευση του υγροποιημενου Φυσικου Αεριου

Όταν ΥΦΑ φτάσει στους τερματικούς σταθμούς, μεταφέρετε σε ειδικές μονωμένες δεξαμενές αποθήκευσης. Οι δεξαμενές αυτές μπορεί να είναι πάνω ή κάτω από το έδαφος και διατηρούν το υγρό σε χαμηλή θερμοκρασία για να ελαχιστοποιηθεί το ύψος της εξάτμισης. Αν δεν απελευθερωθούν ατμοί ΥΦΑ, η πίεση και η θερμοκρασία στο εσωτερικό της δεξαμενής αυξάνεται. Το υγροποιημένο φυσικό αέριο

(29)

χαρακτηρίζεται ως κρυογενικό και διατηρείται στην υγρή του κατάσταση σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες. Η θερμοκρασία στο εσωτερικό της δεξαμενής θα παραμείνει σταθερή, αν η πίεση παραμένει σταθερή, επιτρέποντας το εξατμισμένο φυσικό αέριο να απελευθερώνεται από τη δεξαμενή. Αυτή η διαδικασία είναι γνωστή ως αυτοτατάψυξη. Οι απώλειες εξάτμισης συλλέγονται και χρησιμοποιούνται ως πηγή καυσίμων στην εγκατάσταση ή για το δεξαμενόπλοιο μεταφοράς. Το υγροποιημένο φυσικό αέριο θερμαίνεται στο σημείο που μπορεί να μετατρέπει στην αέρια κατάσταση για να μπορεί να χρησιμοποιηθεί. Αυτό επιτυγχάνεται χρησιμοποιώντας μια διαδικασία απενεργοποίησης με εναλλακτές θερμότητας.

(30)

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2

2.1 Δίκτυα Μεταφοράς και διανομής του Φυσικού Αερίου

2.1.1 Χαλύβδινα δίκτυα

Προγραμματισμός

Mπορούν να δημιουργηθούν διάφορα προβλήματα κατά τη μεταφορά του φυσικού αερίου είτε προς τους καταναλωτές (ΔΕΗ) είτε προς τους σταθμούς παράδοσης αερίου στις εταιρείες διανομής. Επίσης, μπορεί να δημιουργηθούν στα όρια των δήμων οι οποίοι θα τροφοδοτηθούν, αφού από εκεί και έπειτα, κύριοι των ατόμων από όπου θα περάσουν οι αγωγοί είναι ίδιοι η δήμοι, που μπορεί βεβαίως να διαθέσουν το δικαίωμα τους στις εταιρείες μέσω των διαφόρων συμβάσεων.

Γενικά το πρώτο στάδιο της όλης διαδικασίας σχεδιάσεως και κατασκευής ενός πιεστικού δικτύου είναι η πρώτη επιλογή των εδαφών, από όπου θα περάσουν οι αγωγοί. Τα στοιχεία αυτά τίθενται υπόψη των αρμοδίων, που πρέπει να συμφωνήσουν για τη χάραξη. Εάν ο αγωγός περνάει από οικισμούς ή διασχίζει δρόμου, σιδηροδρομικές γραμμές, αυλάκια μεταφοράς νερού κλπ., εκτός από την κάτοψη χρειαζόμαστε και σχέδια κατακόρυφων τομών καθέτων και κατά μήκος. Στην διεθνή πρακτική ακολουθούν διάφορες συνεννοήσεις με τους ιδιοκτήτες των εδαφών, από τα οποία θα πρέπει να περάσει ο αγωγός, διότι πρέπει να συμφωνήσουν και αυτοί. Σε περίπτωση διαφωνίας, υπάρχει νομοθεσία η οποία επιλύει ταχέως τις διαφορές, με βάση το δημόσιο συμφέρον εφόσον κριθεί ότι υπάρχει στην εκδικαζόμενη υπόθεση. Σε αυτή την περίπτωση, ο ιδιοκτήτης των εδαφίων υποχρεούται να δεχθεί τη διέλευση των αγωγών.

Στοιχεία για τους σωλήνες τηλεδικτύων

Για την κατασκευή των τηλεδικτύων και των δικτύων διανομής (εφόσον η πίεση του δικτύου είναι μεγαλύτερη των 4 bar), χρησιμοποιούνται σωλήνες από χάλυβα.

(31)

Βέβαια, άλλοι χαλύβδινοι σωλήνες χρησιμοποιούνται για τα τηλεδίκτυα και άλλοι για τα υπόλοιπα δίκτυα.

Οι χαλύβδινοι σωλήνες που χρησιμοποιούνται για τα δίκτυα αερίου, πρέπει να έχουν κατασκευαστεί από χάλυβες οι οποίοι έχουν παραχθεί σε κάμινο Siemens-Martin ή σε ηλεκτροκαμίνους. Στον πίνακα 4.4, μπορούμε να διακρίνουμε πως οι χάλυβες St.34.7 και οι St.38.7 μπορούν να παραχθούν ως μη ησυχασμένοι¹ (U), ησυχασμένοι (R) ή και ιδιαιτέρως ησυχασμένοι (RR). Ο χάλυβας St.43.7 πρέπει να είναι πάντοτε ησυχασμένος, ενώ οι χάλυβες St.47.7 και St.53.7 πάντοτε ιδιαιτέρως ησυχασμένος, ενώ οι χάλυβες St.47.7 και St.53.7 πάντοτε ιδιαιτέρως ησυχασμένοι.

Άλλοι χάλυβες δεν πρέπει να χρησιμοποιούνται για σωλήνες δικτύων μεταφοράς.

Στον παρακάτω πίνακα βλέπουμε τα χαρακτηριστικά της μηχανικής αντοχής τους.

Χάλυβες Όριο ροής

Kp/mm²

Όριο θραύσεως

Kp/mm²

Μήκυνση θραύσεως

Lo = 5do

% Ελάχιστο

Δυσθραυστό- τητα σε ± 0^ο C

kpm/cm²

ελάχιστο

Διάμετρος περόνης κατά την δομική πτυχώσεως

U St 34.7 21 33 + 45 26 - 2^α

R St 34.7 21 33 + 45 26 4,0 2^α

RR St 34.7 21 33 + 45 26 5,0 2^α

U St 38.7 25 38 + 50 24 - 2^α

1 Ο Χάλυβας παρασκευάζεται με εξανθράκωση του χυτοσιδήρου. Ταυτοχρόνως απομακρύνονται κατά το δυνατόν το θείο και ο φωσφόρος, στοιχεία τα οποία όπως προαναφέρθηκε είναι επιβλαβή, και ρυθμίζεται η περιεκτικότητα σε μαγγάνιο και πυρίτιο, στοιχεία τα οποία εμπεριέχονται στον ακατέργαστο σίδηρο. Οι παραπάνω ρύποι απομακρύνονται δια της καύσης με την πρόσδωση οξυγόνου. Η επιθυμητή χημική σύσταση του χάλυβα επιτυγχάνεται με την αποξείδωση και την προσθήκη ασβέστου για την δέσμευση του φωσφόρου.

Για την αποφυγή δημιουργίας φυσαλίδων, οι οποίες μπορούν να δημιουργηθούν κατά την χύτευση του ρευστού χάλυβα εξαιτίας υπολειμμάτων οξυγόνου και διοξειδίου του άνθρακα, προστίθενται στο κράμα συμπληρωματικώς πυρίτιο, μαγγάνιο, ασβέστιο ή αλουμίνιο. ΟΙ κατ’ αυτόν τον τρόπο επεξεργασμένοι χάλυβες ονομάζονται ησυχασμένοι. Τα πλεονεκτήματά τους είναι ότι δεν επηρεάζονται από την γήρανση και συγκολλούνται ιδιαιτέρως καλά. 180^ο

(32)

R St 38.7 25 38 + 50 24 4,0 2^α

RR St 38.7 25 38 + 50 24 4,5 2^α

St 43.7 30 43 + 55 23 4,0 3^α

St 47.7 33 47 + 59 21 4,0 4^α

St 53.7 37 52 + 64 20 4,0 4^α

* Για ραφιούς σωλήνες σ = πάχος τοιχώματος και γωνία κάμψεως 180^ο

Οι σωλήνες χωρίς ραφή πρέπει να έχουν κατασκευαστεί είτε εν θερμώ (δι’

ελάστρων, πιέσεως ή τραβήγματος) είτε εν ψυχρώ και να έχουν κανονική ανάπτυξη.

Οι σωλήνες με ραφή, πρέπει να έχουν συγκολληθεί (κατά μήκος ή ελικοειδώς) με ειδικές μεθόδους, που μπορούν να εξασφαλίσουν συντελεστή συγκολλήσεως uο = 1.

Η υπερύψωση της ραφής δεν πρέπει να υπερβαίνει:

 Για πάχος τοιχώματος μέχρι 8mm τα 2,5mm.

 Για πάχος τοιχώματος μέχρι 8mm έως 14mm τα 3mm.

 Για πάχος τοιχώματος μεγαλύτερο των 14mm τα 4mm.

Η ανοχή στην διάμετρο είναι:

A) Στους σωλήνες χωρίς ραφή ±1% της εξωτερικής διαμέτρου da. B) Στους σωλήνες με ραφή (επί της εξωτερικής διαμέτρου da).

 Για da < 200mm ± 1%

 Για da = 200mm έως 1000mm ± 0,5% + 1mm

 Για da = 1000mm ± 6%

 Οι σωλήνες πρέπει να μην έχουν απομακρύνσεις από την κυκλικότητα.

Επιτρέπεται απομάκρυνση από τον κύκλο για πάχη s = 0,01 X da μέχρι 1%.

Χαλύβδινοι σωλήνες για άλλα δίκτυα

(33)

Χαλύβδινοι σωλήνες και άλλων ποιοτήτων χρησιμοποιούνται επίσης στα δίκτυα αερίων. Και αυτοί μπορεί να μην είναι χωρίς ραφή ή με ραφή. Στοιχεία για τους σωλήνες χωρίς ραφή, κατά DIN 2460, μας δίνει ο πίνακας 4-7. Όπως διαπιστώνουμε και οι δύο ποιότητες υλικού ανήκουν στο DIN1629, η μεν St 00 κοινή εμπορίου και η St 35 με προδιαγραφές. Σημειώνεται ότι κατόπιν συμφωνίας μπορούν να κατασκευαστούν και να χρησιμοποιηθούν σωλήνες άλλων ποιοτήτων με προδιαγραφές πάντα κατά DIN 1629.

Για την κατασκευή χαλύβδινων δικτύων, χρησιμοποιούνται και οι σωλήνες με ραφή DIN 1626. Οι κυριότεροι από αυτούς είναι οι St33 και St 37-2

Συνιστάται οι εντός παρενθέσεως σωλήνες να αποφεύγονται. Δυνατότητες κατασκευής με μούφες, για συγκόλληση έχουν μόνο οι σωλήνες του πίνακα 4-8, ενώ μπορεί να χρησιμοποιηθούν και για συγκολλήσεις κατ’ επέκταση και σωλήνες από άλλα υλικά, που περιλαμβάνονται όμως στο DIN 1626 και τούτο κατόπιν ειδικής συμφωνίας.

Η τοποθέτηση

Για την τοποθέτηση των σωλήνων υπάρχουν διάφορες διατάξεις. Σε κάθε περίπτωση, υπάρχουν παραδεκτές οδηγίες όπως για το πλάτος του χάνδακα, για βάθος εκσκαφής μέχρι 1,75m., πρέπει να είναι 0,7m., ενώ για βάθος 1,78m., 0,8m.

και ανάλογο προς την διάμετρο του τοποθετούμενου σωλήνα. Αντίστοιχη είναι η ελάχιστη επικάλυψη, η οποία σε κάθε περίπτωση δεν μπορεί να είναι μικρότερη από 0,8m. έως 1,00mm. Ιδιαίτερη προσοχή, πρέπει να δίνεται στν τοποθέτηση του σωλήνα. Επειδή σε μεγάλο βαθμό τα ελληνικά εδάφη είναι πετρώδη, συνιστάται της εδραίωσης του σωλήνα, να προηγείται στρώση άμμου πάχους 15cm. Μετά την τοποθέτηση του σωλήνα, γεμίζουμε τον αύλακα με άμμο, μέχρι να σκεπαστεί ο σωλήνας. Στην συνέχεια τα πρώτα 30cm., δεν πρέπει να χτυπηθούν μηχανικά, αλλά μόνο με το χέρι. Μετά από τα 30cm., πρέπει να τοποθετηθούν διάφορα πλαστικά πλέγματα, τα οποία θα φέρουν ενδεικτική ένδειξη «ΠΡΟΣΟΧΗ ΣΩΛΗΝΑΣ

(34)

ΑΕΡΙΟΥ». Τέλος, ανάμεσα από τα στρώματα τα οποία συμπυκνώνονται μηχανικά, μπορεί να τοποθετηθεί ενδεικτικά και δεύτερο πλαστικό πλέγμα.

Στην Ευρώπη και στην Αμερική, όταν είναι να τεθεί σε λειτουργία το δίκτυο, καθαρίζεται και ελέγχεται για στεγανότητα με δοκιμή σε πίεση (μέσω κάποιων κανονισμών).

Η διάβρωση

Ιδιαίτερη σημασία, πρέπει να δοθεί στην προφύλαξη των σωλήνων, οι οποίοι τοποθετούνται στο έδαφος, από διάφορες προσβολές του υλικού των σωλήνων, από χημικά ή από ηλεκτροχημικά αίτια, τα οποία αρχίζουν από την επιφάνεια και προχωρούν προς το εσωτερικό. Το φαινόμενο αυτό, ονομάζεται Korrosion (διάβρωση).

Η παρουσία του οξυγόνου, προκαλεί στον χάλυβα οξείδωση (σκουριά), οι οποίες σωληνώσεις έχουν τοποθετηθεί στο έδαφος. Υπάρχουνε περιπτώσεις, στις οποίες οι σωλήνες, οι οποίοι είναι τοποθετημένοι σε εδάφη τα οποία δεν φέρουν παρουσία αέρα, να παρουσιάζουν το φαινόμενο της διάβρωσης (εδάφη από υγρό πυλό, βούρκο κλπ.) τα οποίο έχει αποδοθεί σε διάφορους αναερόβιους μικροοργανισμούς.

Πολύ συχνά, το αίτιο της διάβρωσης, είναι ηλεκτρικά ρεύματα που δημιουργούνται, όταν οι σωλήνες διατρέχουν διαφορετικά είδη εδαφών. Ένα άλλο αίτιο, είναι τα

«αλητεύοντα» ρεύματα, τα οποία προκαλούνται από πηγές συνεχών ρευμάτων που μπορεί να υπάρχουν στο περιβάλλον των σωληνώσεων. Τα ρεύματα αυτά, χρησιμοποιούν τους σωλήνες σαν αγωγούς και προκαλούν σοβαρή διάβρωση στα σημεία που τους εγκαταλείπουν.

Αντιμετωπίζουμε την διάβρωση, με παθητική και ενεργητική προστασία. Η παθητική προστασία, συνίσταται σε διάφορες επικαλύψεις από βιτουμενικά υλικά ή ακόμη και από μεταλλικά π.χ. γαλβανισμό. Η πιο συνηθισμένη προστασία, γίνεται με βιτουμενικά υλικά σε περισσότερες στρώσεις. Η πρώτη στρώση, αφορά σε βάψιμο με αραιωμένο βιτουμενικό υλικό, ενώ η δεύτερη στρώση από πυκνό υλικό το οποίο