Хорошо известно, что технологии сжижения природного газа и его транспортировки в США и в Европе  развивались значительно быстрее, чем в СССР. Как ни удивительно, но в данном случае развитие технологии было обусловлено идеологией, системой построения экономических систем.

Слово редактора:

С конца 20-х годов прошлого века экономика в СССР развивалась на основе пятилетних планов – комплексных программ развития, затрагивающих все отрасли экономики, совмещенные с развитием инфраструктуры, градостроения, системы образования. Планы пятилеток были логичным продолжением плана ГОЭЛРО – его методические подходы были масштабированы от проектов развития отдельных регионов до проектов развития всего государства. На долю строительства электростанций и ЛЭП в ГОЭЛРО было предусмотрено только 8% от общего объема финансирования, 92% приходилось на комплексное развитие прилегающих территорий.

«Эта ГЭС будет вырабатывать ХХХ мегаватт-часов электроэнергии, в качестве якорного потребителя мы построим металлургический завод вот с такой номенклатурой выпускаемой продукции и вот с таким парком оборудования. Для работы на заводе потребуется ХХХ профессионально обученного персонала вот по такой номеклатуре специальностей. Для проживания персонала и семей будем строить поселок на ХХХ квартир/домов, для обучения – вот столько фабрично-заводских училищ, потребуется вот столько больниц, школ, домов культуры…»

В таких условиях, с учетом нехватки ресурсов во всех отраслях экономики можно ли вообразить, что руководство СССР могло позволить себе заинтересоваться технологией СПГ?

Технология СПГ не могла развиваться сразу как крупнотоннажная, развитие технологии начиналось с установок небольшой мощности, она была «заточена» под индивидуальных промышленных потребителей. Первый проект газового снабжения в СССР – десятки военных производств Куйбышева в годы Великой отечественной, второй – газовое снабжение Москвы с сотнями заводов и фабрик, с миллионным населением, в обоих случаях проект газового снабжения был комплексным. Одновременно с промышленным освоением газовых месторождений, строительством магистральных газовых трубопроводов шло освоение технологий производства газового оборудования и труб, происходила самая настоящая революция в коммунальных хозяйствах мегаполисов, готовились тысячи специалистов необходимых специальностей. Согласитесь – это действительно тот случай, когда идеология определяла развитие технологии, развитие методов и способов использования энергетических ресурсов. Первый опыт использования СПГ в СССР был сделан только в 1954 году, но практически в это же время началась эра массового открытия нефтяных месторождений и стартовало развитие технологии подземных хранилищ газа. Оценив все происходившее, центральное руководство Советского Союза волевым решением свернуло работу опытно-промышленных установок на Московском заводе сжижения газа, определив совершенно иное стратегическое направление развития энергетики и экономики.

Совершенно иная идеология и совершенно другие пути развития экономики и энергетики сложились в США – здесь все было отдано частной инициативе. Магистральные газовые трубопроводы длиной тысячи километров – это гигантские вложения с долгим сроком окупаемости, «это не наш метод, мы ж не комсомольцы, а коммерсанты». Это совершенно иной подход – постараться обойтись минимумом расходов, сократить сроки, добиться как можно более быстрой окупаемости всех инвестиций. И в газовой отрасли это неизбежно привело к появлению технологий СПГ – индивидуальных проектов отдельных крупных предпринимателей или их групп. Должны были появиться такие проекты – и они появились. Аналогичная ситуация и с хранением газа. Первое подземное хранилища газа в СССР – на месте выработанных месторождений газа под Куйбышевом, и это сразу 3 млрд кубометров активного объема с таким же количеством газа буферного, обеспечивающего необходимый уровень давления. Давайте посмотрим, что по этому поводу говорит калькулятор при взятой с потолка цене газа в 100 долларов за 1’000 кубометров – 300 миллионов долларов загнаны под землю, чтобы остаться там навсегда. Это, разумеется, не считая расходов на обеспечение работы газопровода в течение всех тех лет, когда этот буферный объем закачивался под землю. В долгосрочной перспективе это максимально выгодно, при капитализме, когда требуется «быстро и с максимальной скоростью оборота денег» – почти не реально. Значит, с чего должно было начаться развитие технологии хранения газа в условиях капитализма? Логика дает только один ответ – с хранения СПГ.

Отдельная «ирония судьбы» – то, что теперь технологии трубопроводного газа и его подземного хранения стали конкурентами технологий, связанных с СПГ. Кто из них в конечном итоге окажется победителем, может показать только время. Спрос на природный газ в мире растет в среднем (за вычетом лет экономических кризисов) на 2,4% в год, спрос на СПГ почти на 10%, но при этом приходится учитывать еще массу обстоятельств – географию, климат, плотность населения и уровень его платежеспособности, уровень развития промышленности и так далее. В интересное время живем – пару десятков лет тому назад о такой конкуренции, которая неизбежно приводит к ускорению развития технологий, никто и мечтать-то не мог! Но для того, чтобы это состязание было интересным для нас, зрителей – мы, зрители, должны лучше понимать «правила игры», знать историю развития «этих видов спорта». Вот об этом – новая статья Дмитрия Моргунова.

СПГ выходит в море

США – пионеры отрасли

Развитие газовой отрасли в США началось в второй половине 30-х годов – как и в СССР, но пошло оно своим путем.

В 1939 году компания East Ohio Gas Co снабжало газом Кливленд через два трубопровода длиной 250 километров и диаметром 300 мм. Поскольку сечения трубы не хватало для снабжения Кливленда зимой, когда потребление газа увеличивалось, было решено построить завод по сжижению, хранилища для хранения газа в сжиженном виде и установки по регазификации.

Газопровод в Кливленд (США)

Идея была проста – в летнее время излишек поступающего газа сжижался и хранился до зимы, когда его испаряли и использовали, отправляя в тот же газопровод. Надо отметить, что геология понятия не имеет о потребностях людей в хранилищах газа в конкретных местах – она про нас, двуногих разумных, вообще вспоминает не часто. Не было ничего подходящего под землей вокруг Кливленда, вот и пришлось хранить газ на зиму в сжиженном виде, на ходу осваивая все необходимые технологии. Решение, построить подобной завод было обусловлено экономическими расчётами – было дешевле построить завод по сжижению газа с танками для их хранения, чем строить ещё одну ветку газопровода для увеличения подачи только в зимние месяцы. Этот завод и был построен в 1941 году.

Сжиженный газ хранился в трёх сферических теплоизолированных танках (2’500 кубометров в каждом), под низким, почти атмосферным давлением. В 1943 году был построен ещё один, дополнительный танк, ёмкостью в 4’250 кубометров тороидальной формы (тор – это бублик, если кто-то забыл, как выглядит эта геометрическая фигура). Установка могла сжижать до 200 кубических метров жидкого натурального газа в день, используя каскадный цикл. В качестве хладагентов использовались аммиак, этилен и метан. Компрессорная станция насчитывала 6 поршневых компрессоров и использовала около 2’400 kW электроэнергии, регазификационная установка могла испарять до 115 кубиков жидкого газа в час. Подобные заводы для сжижения и хранения жидкого газа с целью использовать его в наиболее подходящее время, для сглаживания неравномерности потребления газа используются до сих пор (в основном в США) и называются – Peak Shaving Plant. Сейчас в США около 100 подобных установок.

Хранилище газа в Кливленде (США)

Там же, в США, на том же заводе в Кливленде в 1944 году случилась первая и самая серьёзная по сей день, катастрофа, унёсшая 128 жизней. Количество раненых оценивалось от 200 до 400 человек. Основной причиной катастрофы послужил, неправильный выбор металла для танков. Американцы использовали сталь с содержанием никеля около 3,5%. Подобный сплав становится хрупким при криогенных температурах, что и привело к разрушению новопостроенного тороидального танка, с последующим разливом и пожаром, из-за которого взорвались ещё два танка. Неудачно спроектированная система дренажа добавила концентрацию массы испарявшегося газа и, как следствие, добавила тяжёлых последствий. Эта катастрофа надолго затормозила развитие криогенных технологий в США.

Снимок последствий катастрофы на заводе в Кливленде (США)

До сих пор, противники СПГ приводят пример этой катастрофы, при дискуссиях на тему развития СПГ в Штатах. Стоит заметить, что инженеры изначально знали о недопустимости использования такого сплава в конструкции танков. Однако время было военное, никеля не хватало, понадеялись на великое русское «авось», которое и в России-то срабатывает отнюдь не всегда, а вот в Америке, видимо, не прокатывает вовсе. Только в шестидесятых, с развитием космической индустрии, американцы снова стали развивать свою криогенную промышленность, и в этот раз уже больше прислушиваясь к инженерам.

Обучение газа плаванию

Первый намёк о перевозке сжиженного натурального газа морем, появился в 1914 году, когда Годфри Кабот (Godfrey Cabot) оформил патент на баржу, способную перевозить жидкий газ. Нет никаких доказательств, что такая баржа была когда-либо построена, но сам патент доказывает, что идея уже появилась и была достаточно разработана – хотя бы для оформления. В начале 50-х, Union Stock Yards of Chicago выдвинуло проект, по которому сжиженнный газ из Луизианы, где газа в месторождениях было немало, можно было транспортировать в жидком виде в Чикаго по Миссисипи. Газ предполагалось использовать в мясной промышленности, как топливо.

От одной красной точки внизу карты до другой ведёт река Миссисипи (карта США)

Небольшой завод по сжижению газа был построен в Lake Charles, Louisiana, и дело оставалось за малым – построить судно, способное перевозить этот газ. И оно было построено!Судно, представляло собой баржу с вместимостью груза 6’000 кубиков и громким именем – “Methane”.

Судно “Methane” в разрезе

Однако, на никель решили поскупиться ещё раз – грузовые танки были сделаны из обычной стали с изоляцией из бальсы ВНУТРИ ТАНКОВ!! Не нужно быть пророком, чтобы предсказать результаты подобного эксперимента. Ни один кубик жидкого газа так и не попал в Чикаго, к вящему огорчению местных мясных королей, и мафия тут была не причем. Как только залили груз, он добрался до стенок танка через изоляцию и сталь танков, став хрупкой от криогенных температур, треснула. В этот раз, правда не было людских жертв, и в конечном итоге, кое-какая польза от этого проекта все же была извлечена. Тот завод по сжижению газа, который был уже построен, все-таки начал работать и через несколько лет здесь смогли отгрузить груз на первое удачное СПГ-судно.

В дело вступает Европа

История этих трансатлантических пионерских рейсов началась с поиска путей Британским советом по газу, способов поставить в Англию газ, которого там стало не хватать в связи с уменьшением добычи угля. Никакой трубопроводной сети от месторождений, к конечному потребителю газа ещё не было. И сжижение газа показалось им неплохим выбором для доставки газа к удалённому потребителю. В 1957 году Constock Liquid Methane Corporation, совместное предприятие Union Stock Yard и Continental Oil Co, подписало соглашение с Британским газовым советом (British Gas Council) о переделке судна времён Второй Мировой войны типа “Либерти”, m/v “Normati” (по другим сведениям, «Marlin Hitch») в СПГ-танкер вместимостью в 5’000 кубометров.

Судно типа “Либерти”

Первый СПГ-танкер имел 5 грузовых призматических танков, свободно стоящих, сделанных из алюминия, с изоляцией из блоков дерева бальсы и уретана, облицованных фанерой из дуба.

Разрез судна и танков СПГ “Methane Pioneer”

Эти танки являлись предшественниками «самоподдерживающихся призматических танков типа «B». «Самоподдерживающиеся» – это значит, что их не надо ни на что опирать, они просто стоят в трюме на подставке, не опираясь на борта (ну, если совсем просто). В этот раз на никеле решили наконец не экономить. Трубопроводы были сделаны из нержавеющей стали с надлежащим содержанием никеля. В январе–феврале 1959 года первый в мире груз сжиженного природного газа был погружен в Lake Charles и благополучно довезён до Canvey Island (Thames estuary) в Англии. Имя этого первого успешного ЛНГ судна звучало символично – “Methane Pioneer”.

“Methane Pioneer” на погрузке у терминала в Lake Charles (Англия)

В течении 14 месяцев это судно перевезло 7 грузов по тому же маршруту без особых проблем, доказав, что перевозка сжиженного природного газа морем возможна и даже может быть выгодной. Не обошлось и без трудностей. В первом же рейсе, трюма, где стояли танки, были затоплены водой, промокла и изоляция. Впрочем, все обошлось, и после устранения недостатков судно продолжило свою трудовую биографию, работало довольно долго и даже при выходе на «заслуженную пенсию» продолжало немалое время использоваться как хранилище газа. После подобного успеха подтянулись и последователи – Shell Petroleum, тоже организовал совместное предприятие с Constock уже в 1960, группа стала называться Conch Methane Company Limited, позже известная как просто Conch.

Государственный подход

Похожая компания была создана и во Франции – Methane Transport Company с активной поддержкой Gas de France, которая взялась координировать усилия нескольких французских судоверфей по созданию первого французского СПГ танкера. Французы подошли к делу более серьёзно, что и понятно – покойная ныне Gas de France на 82% была государственной компанией, потому и могла позволить себе финансирование научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, создание экспериментальных и опытно-промышленных образцов оборудования. Сначала французы, взяв тот же тип Либерти – судно ”Beauvais”, установили на него три танка, каждый из них разной конструкции, сделанных из разных материалов (2 из алюминия, один из стали с 9% содержанием никеля), спроектированных и построенных разными верфями.

“Beauvais” – экспериментальный проект французов

Три разных насоса были установлены в каждый танк – два погружных deepwell насоса и один погружной системы Картер. Кстати, до сих пор, старые LNG-шники называют все погружные насосы Картерами, хотя они уже давно производятся другими производителями. Перестройка была закончена в 1962 году. В течении шести месяцев французы испытывали свой пароход на крепость и выясняли надёжность и преимущества друг перед другом вот этих разных танков, материалов и оборудования. Согласитесь – очень здравый подход показали французы в данном конкретном случае. Только после того как экспериментальный образец был всесторонне изучен, французы приступили к постройке первого нормального СПГ-парохода, вместимостью 25’000 кубиков. Заказ на первый французский ЛНГ был сделан фирмой Gaz Marine – совместным предприятием между Gas de France, Gazocean, Bennet Corporation и несколькими банками. Судно было сдано в 1965 году и названо “Jules Verne” (Жюль Верн). Судно было использовано на перевозке СПГ из Arzew в Алжире в Гавр во Франции в течении 20 лет.

На “Jules Verne” было семь вертикальных цилиндрических танков с коническим дном и эллипсовидным верхом. Танки были изготовлены из стали с содержанием никеля 9%, изоляция танков была сделана с использованием перлита насыпью. На танках в изоляции была использована дополнительная мембрана на случай утечки, что стало позже стандартом для СПГ-танков.

Испарение груза достигало 0.27% от всего груза в день. Испарявшийся газ использовался как топливо для главной силовой установки парохода – паровых котлов. При этом излишний газ зачастую просто выбрасывался в атмосферу, особенно во время простоев. Самым обычным делом было наблюдать СПГ-пароход с горящим факелом газа на первой мачте. “Jules Verne” был списан и разрезан только в 2008, отработав 43 года и сделав тысячи рейсов.

Английские насосы и суда

Почти в то же время, в феврале 1962 года, Британская Газовая Корпорация (British Gas Corporation) заказала 2 судна для обеспечения 15-летнего контракта, подписанного с Алжиром по снабжению 100 миллионов кубических футов (2,8 млн кубометров) природного газа в день. Суда назывались “Methane Princess” и “Methane Progress”, каждый вместимостью 27’400 кубиков, они были построенные на судоверфях Vickers Shipbuilding, Barrow-In-Furness и Harland & Wolff, Belfast. Оба судна были оборудованы танками так называемого Conch дизайна. Это были призматические, самоподдерживающиеся танки, сделанные из алюминия с внутренними переборками. Изоляция была сделана из древесины бальсы и стеклополотна в роли дополнительной мембраны. Для следующих судов с танками этой серии изоляцию поменяли с бальсы на полиуретановую пену.

Испарение груза в день достигало до 0.33% от объёма всего груза. Чтобы ограничить бесполезную потерю груза, удерживая при этом низкое давление в танке, было решено и это судно сделать пароходом, излишний газ сжигать в котлах. Оба судна были построены и переданы владельцам в 1964 году. “Methane Progress” был отправлен на слом в 1986 году, “Methane Princess” – в 1997, после 22 и 32 лет службы соответственно. Занимательно, что оба парохода были списаны не из-за технического состояния, а только потому, что размер этих судов не оправдывал себя экономически на сложившимся рынке. Всего же с танками системы Conch было построены 6 судов, а потом прогресс в дизайне танков отправил их в почётную отставку.

Судно “Methane Princess”

Все три парохода были оборудованы погружными электрическими насосами. Это насосы, где насос и мотор встроены в один корпус и находятся прямо на дне танка, погруженные в жидкий газ. Охлаждение мотора и насоса как раз и происходит за счет протока холодного жидкого газа через них. Изначально многие считали подобные насосы ненадёжными для работы в столь низких температурах, однако жизнь доказала, что подобная конструкция является оптимальной для СПГ-судов, случаи отказа погружных насосов на СПГ-судах, чрезвычайно.

Несмотря на тщательную подготовку экипажа и чётко написанные инструкции, все три парохода прошли через ряд поломок и несчастных случаев. В основном все эти случаи были связаны с переливом груза во время грузовых операций, а также с утечками груза из трубопроводов грузовых систем. Подобные разливы груза на палубу, не предназначенную для криогенных температур, приводили к тому, что сталь становилась хрупкой (brittle fracture) с развитием трещин по бортам и палубе. Так же, все три судна столкнулись и с частичным затоплением грузовых трюмов, вследствие течей в корпусе. Впрочем, ни в одном из этих случаев, изоляция танков не была повреждена.

Но все описанное было только началом развития технологии СПГ-судов, «зарей эпохи», которую мы наблюдаем сейчас. Рассказ о том, как отрасль дошла до сегодняшнего уровня, обязательно будет.