تويت
غاز (خطوط نقل)
Gas pipes - Tuyaux du gaz
الغاز (خطوط نقل ـ)
يتألف نظام نقل الغاز الطبيعي من شبكة معقدة من خطوط الأنابيب pipelines المصممة لتوفير نقل الغاز الطبيعي من آبار إنتاجه إلى أماكن استهلاكه بسرعة وأمان، وبناء عليه يمكن التمييز بين ثلاثة أنواع رئيسية من خطوط الأنابيب (الشكل1) على طول مسار عملية النقل.
ـ نظام التجميع gathering system: هو خطوط الأنابيب المسؤولة عن نقل الغاز من أماكن إنتاجه الحالية إلى وحدات المعالجة processingplants ومنها إلى أنابيب نقله الرئيسية.
ـ أنابيب النقل الرئيسية transmissionpipelines: وهي خطوط الأنابيب التي تقوم بنقل الغاز من أنابيب تجميعه أو من حقول تخزينهstorage fields إلى مراكز توزيعه الرئيسيةdistribution centers، أو بنقل الغاز ضمن حقول تخزينه.
ـ نظام التوزيع distribution system: وهو مجموعة خطوط الأنابيب التي تتولى عملية نقل الغاز من مراكز توزيعه الرئيسة إلى أماكن استهلاكه (محطات توليد الطاقة الكهربائية، مصانع، منازل، فنادق، مستشفيات).
وعلى هذا فإن مصطلح نقل الغاز الطبيعيnatural gas transportation يشير إلى سلسلة عمليات تجميع الغاز ونقله وتوزيعه من خلال شبكات خطوط الأنابيب.
لمحة تاريخية
في عام 1825 وفي الولايات المتحدة الأمريكية بُنِي أنبوب من الرصاص ذو قطر صغير لنقل غاز الوقود إلى المستهلكين، وفي عام 1891 بُنِي أول خط أنابيب كبير لنقل الغاز الطبيعي من الحقول حتى شيكاغو، وبلغ قطره 200مم وطول مساره 195كم. وفي منتصف القرن العشرين تطورت تقانة نقل الغاز الطبيعي باستخدام خطوط الأنابيب تطوراً ملحوظاً وسريعاً في معظم دول العالم الغنية بالمكامن الغازية، وذلك نتيجة للأسباب الآتية:
1ـ تلبية حاجات الاستهلاك الأعظمي للنمو السكاني المتزايد.
2ـ اعتماد الصناعات البتروكيمياوية وصناعة الأسمدة ومحطات توليد الطاقة الكهربائية في السنوات العشرة الأخيرة على الغاز الطبيعي مادةً أولية.
3ـ تطور تقانات تخزين الغاز الطبيعي وتوزيعه.
4ـ تطور عمليات المعالجة للحصول على الغازات الطبيعية المسالة liquefied natural gases(LNG) ذات القيمة المهمة اقتصادياً.
هذا التطور المتسارع في صناعة الغاز رافقه تطور ملحوظ في تكنولوجيا صناعة خطوط الأنابيب، وخاصة فيما يتعلق بجيومترية مواسيرها (أقطارها الداخلية، وسماكة جدارها)، وبالمواصفات الميكانيكية للمعدن المستخدم في صناعتها (حد المرونة، حد المتانة) حيث تحقق شروط حماية البيئة ومتطلبات الأمن الصناعي للعاملين في هذا المجال.
ومع ازدياد عدد الحقول الغازية المكتشفة في العالم وبهدف تحقيق الجدوى الاقتصادية لعملية نقل الغاز الطبيعي، تستخدم اليوم خطوط أنابيب بأقطار كبيرة تراوح بين 760 و1420مم، كما تستلزم ضغوط التشغيل العالية (120 بار barومافوق) استخدام خطوط أنابيب ذات سماكة جدران كبيرة (04مم) كما هي الحال في أنابيب النقل تحت البحرية submarine pipelines، أو استعمال خطوط أنابيب مصنَّعة من معادن عالية الجودة (الفولاذ 07 X). ويوضح الجدول (1) مدى تطور تكنولوجيا صناعة خطوط أنابيب نقل الغاز الطبيعي في القرن العشرين.
مواد تصنيع خطوط أنابيب نقل الغاز الطبيعي
للتغلب على الإجهادات التي يمكن أن تتولد في جدران الأنابيب نتيجة لشروط التشغيل و/أو نتيجة لضغط الاختبارالنهائي و/أو نتيجة لشروط الوسط الخارجي تصنّع مواسير line-pipes خطوط الأنابيب من معادن ذات جودة عالية، إذ يمثل الفولاذ الكربوني العالي المتانة high-strengthcarbon steel حالياً المعدن الأكثر استعمالاً في صناعة المواسير.
ذات لدونة عالية ومقاومة ميكانيكية مرتفعة.
تستخدم في معظم مصانع الأنابيب تقانتان مختلفتان لإنتاج المواسير:
ـ تقانة المواسير المسحوبة seamless pipes: وذلك لصنع مواسير ذات أقطار صغيرة تراوح بين0.5 و24 بوصة تستخدم في أنظمة التجميع والتوزيع.
ـ تقانة المواسير الملحومة welded pipe: وتستخدم لصناعة مواسير ذات أقطار كبيرة تراوح بين 24 و36 بوصة وتستعمل في أنابيب النقل الرئيسية.
التجهيزات المستخدمة في خطوط أنابيب نقل الغاز الرئيسية
تركب على طول خطوط نقل الغاز الرئيسية مجموعة من التجهيزات توفر لها الكفاءة العالية والثبوتية الكبيرة في نقل الغاز دوماً ومن أهمها مايأتي:
1ـ محطات الضواغط compressor stations: يجب أن يتمتع الغاز المتدفق في أنابيب النقل بضغوط مرتفعة حتى يصل إلى أماكن الاستهلاك المطلوبة، وتستخدم لذلك عادة محطة ضواغط رئيسية في بداية خط الأنابيب ومحطات ضواغط مساعدة عدة توزع على مسافات معينة على طول مسار خط الأنابيب وغالباً ما تراوح المسافة بين محطتي ضواغط متتاليتين بين 65 و160كم.
وتحتوي محطة الضواغط الرئيسية في بداية خط الأنابيب على التجهيزات التي تزود بها محطات الضواغط المساعدة، وكذلك على وحدات تجفيف الغاز dehydration units ووحدات تحلية الغاز gas sweetening units.
2ـ محطات القياس metering stations: توزع هذه المحطات على طول مسار خط الأنابيب، مهمتها الرئيسية هي قياس التدفق الحجمي أو الوزني للغاز الطبيعي الداخل أو الخارج من نظام خط الأنابيب وتنظيم ضغطه.
3ـ الصمامات الرئيسية :mainline valves: تزوّد جميع خطوط أنابيب نقل الغاز الطبيعي بعدد كبير من الصمامات، ويشبه عملها إلى حد كبير عمل البوابات gateways، ويمكن تلخيص وظائفها الرئيسية بما يأتي:
أـ السماح للغاز الطبيعي بالتدفق بحرية من دون أن تعيق حركته وذلك عندما تكون مفتوحة.
ب ـ عزل قسم أو بعض أقسام من الخط بهدف تبديلها أو صيانتها وهذا مايسمح لطواقم الصيانة والإصلاح بتفريغ الغاز من الأقسام المعتبرة بعد إغلاق صماماتها الرئيسية والبدء بعملية الإصلاح ضمن شروط وقواعد الأمن الصناعي.
توزع هذه الصمامات على طول مسار الخط وبمسافات تراوح بين 8 و20كم فيما بينها، كذلك تركب هذه الصمامات في محطات الضواغط ومحطات القياس وعند تقاطع الخط مع المعابر الاصطناعية أو الطبيعية (سكة حديد، طريق سيارات، نهر، وادي).
4ـ محطات المراقبة وأنظمة الاتصال: تستعمل معظم شركات خطوط الأنابيب أنظمة اتصال متطورة جداً للمراقبة والسيطرة على الأجهزة المركبة على طول خطوطها تدعى بأنظمة التحكم الإشرافي وتحصيل المعطيات (SCADA)supervisory control and data acquisitionوتحليلها. إضافة إلى منظومة تحري التسرب leakdetection system ومنظومة دعم التشغيلoperating support system.
أنواع الغازات المنقولة:
من وجهة النظر الصناعية والتجارية، يمكن تصنيف العناصر الداخلة في تركيب الغاز الطبيعي (الجدول 2) بعد إجراء عمليات الفصل والمعالجة المطلوبة إلى الأنواع الآتية:
1ـ الغازات الخاملة inert gases: وهي الغازات التي لايمكن أن تتفاعل كيمياوياً مع الوسط المحيط، ويعد غازا الآزوت والهليوم أهم الغازات الخاملة الداخلة في تركيب الغازات الطبيعية.
2ـ الغازات الحامضية acid gases: وأهمها غاز كبريت الهدروجين ثنائي أكسيد الكربون.
3ـ سوائل الغاز الطبيعي natural gas liquids: وتشمل: الإيتان والبروبان والبوتان والغازولين الطبيعي.
4ـ الغازات الطبيعية المسالة: وهي المركبات الهدركربونية الخفيفة التي يمكن أن تتميع (تحوّل إلى سائل)، ويكون غاز الميتان النسبة العظمى فيها.
5 ـ الغازات النفطية المسالة liquefiedpetroleum gas: ويكوّن غازا البروبان والبوتان الموجودان منفصلين أو مزيجاً غازياً، النسبة العظمى في تركيبها، وتحافظ هذه الغازات على طورها السائل تحت ضغط معين في أوعية مغلقة.
6ـ الغازولين الطبيعي natural gasoline: وهو مزيج من البنتان والمركبات الهدروكربونية الأثقل التي يمكن انتزاعها من الغاز الطبيعي.
7ـ المتكاثفات condensates: وهي عبارة عن المركبات الهدروكربونية السائلة المفصولة عن الغازات الطبيعية عند انتقال التيار الغازي من المكمن إلى وحدات الفصل السطحية وذلك نتيجة لتغيرات شروط الضغط ودرجة الحرارة.
جان سعد
Gas pipes - Tuyaux du gaz
الغاز (خطوط نقل ـ)
 أنظمة نقل الغاز الطبيعي |
ـ نظام التجميع gathering system: هو خطوط الأنابيب المسؤولة عن نقل الغاز من أماكن إنتاجه الحالية إلى وحدات المعالجة processingplants ومنها إلى أنابيب نقله الرئيسية.
ـ أنابيب النقل الرئيسية transmissionpipelines: وهي خطوط الأنابيب التي تقوم بنقل الغاز من أنابيب تجميعه أو من حقول تخزينهstorage fields إلى مراكز توزيعه الرئيسيةdistribution centers، أو بنقل الغاز ضمن حقول تخزينه.
ـ نظام التوزيع distribution system: وهو مجموعة خطوط الأنابيب التي تتولى عملية نقل الغاز من مراكز توزيعه الرئيسة إلى أماكن استهلاكه (محطات توليد الطاقة الكهربائية، مصانع، منازل، فنادق، مستشفيات).
وعلى هذا فإن مصطلح نقل الغاز الطبيعيnatural gas transportation يشير إلى سلسلة عمليات تجميع الغاز ونقله وتوزيعه من خلال شبكات خطوط الأنابيب.
لمحة تاريخية
في عام 1825 وفي الولايات المتحدة الأمريكية بُنِي أنبوب من الرصاص ذو قطر صغير لنقل غاز الوقود إلى المستهلكين، وفي عام 1891 بُنِي أول خط أنابيب كبير لنقل الغاز الطبيعي من الحقول حتى شيكاغو، وبلغ قطره 200مم وطول مساره 195كم. وفي منتصف القرن العشرين تطورت تقانة نقل الغاز الطبيعي باستخدام خطوط الأنابيب تطوراً ملحوظاً وسريعاً في معظم دول العالم الغنية بالمكامن الغازية، وذلك نتيجة للأسباب الآتية:
1ـ تلبية حاجات الاستهلاك الأعظمي للنمو السكاني المتزايد.
2ـ اعتماد الصناعات البتروكيمياوية وصناعة الأسمدة ومحطات توليد الطاقة الكهربائية في السنوات العشرة الأخيرة على الغاز الطبيعي مادةً أولية.
3ـ تطور تقانات تخزين الغاز الطبيعي وتوزيعه.
4ـ تطور عمليات المعالجة للحصول على الغازات الطبيعية المسالة liquefied natural gases(LNG) ذات القيمة المهمة اقتصادياً.
هذا التطور المتسارع في صناعة الغاز رافقه تطور ملحوظ في تكنولوجيا صناعة خطوط الأنابيب، وخاصة فيما يتعلق بجيومترية مواسيرها (أقطارها الداخلية، وسماكة جدارها)، وبالمواصفات الميكانيكية للمعدن المستخدم في صناعتها (حد المرونة، حد المتانة) حيث تحقق شروط حماية البيئة ومتطلبات الأمن الصناعي للعاملين في هذا المجال.
ومع ازدياد عدد الحقول الغازية المكتشفة في العالم وبهدف تحقيق الجدوى الاقتصادية لعملية نقل الغاز الطبيعي، تستخدم اليوم خطوط أنابيب بأقطار كبيرة تراوح بين 760 و1420مم، كما تستلزم ضغوط التشغيل العالية (120 بار barومافوق) استخدام خطوط أنابيب ذات سماكة جدران كبيرة (04مم) كما هي الحال في أنابيب النقل تحت البحرية submarine pipelines، أو استعمال خطوط أنابيب مصنَّعة من معادن عالية الجودة (الفولاذ 07 X). ويوضح الجدول (1) مدى تطور تكنولوجيا صناعة خطوط أنابيب نقل الغاز الطبيعي في القرن العشرين.
| العام | ضغط العمل  |
القطر الخارجي  |
استطاعة النقل  |
حد المرونة  |
درجة الفولاذ | نسبة تخفيض سماكة الجدار بازدياد المقاومة |
| 1910 | 2 | 400 | 80 | فولاذ مصفح ذو مقاومة ضعيفة وسماكة جدران كبيرة | ||
| 1930 | 10 | 500 | 640 | |||
| 1965 | 67.5 | 900 | 8320 | 386 | X56 | n0 |
| 1980 | 80 | 1420 | 26000 | 482 | X70 | n25 |
| الجدول (2) مدى تطور تكنولوجيا صناعة خطوط أنابيب نقل الغاز الطبيعي في القرن العشرين. | ||||||
للتغلب على الإجهادات التي يمكن أن تتولد في جدران الأنابيب نتيجة لشروط التشغيل و/أو نتيجة لضغط الاختبارالنهائي و/أو نتيجة لشروط الوسط الخارجي تصنّع مواسير line-pipes خطوط الأنابيب من معادن ذات جودة عالية، إذ يمثل الفولاذ الكربوني العالي المتانة high-strengthcarbon steel حالياً المعدن الأكثر استعمالاً في صناعة المواسير.
ذات لدونة عالية ومقاومة ميكانيكية مرتفعة.
تستخدم في معظم مصانع الأنابيب تقانتان مختلفتان لإنتاج المواسير:
ـ تقانة المواسير المسحوبة seamless pipes: وذلك لصنع مواسير ذات أقطار صغيرة تراوح بين0.5 و24 بوصة تستخدم في أنظمة التجميع والتوزيع.
ـ تقانة المواسير الملحومة welded pipe: وتستخدم لصناعة مواسير ذات أقطار كبيرة تراوح بين 24 و36 بوصة وتستعمل في أنابيب النقل الرئيسية.
التجهيزات المستخدمة في خطوط أنابيب نقل الغاز الرئيسية
تركب على طول خطوط نقل الغاز الرئيسية مجموعة من التجهيزات توفر لها الكفاءة العالية والثبوتية الكبيرة في نقل الغاز دوماً ومن أهمها مايأتي:
1ـ محطات الضواغط compressor stations: يجب أن يتمتع الغاز المتدفق في أنابيب النقل بضغوط مرتفعة حتى يصل إلى أماكن الاستهلاك المطلوبة، وتستخدم لذلك عادة محطة ضواغط رئيسية في بداية خط الأنابيب ومحطات ضواغط مساعدة عدة توزع على مسافات معينة على طول مسار خط الأنابيب وغالباً ما تراوح المسافة بين محطتي ضواغط متتاليتين بين 65 و160كم.
وتحتوي محطة الضواغط الرئيسية في بداية خط الأنابيب على التجهيزات التي تزود بها محطات الضواغط المساعدة، وكذلك على وحدات تجفيف الغاز dehydration units ووحدات تحلية الغاز gas sweetening units.
2ـ محطات القياس metering stations: توزع هذه المحطات على طول مسار خط الأنابيب، مهمتها الرئيسية هي قياس التدفق الحجمي أو الوزني للغاز الطبيعي الداخل أو الخارج من نظام خط الأنابيب وتنظيم ضغطه.
3ـ الصمامات الرئيسية :mainline valves: تزوّد جميع خطوط أنابيب نقل الغاز الطبيعي بعدد كبير من الصمامات، ويشبه عملها إلى حد كبير عمل البوابات gateways، ويمكن تلخيص وظائفها الرئيسية بما يأتي:
أـ السماح للغاز الطبيعي بالتدفق بحرية من دون أن تعيق حركته وذلك عندما تكون مفتوحة.
ب ـ عزل قسم أو بعض أقسام من الخط بهدف تبديلها أو صيانتها وهذا مايسمح لطواقم الصيانة والإصلاح بتفريغ الغاز من الأقسام المعتبرة بعد إغلاق صماماتها الرئيسية والبدء بعملية الإصلاح ضمن شروط وقواعد الأمن الصناعي.
توزع هذه الصمامات على طول مسار الخط وبمسافات تراوح بين 8 و20كم فيما بينها، كذلك تركب هذه الصمامات في محطات الضواغط ومحطات القياس وعند تقاطع الخط مع المعابر الاصطناعية أو الطبيعية (سكة حديد، طريق سيارات، نهر، وادي).
4ـ محطات المراقبة وأنظمة الاتصال: تستعمل معظم شركات خطوط الأنابيب أنظمة اتصال متطورة جداً للمراقبة والسيطرة على الأجهزة المركبة على طول خطوطها تدعى بأنظمة التحكم الإشرافي وتحصيل المعطيات (SCADA)supervisory control and data acquisitionوتحليلها. إضافة إلى منظومة تحري التسرب leakdetection system ومنظومة دعم التشغيلoperating support system.
أنواع الغازات المنقولة:
من وجهة النظر الصناعية والتجارية، يمكن تصنيف العناصر الداخلة في تركيب الغاز الطبيعي (الجدول 2) بعد إجراء عمليات الفصل والمعالجة المطلوبة إلى الأنواع الآتية:
| الصنف | التركيب الأساسي | |||||||||||
| CO2 | H2S | N2 | C1 | C2 | C3 | iC4 | nC4 | iC5 | nC5 | C6 | C7+n | |
| الغازات الخاملة | × | × | ||||||||||
| الغازات الحامضية | × | × | ||||||||||
| NGL | × | × | × | × | × | × | × | × | ||||
| LNG | × | × | × | × | × | × | ||||||
| LPG | × | × | × | × | ||||||||
| الغازولين الطبيعي | × | × | × | × | × | × | × | × | ||||
| المتكاثفات | × | × | × | × | × | × | ||||||
| الجدول (3)، يبين التصنيف الصناعي والتجاري للغازات. | ||||||||||||
2ـ الغازات الحامضية acid gases: وأهمها غاز كبريت الهدروجين ثنائي أكسيد الكربون.
3ـ سوائل الغاز الطبيعي natural gas liquids: وتشمل: الإيتان والبروبان والبوتان والغازولين الطبيعي.
4ـ الغازات الطبيعية المسالة: وهي المركبات الهدركربونية الخفيفة التي يمكن أن تتميع (تحوّل إلى سائل)، ويكون غاز الميتان النسبة العظمى فيها.
5 ـ الغازات النفطية المسالة liquefiedpetroleum gas: ويكوّن غازا البروبان والبوتان الموجودان منفصلين أو مزيجاً غازياً، النسبة العظمى في تركيبها، وتحافظ هذه الغازات على طورها السائل تحت ضغط معين في أوعية مغلقة.
6ـ الغازولين الطبيعي natural gasoline: وهو مزيج من البنتان والمركبات الهدروكربونية الأثقل التي يمكن انتزاعها من الغاز الطبيعي.
7ـ المتكاثفات condensates: وهي عبارة عن المركبات الهدروكربونية السائلة المفصولة عن الغازات الطبيعية عند انتقال التيار الغازي من المكمن إلى وحدات الفصل السطحية وذلك نتيجة لتغيرات شروط الضغط ودرجة الحرارة.
جان سعد