Tekst: Rolf Skatvedt, Trainor
Naturgass er petroleum eller hydrokarbongasser som er dannet av organisk materiale, nedbrutt og uten tilførsel av oksygen. Det er en energikilde som stadig blir mer populær på grunn av dens mange kvalitative egenskaper. Den avgir for eksempel langt mindre forurensende avfallstoffer enn kull og olje idet den forbrennes.
Langt til forbrukerne
Verdens reserver av naturgass (olje, gassreservoar, skifergass, osv.) er store og vil med stor sannsynlighet spille en meget viktig rolle i tiden fremover for å dekke energibehovet til dagens og kommende generasjoner. Menneskene på jorden trenger energi for at vekst skal skapes, og naturgass er i så måte attraktivt. Et av problemene er imidlertid at de påviste gassreserver i stor grad befinner seg langt unna der hvor den store andelen av forbrukere finnes, eksempelvis er det store avstander fra Nord-Norge til Kina og India.
De store avstandene mellom energiprodusent og -forbruker betyr at det må finnes frem til kostnadseffektive transportløsninger. I dag trykkes naturgass opp for transport i rørledninger eller omformes til flytende form (væske) for transport med båt, bil eller tog.
Under høytrykk
Gass fyller det volumet den får til rådighet, men massen, og også energimengden (brennverdien) som er samlet innenfor et gitt volum, er også relatert til trykk og temperatur. Tenk på tilstandslikningen for gasser: trykket multiplisert med volumet, dividert med temperaturen er konstant (P*V/T).
Effektiv energiforflytning av naturgass krever at den transporteres med relativt høyt trykk. Den må være høyere enn gassens krikondenbar-verdi (kritisk trykk), eksempelvis 130 barg, for å unngå kondensering og dermed tofasestrømning.
Komprimert naturgass (Compressed Natural Gas eller CNG) kan i tillegg til å bli transportert i en rørledning, også transporteres i høytrykkstanker hvor trykket da gjerne ligger mellom 200 og 300 barg.
Mest metan
Naturgass består hovedsakelig av gassen metan (CH) og kommer fra gassreservoarer eller produksjon av stabilisert råolje. I tillegg til metangass vil naturgass inneholde andre hydrokarbongasser, eksempelvis etan (CH) og propan (CH), samt gasser som nitrogen (N), helium (He), karbondioksid (CO), svovelkomponenter (eksempelvis hydrogensulfid, HS) og vanndamp.
En svovelbasert luktbar gass tilføres normalt CNG for at den menneskelige nese skal kunne detektere eventuelle lekkasjer. Naturgass er lettere enn luft og vil således normalt forsvinne ut i atmosfæren ved lekkasje, hvilket ut fra et sikkerhetsmessig synspunkt er en stor fordel. Dette er for eksempel ikke tilfellet når det gjelder bensin og LPG.
Ultralyd og Coriolis
CNG er i full fart på vei inn som drivstoff i biler. I tillegg til transport med lastebil og tog jobbes det nå med prosjekter der dette mediet transporteres i egne CNG-skip. Måling av CNG-mengder for kjøp og salg gjøres i dag normalt med ultralyd- eller Coriolis-baserte mengdemålere.
Alternativet til transportering av naturgass med høyt trykk (CNG) er å bringe den over i væskeform. En gitt energimengde naturgass ved normale omgivelsesforhold (ca 20 °C og atmosfære trykk) krympes ca 600 ganger dersom den omformes til væske.
Supernedkjølt LNG
Naturgass i væskeform (Liquefied Natural Gas eller LNG) er supernedkjølt (cryogenic) væske. Temperaturen som trengs for å kondensere naturgass er avhengig av den presise sammensetningen og trykket, men er typisk mellom -120 og -170 °C.
Fordelen med LNG er at den har mye energi per volum sammenlignet med eksempelvis diesel og bensin. Ulempene er imidlertid de høye kostnadene knyttet til kondensering og tilgangen på infrastrukturløsninger. Men land som USA, Japan, Storbritannia og flere land i Europa er langt på vei i å bruke dette som energikilde i kraftkrevende sammenhenger.
Kuletankere
I Norge er Statoil operatør av Europas største LNG-fabrikk, Melkøya i Hammerfest. Fabrikken henter inn naturgass fra reservoarene, som har fellesbetegnelsen Snøhvit. Det gjøres via en ca. 150 km lang rørledning som er plassert på havbunnen. På Melkøya-fabrikken foregår det noe enkelt forklart: rensing, separasjon og nedkjøling slik at multifase-produktet som kommer inn ender opp i tre salgbare utskipningsprodukter, henholdsvis LNG, LP og kondensat.
LNG er hovedproduktet (naturgass inneholder hovedsakelig metangass), LP og kondensat er såkalte biprodukter. LNG fra Melkøya skipes ut til kjøperne i den store verden via spesialkonstruerte skip. Det benyttes LNG-tankere med kule- eller membranbaserte tanker, som kan håndtere et produkt med temperatur ned til -163 °C og noen bar overtrykk når det kommer til atmosfære.
Energiinnhold og usikkerhet
LNG selges normalt i energienheten Mega Joule (MJ) eller kWh (samme enhet som elektrisk strøm normalt handles i), hvilket krever at mengde og spesifikk energimengde måles.
1 kWh er lik 3,6 MJ, og normalt finner vi at LNG har et energiinnhold i overkant av 40 MJ pr standard kubikkmeter (volum angitt ved 15 °C og 1,01325 bara). Bara vil si absolutt trykk eller trykk målt i forhold til vakuum).
Målinger som er knyttet til kjøp og salg eller er underlagt fiskale bestemmelser, må gjøres med en viss nøyaktighet når det gjelder referansestørrelser hos metrologien i Paris, eksempelvis at totalt energiinnhold skal angis med nøyaktighet bedre enn +/- 0,5 prosent. Kravet til maksimal usikkerhet kan fordeles mellom bidragsyterne til det endelige resultat, eksempelvis bestemmelsen eller måling av mengde og spesifikt energiinnhold.
Måler volumet
Tradisjonelt ville mengde vært målt med kontinuerlige målere basert på prinsipper som turbin, ultrasonisk lyd, Coriolis-effekt, differensialtrykk eller lignende. Men i dette tilfellet, hvor vi har ekstremt lave temperaturer og relativ liten verdenshandel, har dette frem til nå ikke vært kostnadseffektivt (eksempelvis sporbare kalibreringer). Det er derfor normalt å måle volumet som LNG okkuperer, i en tank.
LNG-volumet bestemmes ved at nivåmålinger konverteres til volum gjennom tank-kalibreringstabeller og korreksjonsfaktorer med hensyn på temperatur, samt trim og list dersom det gjøres på en LNG-tanker eller -skip.
Gasskromatograf
Spesifikt energiinnhold (Gross Calorific Value) til LNG bestemmes normalt ved at det regelmessig hentes inn en representativ prøve. Den analyseres i en online gasskromatograf (Gas Chromatograph eller GC) installert på en landterminal.
I dag finnes det mange standarder eller retningslinjer for hvordan LNG måles i forbindelse med internasjonale kjøp og salg. Den mest anerkjente og benyttede er nok G.I.I.G.N.L, ” LNG CustodyTtransfer Handbook”, third edition, 2011, se www.giignl.org.
Av andre kilder kan nevnes rapporten TUV NEL har utført på vegne av ”Department of Trade & Industri (DTI)” i Storbritannia, og Metrologhy for LNG, se www.lngmetrology.info.
Tyngre enn luft
Liquefied Petroleum Gas (LPG) består hovedsakelig av propan og butan i forskjellige blandinger, og er produsert som et biprodukt i forbindelse med naturgassprosessering og petroleum-raffinering. Komponentene i LPG er ved normale omgivelsestemperatur (også i Norge) og trykk i gassfase, men overføres til væskefasen ved å forandre på temperatur eller både temperatur og trykk.
Eksempelvis vil LPG skipes ut ved -40 °C og 1 bar overtrykk. LPG vil fordampe og lagres normalt i trykksatte metalltanker. Ulikt LNG er LPG tyngre enn luft. Derfor ender lekkasjer opp i de laveste punktene på en konstruksjon, eksempelvis i kjelleren til et hus. Slike oppsamlinger kan lett gi opphav til eksplosiv atmosfære og følgelig må det vises stor varsomhet ved håndtering av LPG.
Mengdemåling av LPG håndteres normalt som for andre væsker (kondensat og olje), men kalkulasjoner knyttet til volumomregninger (Density Referal) følger standarder relatert til gitt sammensetning, eksempelvis ”COSTALD”. Vanlig mengdemåler for kontinuerlig måling av LPG kan være turbinmeter, ultrasonisk meter eller Coriolis-måler, men også statiske målinger (tankmålinger) foretatt før og etter produkt-forflyttingen, benyttes.
