Dowiedz się więcej o „ekologicznym” rurociągu firmy Shell, spawanym metodą orbitalną!

Spawanie rurociągów CRA w terenie

Projekt Athabasca Oil Sands (AOSP) jest wspólnym przedsięwzięciem większościowego właściciela Shell Canada, Chevron Canada oraz Marathon Oil Canada Corporation.  AOSP prowadzi dwie kopalnie. W kopalniach nie odbywa się przetwarzanie, a bitum jest transportowany w postaci rozcieńczonej rurociągiem do zakładu wzbogacania Scotford, położonego 50 km na północny wschód od Edmonton w prowincji Alberta. Zakład wzbogacania Scotford produkuje obecnie 255 000 baryłek syntetycznej ropy dziennie. Obecnie zaspokaja to 10% zapotrzebowania Kanady.

Propozycja budowy rurociągu Keystone XL, który miał transportować ropę z Alberty do rafinerii w Zatoce Meksykańskiej, wywołała burzę kontrowersji i ostatecznie została zablokowana przez prezydenta Obamę. Krytycy twierdzą, że zachęca to do korzystania z „brudnej” ropy. (Do niedawna ropa kanadyjska zaspokajała 17% zapotrzebowania Stanów Zjednoczonych, a wydobycie piasków bitumicznych trwa od połowy lat 60.  Krytycy mają kilka zarzutów, ale istotnym faktem jest to, że podczas „ulepszania” bitumu powstają duże ilości CO2.

Shell Canada inwestuje 1,4 miliarda dolarów w projekt demonstracyjny Quest dotyczący wychwytywania i składowania dwutlenku węgla. Projekt ma na celu wychwytywanie miliona ton CO2 rocznie z zakładu przetwórstwa ropy ciężkiej Scotford należącego do firmy. CO2 jest przekształcany z gazu w ciecz i transportowany nowym rurociągiem o długości 60 km do miejsca składowania.  Aby lepiej zrozumieć skalę tego przedsięwzięcia, należy pamiętać, że milion ton dwutlenku węgla odpowiada rocznej emisji spalin z 175 000 samochodów. Rząd Kanady i prowincja Alberta również zapewniają finansowanie tej inicjatywy.

Gaz i ropa naftowa są zazwyczaj wydobywane ze złóż uwięzionych w formacjach skalnych pod powierzchnią ziemi. W nowatorskim rozwiązaniu wychwycony CO2 będzie wtłaczany do formacji piaskowcowej znajdującej się dwa kilometry pod ziemią. CO2 jest wtłaczany pod ciśnieniem do porowatej formacji geologicznej piaskowca. Po wtłoczeniu CO2 przemieszcza się przez formację, ale zostaje uwięziony przez nieprzepuszczalną warstwę skały nakrywającej magazyn piaskowca.  Ta metoda magazynowania (sekwestracji) dwutlenku węgla nazywana jest „magazynowaniem strukturalnym”. Na całym świecie istnieje duże doświadczenie w zakresie projektów wychwytywania i sekwestracji dwutlenku węgla (CSS), a dowody wskazują, że dwutlenek węgla może być trwale wychwytywany w formacjach geologicznych. Na przykład w ramach norweskiego projektu Sleipner, realizowanego od 1996 r., magazynowany jest CO2, który jest wtłaczany do szybów naftowych w celu zwiększenia wydobycia ropy naftowej na tych morskich polach naftowych.  Nieprzepuszczalne formacje geologiczne zatrzymują ropę i gaz od milionów lat, co daje pewność, że dwutlenek węgla będzie bezpiecznie składowany przez czas nieokreślony. W miejscu składowania Quest znajdują się trzy warstwy uszczelniające skały. Shell ma wieloletnie doświadczenie w modelowaniu podpowierzchniowych formacji geologicznych podczas poszukiwania gazu, co zapewnia firmie unikalną wiedzę specjalistyczną w zakresie wyboru miejsc składowania.

Jednym z procesów stosowanych do ulepszania bitumu do lżejszego oleju syntetycznego jest hydrokraking, w którym para wodna, metan i katalizator są łączone z bitumem pod wysokim ciśnieniem. W wyniku reakcji chemicznej powstaje wodór, który jest następnie wykorzystywany do przekształcania ciężkiej ropy naftowej w lżejszą ropę poprzez proces zwany „dodawaniem wodoru”. Jednak dwutlenek węgla jest produktem ubocznym tego procesu. Zakład ulepszania ropy w Scotford obecnie uwalnia do atmosfery trzy miliony ton rocznie.

Instalacja Quest doprowadza gaz CO2 do zbiornika zawierającego opatentowaną przez Shell technologię wychwytywania opartą na aminach ADIP-X, która pochłania CO2. Następnie roztwór jest doprowadzany do wieży odpowietrzającej, gdzie pod wpływem ciepła i ciśnienia uwalnia się CO2, który jest następnie kierowany do stacji sprężarek. Sprężarka zamienia gaz w ciecz, którą można transportować rurociągiem.

Budowa rurociągu

Budowa rurociągu o długości 60 km i średnicy 12 cali stanowiła poważne wyzwanie. Ponieważ rurociąg miał transportować ciekły CO2, spoiny musiały spełniać wymagania testu udarności Charpy'ego wynoszące 60 dżuli w temperaturze -50⁰C, ponieważ budowa rurociągu w ramach tego projektu przebiegała głównie przez tereny rolnicze, z kilkoma obszarami bagiennymi. Prace były wykonywane zimą, przy temperaturach sięgających -30⁰C.

Firma Shell zawarła umowę z oddziałem Flint firmy Aecom Technology (dawniej Flint Energy Services Ltd.) na realizację projektu rurociągu. Zastosowano standardowe skosowanie 30⁰ dostarczone z huty. Pomiędzy końcami rur zachowano odstęp, a długość spoiny wyniosła 1,6 m. Spawanie korzeniowe i gorące wykonano przy użyciu elektrod 8010 metodą podwójnego spawania.  Dwa dodatkowe przejścia wypełniające i przejście nakładkowe wykonano przy użyciu procesu spawania rdzeniowego. Wykonawca wykorzystałsystemy Magnatech Pipeliner FCAWw oparciu o wcześniejsze doświadczenia związane z wynajmem od firmy John W. Page Welding Consulting.  John zapewnił również swoje doświadczenie i wsparcie techniczne podczas projektu. Przejścia wypełniające i zamykające zostały wykonane przy użyciu Magnatech Pipeliner. Magnatech Pipeliner jest systemem typu „bug and band”. Najpierw na rurze montuje się pierścień prowadzący, a następnie za pomocą przycisku szybko instaluje się głowicę spawalniczą na pierścieniu prowadzącym.  Spawanie odbywa się w trybie podwójnym. Spawacz rozpoczyna spawanie od godziny szóstej i spawa zgodnie z ruchem wskazówek zegara do godziny dwunastej. Głowica jest odłączana i szybko przestawiana do godziny szóstej, a przejście jest zakończone spawaniem do godziny dwunastej w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara.

Wysięgnik boczny zamontowany na generatorze dieslowskim opuścił namiot nad połączeniem. Zasilacz Pipeliner, recyrkulator wody i butla gazowa zostały zamontowane na stalowej płycie przymocowanej do ramy namiotu. Cały system spawalniczy znajdował się w namiocie, wymagając jedynie podłączenia kabla zasilającego z generatora.

W przypadku rury o średnicy 12 cali i średnicy 1,3 mm ze stopu E71T-9 zastosowano drut spawalniczy Corex firmy Hobart Brothers.  W przypadku rury 12 cali X-80 zastosowano druty spawalnicze Lincoln Pipeliner G-80M (E101T1-GM-H8) oraz ESAB Dual Shield II 101-TC (E80T-a-K2).  Zastosowano mieszankę gazów składającą się w 75% z argonu i w 25% z CO2. Wymagane było podgrzanie wstępne do temperatury co najmniej 100⁰ C. Chociaż do spawania połączenia rur można użyć jednocześnie dwóch głowic spawalniczych, mała średnica rury 12 cali sprawiała, że użycie więcej niż jednej głowicy było mniej praktyczne. Typowy czas wykonania sześciu przejść wynosił od 53 do 62 minut, czyli znacznie mniej niż w przypadku spawania ręcznego.

Materiał rury został dobrany tak, aby spełniał wymagania dotyczące odporności na niskie temperatury podczas transportu ciekłego dwutlenku węgla. Podczas testów proceduralnych okazało się, że aby uzyskać wymagane właściwości mechaniczne zarówno w spoinie, jak i strefie wpływu ciepła (HAZ), konieczne jest spawanie zmechanizowane. Równomierna prędkość obrotowa palnika zapobiegała wahaniom dopływu ciepła. Spawanie ręczne za pomocą półautomatycznych palników FCAW konsekwentnie kończyło się niepowodzeniem w testach w strefie HAZ.

„Połączenia” spawane przy przeprawach przez rzeki lub drogi wymagały spawania do istniejącego rurociągu, który jest już ułożony pod przeszkodą i często ma grubszą ściankę. Połączenia spawane wymagały spawania do istniejącego ciągu w rowie. System spawalniczy i namiot zostały opuszczone do rowu w celu wykonania spoin. W sumie użyto dziesięciu systemów, a prace wykonywało kilka ekip spawalniczych.

Dołącz do naszego newslettera

Zapisz się do newslettera MAGNATECH.

Subskrybując, wyrażasz zgodę na naszą Politykę prywatności.