Przemysł energetyczny - nafta i gaz cz. 3

Złożom ropy naftowej z reguły towarzyszy także gaz ziemny. Gaz ziemny był wykorzystywany do oświetlenia już w dawnych w Chinach. Jednak pojawiający się w XIX-wiecznych odwiertach naftowych gaz traktowano jako niebezpieczne zło konieczne i pozwalano mu uciec do atmosfery. Nie było bowiem wówczas jeszcze technologii do jego bezpiecznego składowania, transportu czy przetwarzania. Z biegiem czasu zaczęto doceniać potencjał tkwiący w tych złożach.

* * *

Czym jest gaz ziemny?

Gaz ziemny, podobnie jak ropa naftowa, jest naturalnym paliwem powstałym w wyniku rozkładu szczątków organizmów żywych żyjących przed milionami lat. Jednak w odróżnieniu od ropy naftowej, w której skład wchodzi szereg węglowodorów o nieraz skomplikowanej budowie, gaz ziemny składa się głównie z najprostszego i najlżejszego z nich - metanu. Dzięki temu gaz jest dość czystym paliwem podczas jego spalania powstaje minimalna ilość zanieczyszczeń a głównymi produktami tego procesu są dwutlenek węgla i para wodna. Metan jest paliwem wysokokalorycznym a jego mieszanina z powietrzem zamknięta w zamkniętej przestrzeni stwarza niebezpieczeństwo eksplozji. Trudno się zatem dziwić że podchodzono do gazu z daleko idącą rezerwą.

Separator (oddzielacz) ropy i gazu 
Eksponat z Muzeum Przemysłu Naftowego i Gazownictwa w Bóbrce

Z czasem opanowano technologię bezpiecznej eksploatacji źródeł gazu ziemnego. Gaz ziemny towarzyszący ropie naftowej eksploatowano lokalnie w samej kopalni już z końcem XIX wieku, głównie jako opał kotłowni parowych i pieców w kuźniach. Później gazu używano również do zasilania spalinowych silników napędzających urządzenia kopalni. Jednak nadal nadmiar gazu wypuszczano do atmosfery...

Silnik spalinowy zasilany gazem produkcji Zakładów Zieleniewskiego z Krakowa
 Eksponat z Muzeum Przemysłu Naftowego i Gazownictwa w Bóbrce

Na przeszkodzie szerszej eksploatacji stał brak szczegółowych uregulowań prawnych dotyczących wydobycia oraz przesyłu i dystrybucji gazu ziemnego. Sytuacja zmieniła się po odzyskaniu przez Polskę niepodległości. W 1919 roku sejm uchwalił bowiem ustawę O wyłącznym upoważnieniu Państwa do zakładania rurociągów, służących do prowadzenia gazów ziemnych, regulowania produkcji i użytkowania ich. W myśl ustawy prawo wyłączności może być przeniesione na podmioty prywatne, ale tylko na czas ograniczony. Aby zwiększyć udział Państwa w przemyśle naftowym w tym samym 1919 roku utworzono przedsiębiorstwo o nazwie "Polmin" - Państwowa Fabryka Olejów Mineralnych we Lwowie. W okresie międzywojennym tylko dwie firmy zajmowały się bezpośrednio wydobyciem, przesyłem i dystrybucją gazu. Drugim podmiotem, obok państwowego Polminu, była powstała jeszcze w 1913 firma "Gaz Ziemny" Sp. z o.o. W 1916 roku zmieniła ona nazwę na "Gazolina".

Wschodni obszar gazowniczy

Z uwagi na kłopot jaki stanowił gaz w przypadku jego transportu starano się go przetworzyć na formą ciekłą. Najpopularniejszym produktem który można było wytworzyć z gazu była gazolina - łatwopalna mieszanina ciekłych węglowodorów. Gazolinę wytwarzano w gazoliniarniach. Firma "Gazolina" oprócz klasycznej gazoliny opracowała jako pierwsza na świecie innowacyjną technologię skroplonego gazu ziemnego. Produkt ten nazwano Gazol – był to skroplony pod ciśnieniem gaz ziemny (mieszanina propanu, butanu i izobutanu) Gazol był wykorzystywany w przemyśle nie tylko w kraju - spora część produkcji trafiała na eksport. Do 1932 roku największy dochód "Gazolinie" przynosiła sprzedaż gazolu, jednak później podstawą działalności stał się gaz ziemny. Firma ta zbudowała pierwszy w Polsce ciśnieniowy rurociąg gazu ziemnego

Transport rur na budowę gazociągu Daszawa-Lwów 
Ilustracja z książki "Historia polskiego przemysłu naftowego"

Na podstawie koncesji wydanej przez rząd w 1929 roku wybudowano gazociąg z kopalni Daszawa przez Stryj do Lwowa o łącznej długości 82 km. Gaz ziemny był dostarczany bezpośrednio do dużych odbiorców m.in. elektrowni miejskiej we Lwowie (która gazem ogrzewała kotły) oraz do gazowni miejskiej we Lwowie. W gazowni mieszano gaz ziemny z produkowanym z węgla gazem miejskim i taka mieszankę dostarczano do odbiorców. Zużycie gazu we Lwowie wzrosło z niespełna 300 tys. m3 w 1929 roku do ponad 38 mln m3 w 1939 roku. Rurociągi ze złóż w Daszawie dostarczały gaz również do Drohobycza i Chodorowa oraz na południe od Daszawy na trasie Stryj-Wygoda. Ten ostatni gazociąg zbudowała już państwowa firma "Polmin". Ogólna długość gazociągów w tzw. "wschodnim obszarze gazowniczym" wynosiła w 1938 roku ponad 293 km.

Zachodni obszar gazowniczy

Jeszcze w 1920 roku państwowa firma "Polmin" zbudowała rurociąg gazowy z kopalni Roztoki koło Jasła do Glinika i Gorlic. W następnym roku oddano do użytku rurociąg Krosno - Łężany -Miejsce Piastowe - Iwonicz Zdrój. Gazociągi te łącznie miały ponad 68 km zaopatrując w gaz rafinerie, elektrownie, zakłady przemysłowe oraz odbiorców indywidualnych.

Eksponat z Muzeum Przemysłu Naftowego i Gazownictwa w Bóbrce

W latach 1932-33 powstała koncepcja dostarczania gazu ze złoża Winnica (który nie mógł być zagospodarowany na miejscu) do Zakładów Azotowych w Mościcach koło Tarnowa. Fabryka ta miała problemy z utrzymaniem produkcji z uwagi na niedostateczne dostawy koksu ze Śląska. W 1933 roku zatwierdzono koncepcję budowy nowego dalekosiężnego rurociągu przez władze "Polminu" i przystąpiono do budowy jednocześnie na czterech odcinkach. Budowa rurociągu na trasie Winnica – Roztoki - Mościce o długości 76 km trwała tylko 4,5 miesiąca co stanowiło swoisty rekord szybkości. Niestety gaz zawierał spore ilości ciężkich węglowodorów - szkodliwych w procesach technologicznych Zakładów Azotowych. Dlatego w latach 1934-35 zbudowano w Mościcach gazoliniarnię do oczyszczania gazu i odzyskiwania niepożądanych frakcji. W 1935 roku zbudowano też rurociąg o długości 19 km na trasie Górki - Sanok.

Gazociągi we wschodnim i zachodnim okręgu gazowniczym zbudowane przed 1939 roku 
Ilustracja z książki "Historia polskiego przemysłu naftowego"

W 1937 roku powstał plan budowy w widłach rzek Wisły Sanu i Dunajca Centralnego Okręgu Przemysłowego. W ramach tego planu rozpoczęto budowę szeregu obiektów przemysłowych mających na celu rozbudowę potencjału obronnego kraju. W ramach tej ogromnej inwestycji powstawał szereg fabryk w Stalowej Woli, Mościcach, Rzeszowie, Mielcu, Dębicy, Niedomicach i Krajowicach ale także w Radomiu, Starachowicach. Podstawowym surowcem energetycznym dla tych fabryk miał być gaz ziemny ze złóż karpackich. Aby dostarczać gaz zaplanowano budowę tzw. gazociągu centralnego o długości ponad 180 km na trasie Roztoki - Lubienia. Prace zakończono w 1938 roku. Wraz z odgałęzieniami do poszczególnych zakładów system gazociągu miał łączną długość ponad 328 km. Planowano przedłużenie tego gazociągu do Kielc i Warszawy ale te plany przerwał wybuch wojny...

Technologia budowy gazociągów

Pierwsze gazociągi były budowane z rur łączonych za pomocą muf lub kołnierzy. Jednak z uwagi na powstające nieszczelności szybko zaniechano takich rozwiązań. Wszystkie gazociągi budowano odtąd z rur stalowych walcowanych bez szwów i spawanych w płomieniu acetylenowo-tlenowym. Rury stalowe były badane jeszcze w hucie przy odbiorze. Specjalnie wyselekcjonowani spawacze wykonywali spoiny korzystając z mobilnych wytwornic acetylenu (acetylen powstawał w nich z reakcji karbidu z wodą). Rurociąg był w trakcie odbioru poddawany próbie szczelności po wypełnieniu wodą pod ciśnieniem 5 MPa. Cały gazociąg był zabezpieczony antykorozyjnie wg specjalnie opracowanej technologii. 

Spawanie rurociągu centralnego
 Ilustracja z książki "Historia polskiego przemysłu naftowego"

Sporym wyzwaniem dla budowniczych były naturalne przeszkody jak rzeki, które pokonywano górą. Wisłę gazociąg przekraczał w Sandomierzu wykorzystując istniejący most stalowo-drewniany. Poza samym rurociągiem opracowano szereg rozwiązań technicznych związanych z armaturą odcinającą dopływ gazu, elementami kompensacyjnymi, gazomierzami itd. W 20-leciu międzywojennym w całym kraju powstało około 800 km gazociągów przesyłowych.

Lata II wojny światowej

Niemcy zajmując Podkarpacie doskonale zdawali sobie sprawę ze strategicznego znaczenia surowcowego tych terenów i byli do tego przygotowani. Wszystkie obiekty związane z przemysłem naftowym i gazowym zostały przejęte przez nową instytucję "Beskiden Erdol" i osadzone przez juz wcześniej przygotowaną do tego zadania niemiecką kadrę techniczną i administracyjną. Udział Polaków w tym przedsiębiorstwie nie przekraczał 10% ale zwiększył się znacznie po rozpoczęciu wojny z ZSRR - niemiecka kadra był potrzebna do obsadzenia przejętego przemysłu naftowego w rejonie Borysławia. 

Gazociągi gazu ziemnego na koniec 1944 roku 
Ilustracja z książki "Historia polskiego przemysłu naftowego"

W okresie okupacji prowadzono gospodarkę rabunkową wykorzystując istniejące przed wojną gazociągi, nieznacznie je rozbudowując. Największymi inwestycjami niemieckimi było połączenie Stalowej Woli przez Przemyśl ze Lwowem (połączono przedwojenne wschodni i zachodni rejony gazownicze) oraz przedłużenie rurociągu z Mościc do Krakowa. To ostatnie połączenie ukończono dopiero w listopadzie 1944 roku - na dwa miesiące przed "wyzwoleniem" Krakowa. Podczas wycofywania Niemcy demontowali i wywozili urządzenia oraz celowo uszkadzali pozostawianą sieć gazową.

Przemysł gazu ziemnego w PRL

Na skutek wojennej rabunkowej gospodarki oraz samych działań wojennych tuż po jej zakończeniu polskie gazownictwo było zniszczone i zdezorganizowane. Niemniej sukcesywnie w 1945 roku wznawiano dostawy gazu do odbiorców. Z uwagi na zmiany terytorialne musiano wprowadzić nowy podział administracyjny sieci gazowniczej. Powołany jeszcze w 1944 roku Państwowy Urząd Naftowy w 1945 roku przemianowano na Centralny Zarząd Przemysłu Paliw Płynnych z siedzibą w Krakowie a w 1948 roku odłączono i przemianowano sekcje gazowe na przedsiębiorstwo "Gaz Ziemny" z siedzibą w Tarnowie.

Gazociągi przesyłowe w 1960 roku 
Ilustracja z książki "Historia polskiego przemysłu naftowego"

Po usunięciu zniszczeń wojennych przystąpiono do rozbudowy sieci gazowniczej. W latach 1946-1960 przedłużono gazociąg Z Krakowa do Oświęcimia, a następnie do Sosnowca i Cieszyna. Wybudowano też wg. przedwojennych planów gazociągi do Kielc i Warszawy (prace były rozpoczęte jeszcze w 1937 roku). Po 1960 roku z uwagi na odkrycie nowych złóż gazu ziemnego na Przedgórzu Karpackim i stale zwiększające się zużyciu tego surowca rozpoczęto znaczną rozbudowę istniejących gazociągów a w zasadzie budowę jakościowo nowego systemu. Połączono Warszawę z Gdańskiem oraz Śląsk z Szczecinem. Zbudowano też nowe połączenie Jarosław - Rozwadów – Warszawa. 

Stacja redukcyjno - pomiarowa II stopnia. 
Urządzenie wyprodukowane w latach 60-tych, instalowane w systemach przesyłu i dystrybucji gazu.
Eksponat z Muzeum Przemysłu Naftowego i Gazownictwa w Bóbrce

Stale zwiększające się zużycie gazu pokrywano importem gazu z ZSRR. Początkowo wykorzystywano zbudowane przez Niemców połączenie Przemyśl-Lwów, rozbudowane po wojnie do 3 nitek. W 1970 roku importowano już 1 mld m3 gazu rocznie. W 1975 roku uruchomiono gazociąg Bobrowniki - Białystok, jednak miał on małą przepustowość. Dopiero w 1986 roku zbudowano nowy gazociąg na trasie Kobryń - Brześć - Warszawa którym docelowo importowano 2,5 mld m3 gazu rocznie. W 1986 roku import gazu z ZSRR wynosił 6,6 mld m3 co stanowiło 50,7% zużycia gazu w kraju. W miarę postępującej "gazyfikacji" miast i wsi zużycie tego wygodnego paliwa systematycznie rosło.

Instytut Nafty i Gazu

Już w styczniu 1945 roku w Krośnie powstał Instytut Naftowy którego misja było działanie na rzecz rozwoju krajowego górnictwa nafty i gazu. W 1948 roku siedziba instytutu została przeniesiona do Krakowa, a w 1975 roku połączono go z istniejącym od 1952 roku Centralnym Laboratorium Gazownictwa. W efekcie powstał Instytut Górnictwa Naftowego i Gazownictwa z siedzibą przy ul. Lubicz 25A w Krakowie oraz z Oddziałami w Krośnie i w Warszawie.

Popiersie Ignacego Łukasiewicza przed budynkiem Instytutu Nafty i Gazu w Krakowie

W dniu 24 października 2013 r. rozporządzeniem Rady Ministrów Instytutowi Nafty i Gazu nadano status państwowego instytutu badawczego. Od tego dnia Instytut używa nazwy "Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy". Instytut jest uznaną jednostką badawczą, współpracującą w szerokim zakresie z administracją państwową, działającą na rzecz wzrostu bezpieczeństwa energetycznego i publicznego kraju oraz jego zrównoważonego rozwoju. Instytut prowadzi badania naukowe i prace rozwojowe na rzecz polskiego przemysłu naftowego i gazowniczego.

Współczesna technologia gazu ziemnego

Zasoby gazu ziemnego na świecie szacowane są na 154 248 mld m³. Największymi producentami gazu są USA, Rosja i Iran. W Zachodniej Europie największym producentem jest Norwegia. W Polsce gaz ziemny jest wydobywany głównie na Podkarpaciu oraz niżu polskim (Wielkopolska, Lubuskie). Pewne ilości gazu są także pozyskiwane z odmetanowania kopalni węgla kamiennego. Zasoby konwencjonalne gazu w Polsce szacowane są na 98 mld m3. Spore nadzieje wiąże się z możliwością eksploatowania gazu z łupków, którego zasoby szacuje się na 1,5–3 bln m3. Niestety technologia służąca do wydobywania tego gazu jest skomplikowana a przez to proces dość kosztowny. Póki co eksploatuje się zatem wyłącznie klasyczne krajowe złoża, ale pokrywają one niespełna 1/3 krajowego zapotrzebowania (rocznie 18 mld m3). Reszta gazu pochodzi z importu, głównie rurociągiem z Rosji a dzięki gazoportowi w Świnoujściu także statkami z USA. 

Obiekty gazoportu w Świnoujściu 
Zdjęcie: wikipedia

Surowy gaz zanim zostanie przesłany do końcowego odbiorcy zostaje oddzielony od zanieczyszczeń (innych frakcji węglowodorów, pary wodnej, siarka i siarkowodoru czy dwutlenku węgla). Czysty gaz jest bezwonny, bezbarwny, lżejszy od powietrza. Aby mógł być wyczuwalny przez człowieka (i przez to wykrywalne potencjalne nieszczelności), przed dystrybucją dodawane są do niego środki zapachowe w procesie nawonniania. Gaz dostarczany jest do odbiorców w formie wysokometanowej (wysoka kaloryczność - do 98% metanu) lub zaazotowanej (w składzie oprócz metanu występuje od 20 do 27% azotu). Odbiorcom bez dostępu do sieci oferuje się gaz płynny propan-butan.

* * *

Zapraszam na film prezentujący technologię dystrybucji gazu ziemnego: 

Zobacz też:

• Nafta i gaz cz.1 
• Nafta i gaz cz.2