Proces terminalu odbiorczego LNG
Po przybyciu statku transportowego LNG, LNG jest przepompowywany do zbiorników magazynowych za pomocą pomp rozładunkowych statku, ramion statku z fazą ciekłą i rurociągów rozładunkowych. Odparowany gaz (BOG) wytworzony podczas rozładunku jest częściowo zawracany do zbiorników ładunkowych statku LNG w celu zrównoważenia ciśnienia wewnątrz zbiorników. Inna część BOG jest sprężana przez sprężarki BOG, a następnie skraplana w rekondensatorze. Skroplony BOG, wraz z wychodzącym LNG, jest pompowany przez pompy wyładowcze wysokiego ciśnienia do parownika w celu regazyfikacji.
Parownik zamienia LNG w gazowy gaz ziemny. Następnie gaz ziemny jest regulowany pod względem ciśnienia i mierzony przed wysłaniem do sieci rurociągów przesyłowych. Ponadto możliwe jest również bezpośrednie sprężanie BOG do ciśnienia wyjściowego rurociągu za pomocą sprężarek wspomagających, omijając proces regazyfikacji.
System regazyfikacji/przesyłu LNG składa się z zanurzonych pomp cieczowych wewnątrz zbiornika magazynowego LNG, rekondensatora, pomp rozładowczych wysokiego/niskiego ciśnienia umieszczonych na zewnątrz zbiornika, parownika i urządzeń pomiarowych.
W normalnych warunkach pracy obsługiwany jest tylko Open Rack Vaporizer (ORV) / Integrated Full Containment Vaporizer (IFV). Jednak podczas konserwacji lub awaryjnego ścinania szczytów, Submerged Combustion Vaporizer (SCV) może być obsługiwany równolegle.
Klasyfikacja parowników LNG
Parowniki stanowią kluczowy sprzęt w terminalach odbioru LNG, a ich konstrukcja różni się w zależności od wykorzystywanego źródła ciepła.
1. Biorąc pod uwagę stopień wykorzystania, waporyzatory można podzielić na waporyzatory o obciążeniu podstawowym i waporyzatory o obciążeniu szczytowym.
2. Ze względu na rodzaj źródła ciepła, waporyzatory można podzielić na waporyzatory atmosferyczne (wykorzystujące takie źródła ciepła, jak powietrze atmosferyczne, woda morska lub woda geotermalna), waporyzatory procesowe (wykorzystujące ciepło z procesów termicznych lub chemicznych) oraz waporyzatory z bezpośrednim zapłonem (wykorzystujące ciepło wytwarzane w wyniku spalania paliwa).
Typowe typy parowników LNG stosowane w terminalach odbiorczych
Parownik powietrza otoczenia (AAV)
Parownik pośredni cieczy (IFV)
Parownik z otwartą półką (ORV)
Parownik spalinowy zanurzeniowy (SCV)
(1) Parownik powietrza otoczenia (AAV)
TenParownik powietrza otoczeniawykorzystuje powietrze atmosferyczne jako źródło ciepła do odparowywania LNG.AAV charakteryzuje się prostą konstrukcją i niskimi kosztami eksploatacji. Może niezależnie wykorzystywać powietrze otoczenia jako źródło ciepła, całkowicie unikając emisji zanieczyszczeń i hałasu. Ponadto może zbierać skroploną wodę i stopioną wodę lodową do produkcji lub użytku domowego.
Jednak AAV ma pewne wady. Na przykład w niskich temperaturach otoczenia, dodatkowa grzałka jest wymagana do uzupełnienia ciepła. Regularne rozmrażanie jest również konieczne, aby zapobiec oblodzeniu powierzchni rur parownika.
Ze względu na stosunkowo niskie zużycie energii na ogrzewanie powietrza, AAV nadaje się jedynie do systemów o mniejszej skali instalacji i niższych wymaganiach dotyczących odparowywania LNG.
(2) Pośredni parownik cieczy (IFV)
IFV wykorzystuje pośredni płyn przenoszący ciepło w celu złagodzenia skutków oblodzenia. Do powszechnie stosowanych pośrednich płynów należą propan, izobutan, freon i amoniak.
W zastosowaniach praktycznych ten parownik działa w dwóch etapach. Pierwszy etap obejmuje wymianę ciepła między LNG a pośrednim płynem, podczas gdy drugi etap obejmuje wymianę ciepła między pośrednim płynem a płynem źródła ciepła.
IFV zajmuje niewielką powierzchnię i może zapewnić stabilne tempo parowania. Ponadto nie ma ryzyka zamarzania wody morskiej. Jego znacząca zaleta polega na kompleksowym wykorzystaniu energii, szczególnie do celów kogeneracji (skojarzonego wytwarzania ciepła i energii).
Ten typ parownika jest powszechnie stosowany w podstawowych systemach odparowywania LNG i jest szczególnie wykorzystywany w japońskich terminalach odbiorczych.
(3) Parownik z otwartą półką (ORV)
ORV wykorzystuje wodę morską jako źródło ciepła i oferuje prostotę konstrukcji, wygodną obsługę i łatwą konserwację. Jest to główny typ parownika stosowany w wielu terminalach odbiorczych LNG na całym świecie.
Mechaniczna struktura LNG ORV jest prosta, z głównymi zewnętrznymi interfejsami obejmującymi wlot LNG, wylot odparowanego gazu ziemnego (NG) i wlot/wylot wody morskiej. Rury wymiany ciepła są instalowane w konstrukcji szkieletowej.
Podstawową jednostką waporyzatora jest rura przenosząca ciepło, z wieloma rurami ułożonymi w konfiguracji płytowej. Każda rura jest przyspawana do kolektora gazowego lub kolektora cieczowego, aby utworzyć płytę wiązki rur, a kilka płyt wiązki rur tworzy waporyzator.
LNG wchodzi z dolnej rury głównej i jest rozprowadzany do pojedynczych małych rur wymiany ciepła, przepływając w górę w wiązce rur w celu wymiany ciepła. Na górze parownika zainstalowane jest urządzenie do dystrybucji wody morskiej. Woda morska wchodzi od góry i jest rozprowadzana jako cienka warstwa wzdłuż zewnętrznej ściany wiązki rur, przenosząc ciepło do skroplonego gazu ziemnego wewnątrz rur, ogrzewając go i powodując parowanie. ORV wymaga minimalnej aparatury i jest łatwy w utrzymaniu. Działa bez otwartego płomienia, zapewniając wysokie standardy bezpieczeństwa.
Dodatkowo, aby rozwiązać problemy z zewnętrznym oblodzeniem, istnieje odmiana o nazwie SuperORV. Wykorzystuje ona dwuwarstwowe rury do przenoszenia ciepła, w których LNG wchodzi do rury wewnętrznej przez dolny dystrybutor, a następnie następuje stopniowe odparowywanie w szczelinie pierścieniowej między rurami wewnętrzną i zewnętrzną.
(4) Parownik spalinowy zanurzony (SCV)
SCV składa się głównie z kąpieli wodnej, palnika, dmuchawy, rury wtryskowej spalin, obudowy, wiązki rur wymiany ciepła i komina. Gaz opałowy jest spalany wewnątrz palnika, a wysokotemperaturowe spaliny są odprowadzane do kąpieli wodnej przez dolną rurę wydechową, powodując wirowy ruch w kąpieli wodnej.
LNG wewnątrz rur wymiany ciepła podlega wystarczającej wymianie ciepła z silnie wzburzoną wodą, co powoduje ogrzewanie i parowanie. Ze względu na bezpośredni kontakt i intensywny transfer ciepła między gazem spalinowym o dużej prędkości a kąpielą wodną, współczynnik przenikania ciepła na zewnątrz rur jest wysoki, zapewniając jednolitą temperaturę kąpieli wodnej.
SCV oferuje szybkie i wygodne
PorównanieParowniki LNG
Obecnie terminale odbiorcze LNG powszechnie używają ORV, IFV, SCV i AAV. AAV ma więcej ograniczeń i jest stosunkowo mniej wykorzystywany w terminalach odbiorczych.
Waporyzator Open Rack Vaporizer (ORV) wykorzystuje wodę morską jako nośnik ciepła i jest bardziej ekonomiczny w porównaniu do waporyzatora Submerged Combustion Vaporizer (SCV).
Należy jednak wziąć pod uwagę, że ORV wiąże się z wyższymi początkowymi kosztami inwestycji w sprzęt, obejmującymi otwory poboru i odprowadzania wody morskiej, rurociągi wody morskiej, pompy wody morskiej oraz sprzęt do oczyszczania wody morskiej.
W przypadku terminali odbiorczych LNG o podstawowym obciążeniu ORV powinien być pierwszym wyborem. Jednak ORV ma ograniczenia w przypadku nadmiernie niskich temperatur wody morskiej, wody morskiej zawierającej szkodliwe substancje dla sprzętu lub przy rozważaniu ochrony środowiska morskiego.
SCV wymaga stosunkowo niższej początkowej inwestycji, zajmuje mniejszą powierzchnię i umożliwia szybki rozruch i wyłączenie. Jednak SCV wymaga paliwa, co powoduje wyższe koszty operacyjne w porównaniu z ORV.
Immersed Flame Vaporizer (IFV) wykorzystuje rury tytanowe do wymiany ciepła, umożliwiając bezpieczną i stabilną pracę nawet w obecności złej jakości wody morskiej. Głównym wyzwaniem w przypadku IFV jest znaczne ograniczenie w wyborze pośrednich płynów.
Wybór waporyzatorów
Wybór waporyzatorów powinien uwzględniać ich wydajność przetwarzania, przydatność, bezpieczeństwo i niezawodność, elastyczność, koszty inwestycji, warunki użytkowania (obciążenie podstawowe, szczytowe cięcie, użycie awaryjne), czynniki środowiskowe i warunki klimatyczne. W zależności od konkretnych wymagań odpowiednie waporyzatory można wybierać indywidualnie lub w połączeniu do zastosowania.
1. Zdolność przetwarzania:
Wydajność przetwarzania waporyzatora powinna odpowiadać projektowanej przepustowości terminala odbiorczego. Jeśli terminal wymaga jedynie „płynu do środka, płynu na zewnątrz” z gazem ziemnym wyłącznie do konsumpcji na miejscu lub jeśli roczna objętość przetwarzania jest niewielka i jest dużo miejsca, można rozważyć waporyzatory Ambient Air (AAV).
2. Adaptacyjność i niezawodność:
Biorąc pod uwagę „funkcjonalne pozycjonowanie” terminala odbiorczego, czy chodzi o obciążenie podstawowe, szczytowe czy kombinację obu, adaptowalność i niezawodność waporyzatora stają się kluczowe. Jeśli wymagana jest ciągła i niezawodna praca, wybór waporyzatorów powinien obejmować te, które nadają się do obsługi obciążenia podstawowego, jak również do awaryjnego szczytowego waporyzatora, takie jak waporyzatory z zanurzonym spalaniem (SCV), które umożliwiają szybki rozruch i wyłączenie.
3. Zagadnienia środowiskowe:
Warunki środowiskowe otaczające terminal odbiorczy odnoszą się przede wszystkim do temperatur zewnętrznych (w tym temperatury atmosferycznej i wody morskiej) oraz charakteru i parametrów wody morskiej. Na przykład przy wyborze waporyzatorów Open Rack Vaporizers (ORV) należy wziąć pod uwagę takie czynniki, jak średnica i stężenie cząstek stałych w wodzie morskiej, obecność jonów metali ciężkich, wartość pH i inne właściwości chemiczne wody morskiej.
Rozważania ekonomiczne
Koszt inwestycji w waporyzatory stanowi znaczną część ogólnej inwestycji w terminal odbiorczy. Wybierając waporyzatory, należy dokonać kompleksowego porównania między ich stałą inwestycją a kosztami operacyjnymi.
Open Rack Vaporizer (ORV) wykorzystuje dużą ilość wody morskiej i ma pewne wymagania jakościowe dotyczące wody morskiej. Ma wyższe koszty inwestycji i instalacji, ale niższe koszty eksploatacji.
Początkowa inwestycja obejmuje koszty sprzętu parownika, pomocniczych otworów wlotowych i wylotowych wody morskiej, rurociągów wody morskiej, pomp wody morskiej i sprzętu do oczyszczania wody morskiej. Koszty operacyjne powinny również uwzględniać odstępy i wydatki na ponowne nakładanie powłok antykorozyjnych na powierzchnie wymiany ciepła.
W porównaniu do Submerged Combustion Vaporizer (SCV), ORV wykorzystuje wodę morską, a zużycie operacyjne składa się głównie ze zużycia energii elektrycznej przez pompy wody morskiej. Dlatego jego zaletą są znacznie niższe koszty operacyjne, przy czym stosunek kosztów operacyjnych między tymi dwoma typami wynosi około 1:10.
SCV wyróżnia się pod względem ogólnych kosztów inwestycji i instalacji, kompaktowych rozmiarów i elastyczności operacyjnej. Jednak fatalną wadą SCV są wysokie koszty operacyjne.
W sprzyjających warunkach środowiskowych, jakimi są woda morska, wykorzystanie ORV jest najwyraźniej najbardziej niezawodną i opłacalną opcją.
Jeśli jednak jakość wody morskiej ma poważny negatywny wpływ na materiały stosowane w ORV (np. wysokie stężenie dużych zawiesin stałych w wodzie morskiej, co może znacząco wpłynąć na powłokę antykorozyjną na powierzchniach wymiany ciepła i skrócić ich żywotność), ORV nie powinno być wybierane.
Wniosek
Każdy typ gazyfikatora ma swoje zalety i wady, a także specyficzne środowiska operacyjne, które są dla nich odpowiednie. Aby poradzić sobie z różnymi warunkami w terminalach odbiorczych LNG, dobrym wyborem jest wybranie 1-2 typów gazyfikatorów do kombinacji, które mogą wykorzystać ich odpowiednie mocne strony i zrekompensować wrodzone ograniczenia.
Zazwyczaj podczas konfigurowania gazyfikatorów wymagana jest kombinacja typów 1-2. Obecnie podczas wybierania gazyfikatorów preferowana jest konfiguracja ORV+SCV.
Parownik typu open-rack (ORV) nadaje się do terminali odbiorczych o dużej wydajności przetwarzania i niskich kosztach eksploatacji. Parownik typu submersed burning (SCV) ma stosunkowo wyższe koszty eksploatacji, ale niższą początkową inwestycję i niezawodną pracę.
W przypadku gdy woda morska zawiera dużą ilość osadów lub nie spełnia wymaganych właściwości chemicznych, alternatywą może być zastosowanie pośredniego odparowywacza cieczy (IFV).
Obecnie w Chinach działa 22 terminali odbiorczych LNG, a 13 kolejnych wzdłuż wybrzeża jest w trakcie budowy. Budowa terminali odbiorczych LNG znacznie zwiększy import zasobów LNG w naszym kraju.
Gazyfikatory stanowią istotny element terminali do odbioru LNG, a ich właściwy dobór ma bezpośredni wpływ na bezpieczeństwo, niezawodność i ekonomikę eksploatacji terminalu.
