Процесс на терминале приема СПГ
По прибытии судна для транспортировки СПГ СПГ перекачивается в резервуары для хранения через судовые разгрузочные насосы, судовые рукава жидкой фазы и разгрузочные трубопроводы. Испаренный газ (BOG), образующийся во время разгрузки, частично возвращается в грузовые танки судна для выравнивания давления внутри танков. Другая часть BOG сжимается компрессорами BOG, а затем конденсируется в реконденсаторе. Конденсированный BOG вместе с исходящим СПГ закачивается насосами высокого давления в испаритель для регазификации.
Испаритель преобразует СПГ в газообразный природный газ. Затем природный газ регулируется по давлению и измеряется перед отправкой в транспортную трубопроводную сеть. Кроме того, также возможно напрямую сжимать BOG до выходного давления трубопровода с помощью дожимных компрессоров, минуя процесс регазификации.
Система регазификации/передачи СПГ включает в себя погружные жидкостные насосы внутри резервуара для хранения СПГ, реконденсатор, нагнетательные насосы высокого/низкого давления, расположенные снаружи резервуара, испаритель и измерительные устройства.
В нормальных условиях эксплуатации работает только испаритель Open Rack (ORV) / интегрированный испаритель Full Containment (IFV). Однако во время технического обслуживания или экстренного пикового сглаживания параллельно может работать испаритель Submerged Combustion Vaporizer (SCV).
Классификация испарителей СПГ
Испарители являются важнейшим оборудованием на терминалах приема СПГ, и их конструктивные решения различаются в зависимости от используемого источника тепла.
1. В зависимости от коэффициента использования испарители можно разделить на испарители с базовой нагрузкой и испарители с ограничением пиковой нагрузки.
2. В зависимости от типа источника тепла испарители можно классифицировать на испарители с атмосферным теплом (использующие такие источники, как атмосферный воздух, морская вода или геотермальная вода), технологические испарители (использующие тепло от термических или химических процессов) и испарители с прямым нагревом (использующие тепло, выделяемое при сгорании топлива).
Распространенные типы испарителей СПГ, встречающиеся на приемных терминалах
Испаритель окружающего воздуха (AAV)
Промежуточный испаритель жидкости (IFV)
Испаритель с открытой стойкой (ORV)
Погружной испаритель горения (SCV)
(1) Испаритель окружающего воздуха (AAV)
TheВоздушный испаритель окружающего воздухаиспользует атмосферный воздух в качестве источника тепла для испарения СПГ.AAV отличается простой конструкцией и низкими эксплуатационными расходами. Он может самостоятельно использовать окружающий воздух в качестве источника тепла, полностью избегая выбросов загрязняющих веществ и шума. Кроме того, он может собирать конденсированную воду и талую ледяную воду для производственного или бытового использования.
Однако у AAV есть и недостатки. Например, при низких температурах окружающей среды требуется дополнительный нагреватель для поддержки тепла. Также необходимо регулярное размораживание для предотвращения обледенения поверхности труб испарителя.
Из-за относительно низкого энергопотребления при нагреве воздуха технология AAV подходит только для систем с меньшими масштабами установки и меньшими требованиями к испарению СПГ.
(2) Промежуточный испаритель жидкости (IFV)
БМП использует промежуточную теплопередающую жидкость для смягчения последствий обледенения. Обычные промежуточные жидкости, используемые в качестве промежуточных жидкостей, включают пропан, изобутан, фреон и аммиак.
В практических применениях этот испаритель работает в два этапа. Первый этап включает теплообмен между СПГ и промежуточной жидкостью, а второй этап включает теплообмен между промежуточной жидкостью и жидкостью-источником тепла.
БМП занимает небольшую площадь и может обеспечить стабильные скорости испарения. Кроме того, отсутствует риск замерзания морской воды. Его существенное преимущество заключается в комплексном использовании энергии, в частности, для целей когенерации (комбинированного производства тепла и электроэнергии).
Этот тип испарителя широко применяется в базовых системах испарения СПГ, в том числе в Японии на приемных терминалах.
(3) Испаритель с открытой стойкой (ORV)
ORV использует морскую воду в качестве источника тепла и предлагает простоту конструкции, удобство эксплуатации и простоту обслуживания. Это основной тип испарителя, используемый во многих терминалах приема СПГ по всему миру.
Механическая структура LNG ORV проста, с основными внешними интерфейсами, включая вход LNG, выход испаренного природного газа (NG) и вход/выход морской воды. Теплообменные трубки установлены внутри каркасной конструкции.
Основной единицей испарителя является трубка теплопередачи, с несколькими трубками, расположенными в пластинчатой конфигурации. Каждая трубка приварена к газовому или жидкостному коллектору, образуя пластину трубного пучка, а несколько пластин трубного пучка образуют испаритель.
СПГ поступает из нижней основной трубы и распределяется по отдельным небольшим теплообменным трубкам, текущим вверх внутри трубного пучка для теплообмена. В верхней части испарителя установлено устройство распределения морской воды. Морская вода поступает сверху и распределяется в виде тонкой пленки по внешней стенке трубного пучка, передавая тепло сжиженному природному газу внутри труб, нагревая его и вызывая испарение. ORV требует минимального количества приборов и прост в обслуживании. Он работает без открытого пламени, обеспечивая высокие стандарты безопасности.
Кроме того, для решения проблем внешнего обледенения существует вариант под названием SuperORV. Он использует двухслойные теплообменные трубки, где СПГ поступает во внутреннюю трубку через нижний распределитель, после чего происходит постепенное испарение в кольцевом зазоре между внутренней и внешней трубками.
(4) Погружной испаритель горения (SCV)
SCV в основном состоит из водяной бани, горелки, воздуходувки, трубы впрыска дымового газа, кожуха, пучка теплообменных труб и дымохода. Топливный газ сжигается внутри горелки, а высокотемпературный дымовой газ выпускается в водяную баню через нижнюю выпускную трубу, вызывая турбулентное движение в водяной бане.
СПГ внутри теплообменных трубок претерпевает достаточный теплообмен с сильно перемешиваемой водой, что приводит к нагреву и испарению. Благодаря прямому контакту и интенсивному теплообмену между высокоскоростным дымовым газом и водяной баней, коэффициент теплопередачи снаружи трубок высок, что обеспечивает равномерную температуру водяной бани.
SCV предлагает быстрые и удобные
СравнениеИспарители СПГ
В настоящее время терминалы приема СПГ обычно используют ORV, IFV, SCV и AAV. AAV имеет больше ограничений и относительно реже используется в терминалах приема.
Испаритель открытого типа (ORV) использует морскую воду в качестве теплоносителя и является более экономичным по сравнению с испарителем погружного сгорания (SCV).
Однако важно учитывать, что ORV требует более высоких первоначальных инвестиций в оборудование, включая водозаборные и сливные отверстия для морской воды, трубопроводы для морской воды, насосы для морской воды и оборудование для очистки морской воды.
Для базовых терминалов приема СПГ ORV должен быть основным выбором. Однако ORV имеет ограничения в случаях чрезмерно низких температур морской воды, морской воды, содержащей вредные для оборудования вещества, или при рассмотрении вопроса защиты морской среды.
SCV требует относительно меньших первоначальных инвестиций, занимает меньшую площадь и обеспечивает быстрый запуск и остановку. Однако SCV требует топлива, что приводит к более высоким эксплуатационным расходам по сравнению с ORV.
В испарителе с погружным пламенем (IFV) для теплообмена используются титановые трубки, что обеспечивает безопасную и стабильную работу даже при плохом качестве морской воды. Основной проблемой IFV является существенное ограничение в выборе промежуточных жидкостей.
Выбор испарителей
При выборе испарителей следует учитывать их производительность, применимость, безопасность и надежность, гибкость, инвестиционные затраты, условия использования (базовая нагрузка, ограничение пиков, аварийное использование), факторы окружающей среды и климатические условия. В зависимости от конкретных требований подходящие испарители можно выбирать по отдельности или в комбинации для применения.
1. Мощность переработки:
Мощность обработки испарителя должна соответствовать проектной пропускной способности принимающего терминала. Если терминалу требуется только «жидкость на входе, жидкость на выходе» с природным газом исключительно для потребления на месте или если годовой объем обработки невелик и имеется достаточно места, можно рассмотреть испарители окружающего воздуха (AAV).
2. Адаптивность и надежность:
Учитывая «функциональное позиционирование» приемного терминала, будь то для базовой нагрузки, пикового сглаживания или комбинации того и другого, адаптивность и надежность испарителя становятся решающими. Если требуется непрерывная и надежная работа, выбор испарителей должен включать те, которые подходят для обработки базовой нагрузки, а также для аварийного пикового сглаживания, такие как погружные испарители сгорания (SCV), которые обеспечивают быстрый запуск и выключение.
3. Экологические соображения:
Условия окружающей среды вокруг приемного терминала в первую очередь относятся к внешним температурам (включая температуру атмосферы и морской воды), а также к природе и параметрам морской воды. Например, при выборе испарителей Open Rack (ORV) необходимо учитывать такие факторы, как диаметр и концентрация твердых частиц в морской воде, наличие ионов тяжелых металлов, значение pH и другие химические свойства морской воды.
Экономические соображения
Инвестиционные затраты на испарители составляют значительную часть общих инвестиций в приемный терминал. При выборе испарителей следует провести комплексное сравнение между их фиксированными инвестициями и эксплуатационными расходами.
Испаритель Open Rack Vaporizer (ORV) использует большое количество морской воды и имеет определенные требования к качеству морской воды. Он требует больших инвестиций и затрат на установку, но меньших эксплуатационных расходов.
Первоначальные инвестиции включают расходы на испарительное оборудование, поддерживающие входы и выходы морской воды, трубопроводы морской воды, насосы морской воды и оборудование для очистки морской воды. Эксплуатационные расходы также должны учитывать интервал и расходы на повторное нанесение антикоррозионных покрытий на поверхности теплопередачи.
По сравнению с погружным испарителем сгорания (SCV), ORV использует морскую воду, а эксплуатационное потребление в основном состоит из потребления электроэнергии насосами морской воды. Поэтому его преимущество заключается в значительно более низких эксплуатационных расходах, при этом соотношение эксплуатационных расходов между двумя типами составляет примерно 1:10.
SCV выделяется с точки зрения общих инвестиционных и установочных расходов, компактных размеров и эксплуатационной гибкости. Однако фатальным недостатком SCV являются его высокие эксплуатационные расходы.
При благоприятных условиях морской среды использование ОРВ, очевидно, является наиболее надежным и экономически эффективным вариантом.
Однако если качество морской воды оказывает серьезное негативное воздействие на материалы, используемые в ОРП (например, высокая концентрация крупных взвешенных частиц в морской воде, что может существенно повлиять на антикоррозионное покрытие на поверхностях теплопередачи и сократить срок их службы), то ОРП выбирать не следует.
Заключение
Каждый тип газификатора имеет свои преимущества и недостатки, а также определенные рабочие среды, которые подходят для них. Для обработки различных условий на терминалах приема СПГ хорошим выбором будет выбор 1-2 типов газификаторов для комбинирования, которые могут использовать их соответствующие сильные стороны и компенсировать присущие им ограничения.
Обычно при настройке газификаторов требуется комбинация типов 1-2. В настоящее время при выборе газификаторов предпочтительна конфигурация ORV+SCV.
Испаритель с открытой стойкой (ORV) подходит для приемных терминалов с большой производительностью обработки и низкими эксплуатационными расходами. Испаритель с погружным горением (SCV) имеет относительно более высокие эксплуатационные расходы, но более низкие первоначальные инвестиции и надежную работу.
В случаях, когда морская вода содержит большое количество осадка или не соответствует требуемым химическим свойствам, в качестве альтернативы можно рассматривать испаритель промежуточной жидкости (ИПЖ).
В настоящее время в Китае действуют 22 терминала приема СПГ, а еще 13 находятся на стадии строительства вдоль побережья. Строительство терминалов приема СПГ будет в значительной степени способствовать импорту ресурсов СПГ в нашу страну.
Газификаторы являются важнейшим компонентом терминалов приема СПГ, и правильный выбор газификаторов напрямую влияет на безопасность, надежность и экономические аспекты работы терминала.
