Proces terminálu příjmu LNG
Po příjezdu přepravní lodi LNG je LNG převáděn do skladovacích nádrží prostřednictvím čerpadel na vykládání lodí, ramen lodí v kapalné fázi a vykládacích potrubí. Odpařený plyn (BOG) vznikající při vykládce se částečně vrací do nákladních nádrží lodi LNG, aby se vyrovnal tlak uvnitř nádrží. Další část BOG je komprimována kompresory BOG a poté kondenzována v rekondenzátoru. Kondenzovaný BOG spolu s odcházejícím LNG je čerpán vysokotlakými výtlačnými čerpadly do odpařovače k opětovnému zplynování.
Vaporizér přeměňuje LNG na plynný zemní plyn. Zemní plyn je pak před odesláním do přepravní potrubní sítě tlakově regulován a odměřován. Kromě toho je také možné přímo komprimovat BOG na výstupní tlak potrubí pomocí pomocných kompresorů, čímž se obchází proces zpětného zplyňování.
Systém zpětného zplynování/převodu LNG se skládá z ponořených kapalinových čerpadel uvnitř skladovací nádrže LNG, zpětného kondenzátoru, vysokotlakých/nízkotlakých výtlačných čerpadel umístěných vně nádrže, výparníku a měřicích zařízení.
Za normálních provozních podmínek je provozován pouze vaporizér s otevřeným stojanem (ORV) / integrovaný odpařovač úplného zadržování (IFV). Během údržby nebo nouzového špičkového oholení však lze ponořený spalovací odpařovač (SCV) provozovat paralelně.
Klasifikace výparníků LNG
Vaporizéry jsou klíčovým zařízením v přijímacích terminálech LNG a jejich konstrukční provedení se liší v závislosti na zdroji tepla, který využívají.
1. Na základě míry využití lze vaporizéry rozdělit na vaporizéry se základním zatížením a vaporizéry se sníženým výkonem.
2. Na základě typu zdroje tepla lze odpařovače klasifikovat jako odpařovače okolního prostředí (využívající zdroje, jako je atmosférický vzduch, mořská voda nebo geotermální voda), procesní odpařovače (využívající teplo z tepelných nebo chemických procesů) a odpařovače s přímým spalováním ( využití tepla vznikajícího spalováním paliva).
Běžné typy výparníků LNG nalezené v přijímacích terminálech
Vzduch Okolní teplota Vaporizér (AAV)
Střední fluidní odpařovač (IFV)
Vaporizér s otevřeným stojanem (ORV)
Ponořený spalovací výparník (SCV)
(1) Vzduch Okolní teplota Vaporizér (AAV)
TheAir Ambient vaporizérvyužívá atmosférický vzduch jako zdroj tepla k odpařování LNG.AAV se vyznačuje jednoduchou konstrukcí a nízkými provozními náklady. Dokáže nezávisle využívat okolní vzduch jako zdroj tepla, přičemž zcela zamezuje emisím škodlivin a hluku. Kromě toho může shromažďovat kondenzovanou vodu a rozpuštěnou ledovou vodu pro výrobu nebo domácí použití.
AAV má však některé nevýhody. Například při nízkých okolních teplotách je pro doplnění tepla vyžadován přídavný ohřívač. Pravidelné odmrazování je také nutné, aby se zabránilo námraze na povrchu trubek vaporizéru.
Vzhledem k relativně nízkému energetickému vstupu z ohřevu vzduchu je AAV vhodný pouze pro systémy s menšími instalačními měřítky a nižšími požadavky na odpařování LNG.
(2) Střední fluidní odpařovač (IFV)
IFV využívá střední teplonosnou kapalinu ke zmírnění účinků námrazy. Běžně používané meziprodukty zahrnují propan, isobutan, freon a čpavek.
V praktických aplikacích tento vaporizér pracuje ve dvou stupních. První stupeň zahrnuje výměnu tepla mezi LNG a mezilehlou tekutinou, zatímco druhý stupeň zahrnuje výměnu tepla mezi mezilehlou tekutinou a tekutinou zdroje tepla.
IFV zabírá malou plochu a může poskytnout stabilní rychlost odpařování. Navíc nehrozí zamrznutí mořské vody. Jeho podstatná výhoda spočívá v komplexním využití energie, konkrétně pro účely kogenerace (kombinace tepla a elektřiny).
Tento typ vaporizéru byl široce používán v systémech odpařování LNG se základním zatížením s významným využitím v japonských přijímacích terminálech.
(3) Vaporizér s otevřeným stojanem (ORV)
ORV využívá jako zdroj tepla mořskou vodu a nabízí jednoduchost designu, pohodlné ovládání a snadnou údržbu. Je to hlavní typ odpařovače používaný v mnoha terminálech pro příjem LNG po celém světě.
Mechanická struktura LNG ORV je přímočará, s hlavními vnějšími rozhraními včetně vstupu LNG, výstupu odpařeného zemního plynu (NG) a vstupu/výstupu mořské vody. Teplosměnné trubky jsou instalovány v rámové konstrukci.
Základní jednotkou odpařovače je trubice pro přenos tepla s několika trubicemi uspořádanými v deskovité konfiguraci. Každá trubka je přivařena ke sběrači plynu nebo sběrači kapaliny za účelem vytvoření desky svazku trubek a několik desek svazku trubek tvoří odpařovač.
LNG vstupuje ze spodní hlavní trubky a je distribuován do jednotlivých malých teplosměnných trubek, které proudí nahoru uvnitř trubkového svazku za účelem výměny tepla. V horní části odpařovače je instalováno zařízení pro distribuci mořské vody. Mořská voda vstupuje shora a je distribuována jako tenký film podél vnější stěny trubkového svazku, předává teplo zkapalněnému zemnímu plynu uvnitř trubek, zahřívá jej a způsobuje odpařování. ORV vyžaduje minimální vybavení a snadno se udržuje. Funguje bez otevřeného ohně, což zajišťuje vysoké bezpečnostní standardy.
Navíc pro řešení problémů s externí námrazou existuje varianta nazvaná SuperORV. Využívá dvouvrstvé teplosměnné trubky, kde LNG vstupuje do vnitřní trubky spodním rozdělovačem, po kterém následuje postupné odpařování v prstencové mezeře mezi vnitřní a vnější trubicí.
(4) Ponorný spalovací odpařovač (SCV)
SCV se skládá hlavně z vodní lázně, hořáku, dmychadla, vstřikovacího potrubí spalin, krytu, svazku teplosměnných trubek a komína. Uvnitř hořáku se spaluje topný plyn a spaliny o vysoké teplotě jsou odváděny do vodní lázně spodní výfukové potrubí, což způsobuje turbulentní pohyb ve vodní lázni.
LNG uvnitř teplosměnných trubek prochází dostatečnou výměnou tepla s vysoce rozvířenou vodou, což má za následek zahřívání a odpařování. Díky přímému kontaktu a intenzivnímu přenosu tepla mezi vysokorychlostními spalinami a vodní lázní je koeficient přenosu tepla vně trubek vysoký, což zajišťuje rovnoměrnou teplotu vodní lázně.
SCV nabízí rychlé a pohodlné
SrovnáníVaporizéry LNG
V současné době terminály pro příjem LNG běžně používají ORV, IFV, SCV a AAV. AAV má více omezení a je relativně méně využíván v přijímacích terminálech.
Vaporizér s otevřeným stojanem (ORV) využívá jako tepelné médium mořskou vodu a je nákladově efektivnější ve srovnání s odpařovačem s ponorným spalováním (SCV).
Je však důležité vzít v úvahu, že ORV přináší vyšší počáteční investiční náklady na vybavení, včetně vstupních a vypouštěcích výstupů mořské vody, potrubí na mořskou vodu, čerpadel na mořskou vodu a zařízení na čištění mořské vody.
U terminálů pro příjem LNG se základním zatížením by ORV měla být primární volbou. ORV má však omezení v případech příliš nízkých teplot mořské vody, mořské vody obsahující škodlivé látky pro zařízení nebo při zvažování ochrany mořského prostředí.
SCV vyžaduje relativně nižší počáteční investice, zabírá menší půdorys a umožňuje rychlé spuštění a vypnutí. SCV však vyžaduje palivo, což má za následek vyšší provozní náklady ve srovnání s ORV.
Vaporizér s ponořeným plamenem (IFV) využívá titanové trubky pro výměnu tepla, což umožňuje bezpečný a stabilní provoz i v přítomnosti špatné kvality mořské vody. Hlavním problémem IFV je značné omezení při výběru mezilehlých kapalin.
Výběr vaporizérů
Výběr vaporizérů by měl brát v úvahu jejich zpracovatelskou kapacitu, použitelnost, bezpečnost a spolehlivost, flexibilitu, investiční náklady, podmínky použití (základní zatížení, špička, nouzové použití), faktory prostředí a klimatické podmínky. V závislosti na konkrétních požadavcích lze pro aplikaci vybrat vhodné vaporizéry jednotlivě nebo v kombinaci.
1. Kapacita zpracování:
Procesní kapacita vaporizéru by měla odpovídat navržené propustnosti přijímacího terminálu. Pokud terminál vyžaduje pouze „kapalinu dovnitř, kapalinu ven“ se zemním plynem pouze pro spotřebu na místě, nebo pokud je roční objem zpracování malý a je k dispozici dostatek místa, lze zvážit odpařovače okolního vzduchu (AAV).
2. Adaptabilita a spolehlivost:
Vezmeme-li v úvahu „funkční umístění“ přijímacího terminálu, ať už jde o základní zatížení, špičku nebo kombinaci obojího, adaptabilita a spolehlivost vaporizéru se stává zásadní. Je-li vyžadován nepřetržitý a spolehlivý provoz, měl by výběr odpařovačů zahrnovat ty, které jsou vhodné pro manipulaci se základním zatížením i pro nouzové oholení špiček, jako jsou odpařovače se submerzním spalováním (SCV), které umožňují rychlé spuštění a vypnutí.
3. Environmentální hlediska:
Podmínky okolního prostředí přijímajícího terminálu se týkají především venkovních teplot (včetně atmosférických teplot a teplot mořské vody) a povahy a parametrů mořské vody. Například při výběru vaporizérů s otevřeným stojanem (ORV) je třeba vzít v úvahu faktory, jako je průměr a koncentrace pevných částic v mořské vodě, přítomnost iontů těžkých kovů, hodnota pH a další chemické vlastnosti mořské vody.
Ekonomické úvahy
Investiční náklady na vaporizéry tvoří významnou část celkových investic do přijímacího terminálu. Při výběru vaporizérů by mělo být provedeno komplexní srovnání jejich fixních investičních a provozních nákladů.
Vaporizér s otevřeným stojanem (ORV) využívá velké množství mořské vody a má určité požadavky na kvalitu mořské vody. Má vyšší investiční a instalační náklady, ale nižší provozní náklady.
Počáteční investice zahrnuje náklady na zařízení odpařovače, podpůrné vývody pro příjem a vypouštění mořské vody, potrubí na mořskou vodu, čerpadla na mořskou vodu a zařízení na čištění mořské vody. Provozní náklady by také měly vzít v úvahu interval a náklady na opětovné nanášení antikorozních nátěrů na teplosměnné plochy.
Ve srovnání s ponorným spalovacím odpařovačem (SCV) využívá ORV mořskou vodu a provozní spotřebu tvoří především spotřeba elektrické energie čerpadel mořské vody. Jeho výhoda tedy spočívá ve výrazně nižších provozních nákladech, přičemž poměr provozních nákladů mezi oběma typy je přibližně 1:10.
SCV vyniká z hlediska celkových investičních a instalačních nákladů, kompaktní velikosti a provozní flexibility. Avšak fatální nevýhodou SCV jsou jeho vysoké provozní náklady.
Za příznivých podmínek prostředí mořské vody je použití ORV evidentně nejspolehlivější a cenově nejefektivnější možností.
Pokud má však kvalita mořské vody závažný negativní dopad na materiály používané v ORV (např. vysoké koncentrace velkých nerozpuštěných látek v mořské vodě, které mohou výrazně ovlivnit antikorozní povlak na teplosměnných plochách a zkrátit jejich životnost), ORV by neměl být vybrán.
Závěr
Každý typ zplyňovače má své výhody a nevýhody a také specifická provozní prostředí, která jsou pro ně vhodná. Pro zvládnutí různých podmínek v přijímacích terminálech LNG je dobrou volbou vybrat pro kombinaci 1-2 typů zplyňovačů, které mohou využít jejich příslušné síly a kompenzovat přirozená omezení.
Při konfiguraci zplyňovačů je obvykle vyžadována kombinace 1-2 typů. V současné době je při výběru zplyňovačů preferována konfigurace ORV+SCV.
Open-rack vaporizér (ORV) je vhodný pro přijímací terminály s velkými zpracovatelskými kapacitami a nízkými provozními náklady. Odpařovač s ponorným spalováním (SCV) má relativně vyšší provozní náklady, ale nižší počáteční investice a spolehlivý provoz.
V případech, kdy mořská voda obsahuje vysokou úroveň sedimentu nebo nesplňuje požadované chemické vlastnosti, lze jako alternativu zvážit přechodný fluidní odpařovač (IFV).
V současné době je v Číně v provozu 22 terminálů pro příjem LNG, přičemž dalších 13 probíhá podél pobřeží. Výstavba přijímacích terminálů LNG výrazně podpoří dovoz zdrojů LNG u nás.
Zplyňovače jsou nezbytnou součástí přijímacích terminálů LNG a správný výběr zplyňovačů přímo ovlivňuje bezpečnost, spolehlivost a ekonomické aspekty terminálového provozu.
