Оборудване за LNG терминали

• Втечняването е най-ефективният начин за транспортиране на природен газ на големи разстояния
  
  

• Съоръженията могат да бъдат класифицирани като терминали за втечняване за износ на газ или терминали за регазификация за внос, или да комбинират и двете функции
  
  

• Втечненият газ се съхранява или в състояние на висока компресия, или в полукомпресирано състояние, или при поддържане на ниски температури

В Рамковата стратегия за устойчив енергиен съюз Европейската комисия ориентира своята политика по отношение на климата, като дава конкретен израз на амбицията си за преминаване към устойчива, сигурна и конкурентоспособна енергийна система. От основна важност в този контекст е енергийната ефективност “като самостоятелен източник на енергия и развиването на нисковъглеродните източници”. Сигурността на енергийните доставки е задача от глобален мащаб, чиито характеристики обаче са силно регионални. Вътрешното производство на изкопаеми горива отбелязва спад в целия Съюз поради ограничените запаси, загрижеността за околната среда или търговски съображения. Понастоящем ЕС внася 90% от суровия нефт, 69% от природния газ и 42% от въглищата и другите твърди горива.

Законодателството на ЕС относно сигурността на доставките до голяма степен се фокусира върху пазарите на природен газ и електроенергия, като адресира конкретните трансгранични предизвикателства. Диверсификацията на доставките на природен газ продължава да бъде основна цел на ЕС. Голямата зависимост от вноса представлява една уязвимост за Съюза, която обаче може да бъде преодоляна. За тази цел европейската газова система трябва да запази гъвкавостта си и способността си да реагира на промените в доставките.

Втечненият природен газ (liquefied natural gas – LNG) и развитието на инфраструктурата за управление на доставките и съхранението му представляват един стратегически инструмент за постигане на по-голяма диверсификация и адаптивност на енергийната система, който ще допринесе и за изпълнението на целите на Енергийния съюз за сигурни, устойчиви и конкурентни доставки на газ.

Технологии за LNG терминали

Втечненият природен газ се образува при охлаждане на природния газ до -162°C. Природният газ е най-чисто изгарящият въглеводород, което го прави много по-екологична алтернатива на останалите изкопаеми горива. При втечняването природният газ намалява обема си, като така съхранението и транспортирането стават много по-лесни и по-безопасни. LNG има коефициент на компресия от 1:600, докато при сгъстения природен газ (CNG) коефициентът на компресия е от 1:200 до 1:300. Така в резервоарите може да се съхранява газ с по-висока енергийна плътност и по-големи обеми.

Терминалът включва оборудването за товарене и разтоварване на втечнения природен газ от/на танкера, оборудване за пренос на промишлената площадка за втечняване (при терминали за износ). Също така на терминалите се извършват регазификация, обработка, съхранение, изпомпване, компресиране и измерване на газа. Втечняването е най-ефективният начин за транспортиране на природен газ на големи разстояния.

Плаващите инсталации за съхранение и регазификация (FSRU) са по-разходно ефективното решение за терминали. Терминалите могат да бъдат класифицирани като терминали за втечняване за износ на газ или терминали за регазификация за внос, или да комбинират и двете функции.

Втечняване

За да се гарантира безпроблемното втечняване на природния газ при -162°С, е необходимо първо да се отстранят редица примеси от тежки въглеводороди, въглероден диоксид и др. Също така преди втечняване водното съдържание трябва да се сведе до една милионна част. При плаващите инсталации за извеждането на водното съдържание се използва т.нар. азотен цикъл, който е по-лесен и по-безопасен начин за дехидратиране в сравнение с използваните на наземните терминали методи – нагряване под налягане, центрофугиране, прилагане на електрически ток под високо напрежение и др.

Охлаждането се извършва чрез топлообмен с едно или повече понижаващи температурата средства. Охлаждащият агент може да бъде пропан, пропилен, етилен, метан и др. Втечняването протича в множество цикли или еднократен цикъл на охлаждане на природния газ. Има три основни типа широко използвани инсталации за втечняване. Първият тип извършва охлаждането чрез каскаден цикъл с използване на няколко еднокомпонентни охлаждащи агенти в топлообменниците, разположени така, че температурата на газа да намалява постепенно до достигане на точката на втечняване. Същевременно налягането на газа се повишава чрез компресори. Вторият тип технология се състои в извършване на охлаждането в един цикъл, при който охлаждащият агент е от смесен тип. Последният метод включва многокомпонентен охлаждащ агент в специално проектирани топлообменници и комбинира другите два основни типа технология на втечняване.

Оборудване за товарене и разтоварване

При пристигането на терминала танкерите с газ акостират до мястото на разтоварване. Разтоварването най-често се извършва със свързване на съчленени стрели. Чрез тях газът се прехвърля за съхранение в терминала. Операцията по разтоварването на един танкер отнема минимум 12 ч. Тръбопроводите, по които протича втечненият газ, са специално проектирани да издържат на много ниски температури (-160°С). Конвенционалните въглеродни стомани са твърде крехки при толкова ниска температура. Следователно за тази нискотемпературна дейност се използват специални метални сплави там, където те влизат в контакт с LNG. Подходящи материали са алуминиеви сплави с 3 до 5% съдържание на магнезий и стомани с високо съдържание на никел – 9%. Товаро-разтоварните стрели и тръбопроводи са изолирани, за да се предотврати затоплянето от въздуха, така че да се сведе до минимум изпаряването на LNG.

Стрелите разполагат със специално проектирани въртящи се шарнирни връзки, за да се осигури необходимото движение между кораба и терминалните съоръжения. Осигурена е противотежест, за да се намали натоварването от стрелата върху колекторната връзка на кораба и да се редуцира силата, необходима за маневриране на стрелата.

Обхватът или работният радиус на стрелата се определя според измененията в приливите и отливите и изменението на надводния борд на кораба по време на товарене или разтоварване. Максимално допустимият ъгъл обикновено е 150° при върха; 15° отклонение на стрелата от вертикално положение; 10° издигане на рамото над хоризонталата. Една алтернатива на стрелите е използването на шлангове от нискотемпературен материал с много добра изолация. Недостатък на тези шлангове е, че са тежки и се налага допълнително планиране на действията при тяхното преместване.

Свързването между стрелата и кораба се осъществява или чрез фланцови връзки с болтове или чрез бързи връзки (QCDC) за по-експедитивна манипулация. Свързването се извършва ръчно, но обикновено скобите се затягат и отварят с хидравлична тяга. При изпомпването на товара връзката е усилена с механично заключване, което е независимо от хидравличния механизъм. В някои случаи бързите връзки са по-добрият вариант с оглед на безопасността на персонала, например на пристанища, в които маневрирането на кораба е проблемно.

Управление на изпаренията

Въпреки че криогенните резервоари за LNG са проектирани да запазят ниската му температура, те не могат да осигурят перфектна изолация срещу затопляне. Външни източници на топлина постепенно оказват въздействие върху резервоарите, което води до изпаряване на част втечнения природен газ, получава се т.нар. кипене на газа (boil-off gas – BOG).

Природният газ остава втечнен, поддържан под постоянно високо налягане, но когато настъпи кипене и той се преобразува отново в газ, разширяването на обема ще увеличи налягането в резервоара. Въпреки че резервоарите са проектирани да удържат на такова повишаване за кратко, продължителното покачване на налягането не може да се управлява ефективно и изисква алтернативни решения. Изпареният природен газ измества обема си в резервоарите за втечнен газ и се насочва към резервоари за изпарен газ (boil-off tanks). След това този газ може да бъде компресиран и включен в локалната газоснабдителна мрежа или може да бъде насочен към инсталацията за втечняване и върнат в първичните резервоари за съхранение на LNG.

Повторно втечняване се извършва чрез охлаждане на LNG. Този процес обаче има своите особености, които усложняват съхранението. Пренасочването на газ изисква много допълнително оборудване, което означава, че резервоарите добиват много големи размери. Процесът е по-практичен за големи наземни инсталации за втечняване, където пространството не е толкова голям проблем. При плаващите терминали проблемът с изпарения газ се решава чрез изгарянето му. Излишъкът от газ се подава към двигателите на кораба, които са проектирани за подходящото налягане на горивото, за да го изразходват пълноценно. По този начин BOG газът се използва като гориво, като някои танкери разчитат на BOG за извършване на определени маневри. Друга алтернатива е изгарянето на газа в системата за газификация.

Съхранение и изолация

Втечненият газ се съхранява или в състояние на висока компресия, или в полукомпресирано състояние, или при поддържане на ниски температури. При температура на околната среда под свръхвисоко налягане втечненият газ може да се държи в надземни сферични резервоари, закопани хоризонтално разположени цилиндрични резервоари или подземни изработки за съхранение. В полукомпресирано състояние се съхранява при температура над точката на кипене на продукта при нормално атмосферно налягане. Втечненият чрез охлаждане газ се съхранява при ниски температури в двустенни криогенни резервоари, двойни усилени резервоари или вкопани резервоари.

Резервоарите за втечнен газ трябва да бъдат оборудвани с предпазни изпускателни клапани за високо налягане. Използват се както конвенционалните пружинни, така и пилотни предпазни клапани. Изпускането на налягането може да се осъществи както в атмосферата, така и към съоръжение за изгаряне в зависимост от съхраняваните количества, площадката и газа. Пламегасителите, разположени във вентилационните тръби, са потенциална причина за запушване (от което може да последва повреда на резервоара) и съответно те трябва редовно да се проверяват и поддържат.

Обикновено резервоарът е снабден със система за разпръскване на вода, за да се осигури допълнителна защита в случай на пожар. Като алтернатива все по-често се използват плътни покрития, които се овъгляват при пожар, осигурявайки значително поглъщане на топлината и изолация.

Тръбопроводите и клапаните, използвани при обслужването на терминали за втечнен газ, се проектират, поддържат и инсталират в съответствие с приложимите стандарти и добри практики. Това например означава, че трябва да се осигури изолация на входните и изходните линии на всички резервоари за съхранение, да се предвиди подходяща компенсация за термично разширение и свиване в тръбопроводите и изпускане на налягането на течността, уловена между изолиращите клапани. Точките на опробване обикновено са снабдени с двойни спирателни кранове. Практиката е първичният изолиращ клапан да се отвори докрай и да се подаде газ към втория клапан. По този начин евентуално запушване поради образуване на хидрат ще възникне при втория клапан, оставяйки първичния клапан свободен да изолира резервоара отново, докато запушването се отстрани. Това е от особено значение за дренажните връзки на съдовете под налягане.

Регазификация

Процесът на топлообмен (директен или индиректен) между LNG и работни флуиди е основният принцип, използван за регазификация на природен газ в почти всички терминали за внос по света. Понастоящем се използват пет технологии за регазификация – отворени изпарители (open rack vaporizers – ORV), кожухотръбни изпарители (shell-and-tube vaporizers – STV), потопени изпарители (submerged combustion vaporizers – SCV) и комбинирани потопени агрегати (combined heat and power units with submerged combustion units – CHP-SCV). Други видове изпарители, така наречените атмосферни изпарители, се използват само за регазификация на много малки количества LNG и работят периодично.

Според средата, осигуряваща топлообмен, регазификацията може да се осъществи чрез изпаряване при топлообмен с околния въздух (ambient air vaporization AAV).

Газът преминава през поредица от повърхностни топлообменници. Въздухът се придвижва надолу в изпарителя и излиза от дъното му. Въздушният поток в топлообменника се придвижва или чрез естествена конвекция, или чрез инсталиране на вентилатори за принудителна тяга. При ORV изпарители обикновено се използва морска вода като източник на топлинна енергия в директна топлинна система за изпаряване на втечнен газ. На входа на системата се инжектира натриев хипохлорит, за да се контролира образуването на водорасли. Пречистената морска вода се изпомпва до горната част на топлообменника, след което преминава по външната повърхност на тръбните панели на топлообменика, като същевременно газът протича през тези тръби и възниква топлообмен. Охладената вода излиза през изпускателния отвор, а изпареният природен газ нахлува в камера, разположена в горната част. Тази технология е ефективна само ако температурата на морската вода е над 5°C. Топлината от промишлени процеси може също да се използва за регазификация на LNG.