наверх
Заказать обратный звонок

МЕНЮ

8-800-200-0358
 
  Газовое
оборудование
   Оборудование
для сжиженных
углеводородных
газов
    Резервуары
и технологическое оборудование
    Котельное
оборудование
 
 
 
 
 

Новости

Предлагаем автоцистерны-полуприцепы для перевозки СУГ

При автомобильных перевозках сжиженного газа большое внимание необходимо уделять обеспечению взрывобезопасности перевозок и и системам контроля при сливе-наливе и транспортировке газа.
02 Декабря 2018 г.

Регуляторы давления для сжиженного газа

Регуляторы давления сжиженного газа применяются в различных системах газоснабжения для снижения, регулирования и стабилизирования давления и поддержания его на заданном уровне вне зависимости от входного давления, расхода газа и изменения технических параметров работы газовой линии.
07 Ноября 2018 г.

Оборудование для сжиженных углеводородных газов в лизинг

Группа компаний «Газовик» совместно с ООО «Открытая лизинговая компания» предлагает в лизинг как продукцию собственных заводов, так и других производителей.
01 Октября 2018 г.

Статьи

СУГ в качестве резервного топлива котельных

Получение синтетического природного газа SNG и сжиженного углеводородного газа СУГ при помощи смесительных установок Metan для резервного газоснабжения котельных
03 Сентября 2018 г.

Криогенные резервуары

Это цилиндрические резервуары (вертикальные или горизонтальные) объемом до 250 м3 и сферические ― объемом 1440 м3.
07 Июня 2018 г.

Газгольдеры

Классификация и описание резервуаров для хранения СУГ
18 Мая 2018 г.

ГОСТы и СНиПы

ТУ 4859-004-12261875-2013. Насосно-счетная установка Vortex. Технические условия


08 Июня 2017 г.

Газы углеводородные сжиженные топливные. ГОСТ Р 52087-2003


26 Апреля 2017 г.

ВНТП 51-1-88 Ведомственные нормы на проектирование установок по производству и хранению сжиженного природного газа, изотермических хранилищ и газозаправочных станций (временные)


20 Февраля 2017 г.

Фотогалерея

Отгрузка двух СУГ-50 м3

Отгрузка двух СУГ-50 м3


29 Августа 2018 г.

Отгрузка подземных сосудов в Приморский край

Отгрузка подземных сосудов в Приморский край


05 Июля 2018 г.

Отгрузка электрическойиспарительной установки Propan

Отгрузка электрической
испарительной установки Propan


13 Июня 2018 г.

 
Версия для печати

Исследование зависимости выбора регазификационных схем для крупных заводов от климатических условий эксплуатации

На сегодняшний момент существует множество способов испарения и регазификации сжиженного природного газа, выбор которого зависит от места расположения завода (производственной площадки), климатических условий и требованию к производительности. Рынок сжиженного газа сейчас набирает обороты. Открывается много новых мелких терминалов в Юго-Западной Азии и Южной Америке. Эти заводы уделяют большое внимание энергетической эффективности своего производственного процесса. В данной статье мы рассмотрим зависимость выбора схемы испарения и регазификации от места расположения терминала - в теплом или холодном климате.

Содержание

Экскурс в общие тенденции рынка сжиженного газа

Исторически сложилось, что наиболее востребованными и энергономически выгодными испарительными схемами стали следующие:

  • испарители открытого типа составляют 70% рынка
  • испарители горения погружного типа используются на 20% предприятий
  • испарители жидкостного типа применяются на оставшихся 5% предприятий

Также находят свое применение и другие испарители, например, атмосферные испарители, которые не являются основным источником получения паровой фазы газа, а используются только при пиковых нагрузках.

Обычно тип испарителя/регазификатора подбирается в зависимости от условий эксплуатации и энергетической эффективности. Еще недавно терминалы регазификации сжиженного газа, поставляющие природный газ, рассматривались в качестве газоснабжающих предприятий и только, а применение газа как источника электричества и тепла практически не практиковалось. Но по мере возрастания стоимости получения энергии и обеспокоенность увеличением углеродосодержащих выбросов появляется все больше заводов, которые берут на вооружение новые способы получения тепла и электроэнергии.

Станции и заводы регазификации сжиженного газа строятся в тех местах, где наблюдается нехватка природного газа. С увеличением распространения сланцевого газа в Северной Америке многие заводы, нацеленные на импорт, перестраиваются на экспорт. Такая же ситуация со сланцевым газом намечается и в Китае, который, в конечном итоге, уменьшит объемы на внутреннем рынке. Сейчас терминалы все больше и больше строятся в экваториальных и субэкваториальных районах. Эти терминалы будут обслуживать более мелкий рынок потребления, поэтому размеры и производительность установок регазификации тоже невелики.

Параллельно развивается рынок использования емкостей для хранения газа и испарителей, а также емкостей со встроенными регазификаторами. Увеличивающееся количество проектов, например, в Индонезии, Литве, по проектированию и строительству больших емкостей для хранения и регазификации сжиженного газа является тому подтверждением. Такие заводы строятся на судостроительных верфях, так как их строительство занимает меньше времени, чем возведение на земле.

Емкости со встроенными регазификаторами для поставки газообразного топлива в целях получения электроэнергии наиболее подходят для электростанций средней мощности. Как правило, к емкостям с внешними испарителями применяются меньшие требования к производительности. Например, для эффективного снабжения электростанции на 500 МВт требуется 4000 м3/сутки.

Такие "морские" регазификационные заводы традиционно стали строяться в экваториальных странах, где температура окружающего воздуха практически всегда постоянна и не падает ниже +18ºС, и в субэкваториальных странах, где температура в зимний период может быть ниже +18ºС. К экваториальным странам относятся страны Южной Индии( Индонезия, Тайланд, Малайзия, Сингапур, Филиппины), Северной Америки (Мексика) и Южной Америки (Бразилия). К субэкваториальным странам можно отнести Китай, Вьетнам, Чили, Аргентина, Испания, Великобритания и Франция.

В статье рассматривается наиболее зарекомендовавшие себя на рынке схемы регазификации и испарения.

Виды испарительных и регазификационных установок

Среди широко используемых испарительных систем выделяют:

  • испарители открытого типа
  • испарители горения погружного типа
  • атмосферные испарители
  • испарители жидкостного типа

Первые два используются преимущественно в субэкваториальных территориях. Последнее время наблюдается тенденция смещения регазификационных заводов в экваториальные районы, где применение последних двух испарителей более эффективно.

Для выбора способа регазификации следует учитывать следующее:

  • место расположения завода
  • доступность и надежность источника тепла
  • изменчивость потребительского спроса
  • ограничения по выбросу в атмосферу и водоемы
  • ограничения по использованию морских ресурсов в производственных целях
  • производительность испарительных систем и эксплуатационные требования
  • эксплуатационная гибкость и безотказность работы
  • сметная стоимость проекта и эксплуатационные расходы

Испарители открытого типа как пример "морских" регазификационных установок и испарителей

Приемные терминалы сжиженного газа обычно располагаются близко к открытому морю, что позволяет легко сливать газ из танкеров. Морская вода - это самый дешевый теплоноситель по сравнению с другими видами теплоносителей. Единственным возможным препятствием становится обеспокоенность об экологических последствиях.

Схема испарителя открытого типа
Испарители открытого типа - это теплообменник, который в качестве теплоносителя использует морскую воду. Испарители данного вида хорошо зарекомендовали себя в Японии, Кореи и Европе. Температура воды, пригодная для использования в качестве источника тепла, составляет +5ºС и выше.

Элементы испарителя открытого типа обычно изготавливаются из алюминиевых сплавов, имеющих высокую механическую прочность для эксплуатации при криогенной температуре. Данные сплавы имеют высокую теплопроводность, что способствует эффективному теплообмену. Трубки образовывают панели, которые соединены с входным патрубком сжиженного газа и выходным патрубком уже регазифицированного продукта. Панели покрыты цинковыми сплавами для антикоррозионной защиты. Для поддержания поверхностей оребренных трубок чистыми необходимо проводить регулярное техническое обслуживание. Конструкция панелей позволяет легко проводить осмотр трубок. Также существует возможность изолировать секции панелей друг от друга, что позволяет влиять на их нагрузку. Особенностью данного вида испарителей является возможность регулировать нагрузки, компенсировать колебания входного объема газа, температуру газа на выходе, а также температуру морской воды.

Для крупных терминалов требуется проведение тщательного анализа морской системы места расположения завода, так как внесение изменений в технологический процесс уже после постройки завода достаточно дорогостоящее. Поэтому для разработки проекта морского регазификационного терминала следует рассмотреть следующие факторы:

  • подходит ли морская вода для использования?
  • содержит ли морская вода и в каком количестве ионы тяжелого металла, которые будут негативно влиять на поверхности панелей?
  • содержит ли морская вода и в каком количестве твердые взвеси: избыточное образование осадка может образовать пробку в ванне и панели (для уменьшения скорости образования осадков можно использовать входную систему фильтрации)
  • необходимо организовать хорошую защиту водоема и окружающей флоры и фауны
  • необходимо обеспечить необходимую степень хлорирования морской воды для снижения скорости обрастания подводной части оборудования регазификационных установок (при этом следует помнить, что большой объем хлорного остатка в сточных водах негативно воздействует на окружающую среду)
  • температура отработанной морской воды должна отвечать существующим требованиям нормативных актов
  • в случае размещения завода в холодном климате возможно использование дополнительного подогрева воды и паровой фазы на выходе
  • необходимость обеспечения резервной линии регазификации
  • в случае близкого расположения завода к источникам отбросного тепла (например, энергоустановкам) и возможности использования тепловых энергоресурсов рассмотреть целесообразность строительства регазификационных установок, использующих природные ресурсы

Испарители (регазификаторы) горения погружного типа

В процессе испарения сжиженного газа за счет топливного газа потребляется примерно 1,5% уже полученной паровой фазы на собственные нужды. Это снижает мощность установки и общую прибыль предприятия. Из-за высокой стоимости газа данный вид  испарителей часто используется в зимний период в дополнение к испарителям открытого типа, когда температура морской воды недостаточна высока.

Схема испарителя горения погружного типа

 

Испарители горения погружного типа работают следующим образом: сжиженный газ поступает в змеевик из нержавеющей стали, который погружен в водяную ванну, которая нагревается от прямого контакта с жаровой трубой горелки. Газообразные продукты сгорания распыляются в воду через распылители, которые расположены под теплообменной трубой. Разбрызгивание активизирует вихревой поток, результатом которого становится высокий теплообмен и теплоотдача (более 98%). Образующиеся вихри также уменьшают процесс отложения накипи на поверхностях теплообмена.

Так как водяная ванна всегда эксплуатируется при постоянной температуре и имеет высокую теплоемкость, данная система испарения легко справляется с внезапными сбоями нагрузок и может легко отключиться или включиться снова.

Водяная ванна является кислотообразующей, так как газообразный продукт сгорания (СО2) скапливается в воде. Для контроля уровня pH и защиты трубок от коррозии добавляются щелочные химические вещества, например, углекислый натрий или гидрокарбонат натрия. Окисленная вода должна быть нейтрализована до того, как будет слита в водоем.

Чтобы минимизировать выбросы оксидов азота, используются специальные малотоксичные горелки с выбросом не более 40 мг/л. Уровень выброса оксидов азота также может быть снижен за счет использования системы избирательной каталитической нейтрализации, которая гарантирует максимальное содержание не более 5 мг/л.

Испарители горения погружного типа широко распространены за счет высокой безопасности эксплуатации: утечка газа легко обнаруживается углеводородными сигнализаторами; отсутствует возможность возгорания, так как температура внутри ванны всегда находится ниже температуры возгорания газа.

Система автоматизированного управления испарителями горения погружного типа сложнее, чем испарителя открытого типа, так как имеет большее количество приборов - воздушный компрессор, система разбрызгивания, горелка и др. А среди преимуществ дополнительно можно отметить малую площадь, необходимую для установки испарителя данного вида.

Атмосферные испарители (регазификаторы)

Схема атмосферного испарителя (регазификатора)Воздух является еще одним бесплатным источником тепла, который может использоваться в процессе регазификации. Атмосферные регазификаторы используются с криогенными системами, например, воздухоразделительными установками.

Атмосферные испарители представляют собой вертикальный теплообменник, в котором происходит процесс охлаждения внутритрубного пространства и его размораживание. Автоматический клапан-переключатель срабатывает на начало процесса размораживания. Данные испарители используются для малой производительности или в качестве резервной линии для обеспечения пиковых нагрузок.

Атмосферный испаритель - это теплообменник, состоящий из длинных вертикальных трубок, которые способствуют поддуву воздуха вниз. Это обеспечивается тем, что плотность более теплого воздуха наверху меньше плотности более холодного воздуха на дне испарителя. Конденсат и тающий лед в дальнейшем используются для собственных нужд.

Для того, чтобы избежать отложения на поверхности трубок теплообменника, требуется цикл оттаивания (4-8 часов). Длинные эксплуатационные циклы приводят к тому, что образуется плотный лед на теплообменных трубках, что требует более долгое время оттаивания - теплообменник сначала устанавливается в режим ожидания, когда происходит или естественный приток теплого воздуха или его подача дутьевым вентилятором. Использование дымососа может сократить время оттаивания, но для этого потребуется дополнительная мощность. При этом, сокращение время оттаивания не является критичной задачей, так как объем и скорость теплообмена, в любом случае, ограничены ледяными прослойками, которые становятся своего рода теплоизоляцией.

В связи со спецификой данного процесса регазификации возможно образование тумана вокруг установок. Степень и плотность тумана зависят от относительной влажности района эксплуатации, скорости ветра, температуры окружающего воздуха и др.

Производительность атмосферных испарителей зависит от характеристик поступающего сжиженного газа, от требований к паровой фазе, от эксплуатационных условий (температура окружающего воздуха, относительная влажность, высота, уровень солнечной радиации, а также близость к смежным конструкциям).

Атмосферные регазификаторы и испарители наиболее выгодны в экваториальном климате, где температура воздуха круглогодично держится на одном уровне. В более прохладных субэкваториальных районах дополнительно может потребоваться подогрев паровой фазы на выходе.

Испарители жидкостного типа

Испарители жидкостного типа используют жидкость в качестве теплоносителя, который циркулирует в замкнутой системе и передает тепло сжиженному газу. Обычно используются следующие теплоносители:

  • гликоль или вода
  • углеводородные теплоносители (пропановые, бутановые или смешанные хладагенты)
  • горячая вода

Испарители жидкостного типа на гликоле/воде

Схема жидкостного испарителя на гликоле/воде с разными источниками тепла

 

В данных испарителях в качестве теплоносителей может выступать этиленгликоль или пропиленгликоль, а также другие жидкости с низкой температурой замерзания. Передача тепла от гликоля сжиженному газу происходит в кожухе и теплообменнике.

Конструкция жидкостных испарителей на гликоле представляет собой вертикальный кожухотрубчатый теплообменник.

В настоящее время гликолевые жидкостные испарители составляют всего лишь 5% от всего рынка испарительного и регазификационного оборудования. Некоторые операторы также могут использовать другие способы для подогрева теплоносителя, например, воздухоподогреватели, морскую воду, пламенный подогреватель или обратную охлаждающую камеру.

Применение воздухоподогревателей способствует образованию конденсата, особенно в экваториальных регионах. Качество конденсата соответствует качеству дождевой воды, поэтому он может быть собран, очищен и использован для других целей. Воздушный теплообменник представляет собой оребренные трубки, а образование наледи предотвращается гликолем, так как его рабочая температура может регулироваться и держаться на уровне выше температуры образования льда.

Принцип действия обратной охлаждающей камеры заключается в извлечении тепла из окружающей среды через прямой контакт с оборотной жидкостью посредством сухого тепла или водного конденсата. Тепло от оборотной воды может быть также передано теплоносителю в теплообменном контуре.

Тепло морской воды также может быть использовано. Правда, в этом случае потребуется более частое техническое обслуживание теплообменников.

Пламенные подогреватели дополнительно требуют затраты на топливо, а для соблюдения норм выбросов вредных веществ в атмосферу на выходной трубопровод может быть установлена система избирательного каталитического восстановления.

 

Жидкостные испарители по принципу цикла Ренкина

Схема жидкостного испарителя по принципу цикла Ренкина

 

Данная система использует пропановые, бутановые или другие углеводородные хладагенты в качестве теплоносителя. Использование углеводородных сред помогает избежать проблем с замерзанием теплоносителя при температуре +1ºС, что снижает затраты на топливо.

Нагрев сжиженного газа достигается использованием двух теплообменников: первый использует удельную теплоту конденсата пропана, второй использует морскую воду для окончательного нагрева жидкой фазы. Во втором теплообменнике также происходит испарение пропана (из первого теплообменника) для последующей его циркуляции.

Так как нагрев морской водой осуществляется только во втором теплообменнике, отсутствует прямой контакт с сжиженным газом, и, соответственно, не происходит замерзание воды.

Пропан или бутан также могут выступать в качестве теплоносителя при установке специального оборудования - труборасширителя. При использовании паровой фазы сжиженного газа в качестве теплоносителя можно получить дополнительную энергию. На большинстве предприятий давление в трубе ниже давления газа на выходе, поэтому этот факт зачастую используется для получения энергии. Например, когда сжиженный газ нагнетается под давлением 10 МПа и более, затем нагревается и расширяется до 3 МПа, высвободившееся давление можно использовать для получения энергии. Расширившийся газ охлаждается при помощи морской воды до температуры трубопровода.

Тепловая интеграция испарителей с энергетическими установками

Схема внедрения испарительных систем в энергетические установкиКогда станции регазификации расположены близко к энергетическим установкам, может применяться гибридная схема использования тепла отработанных газов от энергетической установки, а испаритель горения погружного типа может увеличить теплоотдачу и принести дополнительную эффективность от процесса регазификации.

Принцип действия такой схемы в следующем: отработанные газы от газовой турбины  проходят через нагревательную камеру, где повышается температура в проходящем рядом водяном контуре. Эта горячая вода затем циркулирует и поступает в водяную ванну испарителя горения погружного типа для испарения жидкой фазы газа.

Отработанная охлажденная вода от испарителя может быть возвращена обратно в контур для последующей рециркуляции или использована для понижения температуры газа на входе в турбину. Обычно на каждый градус снижения температуры воздуха приходится повышение выходной мощности энергоустановки на 1%. При этом использование конвертивных турбин более эффективно.

В зависимости от объема отработанных газов от газовой турбины потребление топливного газа испарительной установкой сводится к минимуму или может быть и вовсе исключено. Дополнительным преимуществом такой схемы является снижение вредных выбросов в атмосферу.

Такая схема может работать по двум "сценариям": первый - испаритель функционирует как самостоятельная единица, второй - испаритель может использовать горячую воду от энергоустановки для регазификации, без применения погружной горелки.

Выводы

Оптимальный выбор схемы регазификации сжиженного природного газа зависит от места расположения производства, от доступности источников тепла, а также от государственных норм регулирования и требованиям к мощности и параметрам эксплуатации. Главными задачами выбора той или иной схемы регазификации/испарения являются достижение минимального негативного воздействия на окружающую среду и получение максимальной производительности оборудования.

 

05 Ноября 2015 г.