LNG-ontvangstterminalproces
Bij aankomst van een LNG-transportschip wordt LNG overgebracht naar opslagtanks via scheepslospompen, vloeibare fase scheepsarmen en losleidingen. Het verdampte gas (BOG) dat tijdens het lossen wordt gegenereerd, wordt gedeeltelijk teruggevoerd naar de ladingtanks van het LNG-schip om de druk in de tanks in evenwicht te brengen. Een ander deel van het BOG wordt gecomprimeerd door BOG-compressoren en vervolgens gecondenseerd in een recondensor. Het gecondenseerde BOG wordt, samen met het uitgaande LNG, door hogedruk-afvoerpompen in de verdamper gepompt voor hervergassing.
De vaporizer zet LNG om in gasvormig aardgas. Het aardgas wordt vervolgens op druk gereguleerd en gemeten voordat het in het transmissiepijpleidingnetwerk wordt gestuurd. Daarnaast is het ook mogelijk om de BOG rechtstreeks te comprimeren tot de uitgaande pijpleidingdruk met behulp van boostercompressoren, waarbij het hervergassingsproces wordt omzeild.
Het LNG-hervergassings-/transmissiesysteem bestaat uit ondergedompelde vloeistofpompen in de LNG-opslagtank, een recondensor, hoge-/lagedruk-afvoerpompen buiten de tank, een verdamper en meetfaciliteiten.
Onder normale bedrijfsomstandigheden wordt alleen de Open Rack Vaporizer (ORV) / Integrated Full Containment Vaporizer (IFV) bediend. Tijdens onderhoud of noodpiekafvlakking kan de Submerged Combustion Vaporizer (SCV) echter parallel worden bediend.
Classificatie van LNG-verdampers
Verdampers zijn onmisbare apparatuur in LNG-ontvangstterminals. Hun structurele ontwerp varieert afhankelijk van de warmtebron die ze gebruiken.
1. Op basis van de benuttingsgraad kunnen vaporizers worden onderverdeeld in base-load vaporizers en peak-shaving vaporizers.
2. Afhankelijk van het type warmtebron kunnen verdampers worden ingedeeld in omgevingsverdampers (die gebruikmaken van bronnen zoals atmosferische lucht, zeewater of geothermisch water), procesverdampers (die gebruikmaken van warmte uit thermische of chemische processen) en direct gestookte verdampers (die gebruikmaken van warmte die wordt gegenereerd door de verbranding van brandstof).
Veelvoorkomende soorten LNG-verdampers die in ontvangstterminals worden aangetroffen
Lucht-omgevingsverdamper (AAV)
Intermediaire vloeistofverdamper (IFV)
Open Rek Verdamper (ORV)
Ondergedompelde verbrandingsverdamper (SCV)
(1) Lucht-omgevingsverdamper (AAV)
DeLucht-omgevingsverdampermaakt gebruik van atmosferische lucht als warmtebron om LNG te verdampen.AAV heeft een eenvoudige structuur en lage bedrijfskosten. Het kan onafhankelijk omgevingslucht gebruiken als warmtebron, waardoor emissies van verontreinigende stoffen en geluid volledig worden vermeden. Daarnaast kan het gecondenseerd water en gesmolten ijswater verzamelen voor productie of huishoudelijk gebruik.
AAV heeft echter enkele nadelen. Zo is er bij lage omgevingstemperaturen een extra verwarmingselement nodig om de warmte aan te vullen. Regelmatig ontdooien is ook nodig om ijsvorming op het oppervlak van de leidingen van de vaporizer te voorkomen.
Vanwege de relatief lage energie-input van luchtverwarming is AAV alleen geschikt voor systemen met kleinere installatieschalen en lagere LNG-verdampingsvereisten.
(2) Intermediaire vloeistofverdamper (IFV)
De IFV maakt gebruik van een tussenliggende warmteoverdrachtsvloeistof om de effecten van ijsvorming te verminderen. Veelgebruikte tussenliggende vloeistoffen zijn propaan, isobutaan, freon en ammoniak.
In praktische toepassingen werkt deze vaporizer in twee fasen. De eerste fase omvat warmte-uitwisseling tussen LNG en de tussenliggende vloeistof, terwijl de tweede fase warmte-uitwisseling omvat tussen de tussenliggende vloeistof en de warmtebronvloeistof.
IFV neemt een kleine footprint in beslag en kan stabiele verdampingssnelheden bieden. Bovendien is er geen risico op bevriezing van zeewater. Het significante voordeel ligt in het uitgebreide gebruik van energie, specifiek voor cogeneratie (warmtekrachtkoppeling) doeleinden.
Dit type verdamper wordt op grote schaal gebruikt in basislast-LNG-verdampingssystemen, met name in Japanse ontvangstterminals.
(3) Open-rack-vaporizer (ORV)
ORV gebruikt zeewater als warmtebron en biedt eenvoud in ontwerp, gemakkelijke bediening en eenvoudig onderhoud. Het is het meest voorkomende type verdamper dat wereldwijd in veel LNG-ontvangstterminals wordt gebruikt.
De mechanische structuur van een LNG ORV is eenvoudig, met de belangrijkste externe interfaces, waaronder LNG-inlaat, verdampt aardgas (NG)-uitlaat en zeewaterinlaat/-uitlaat. De warmtewisselingsbuizen zijn geïnstalleerd binnen een raamwerkstructuur.
De fundamentele eenheid van de vaporizer is de warmteoverdrachtsbuis, met meerdere buizen die in een plaatvormige configuratie zijn gerangschikt. Elke buis is gelast aan een gasheader of vloeistofheader om een buizenbundelplaat te vormen, en meerdere buizenbundelplaten vormen de vaporizer.
LNG komt binnen via de onderste hoofdleiding en wordt verdeeld in afzonderlijke kleine warmtewisselingsbuizen, die omhoog stromen in de buizenbundel voor warmtewisseling. Bovenaan de verdamper is een zeewaterdistributieapparaat geïnstalleerd. Zeewater komt van boven binnen en wordt verdeeld als een dunne film langs de buitenwand van de buizenbundel, waarbij warmte wordt overgedragen aan het vloeibaar gemaakte aardgas in de buizen, het wordt verwarmd en verdampt. ORV vereist minimale instrumentatie en is eenvoudig te onderhouden. Het werkt zonder open vlam, wat zorgt voor hoge veiligheidsnormen.
Daarnaast is er een variant genaamd SuperORV om externe ijsvormingsproblemen aan te pakken. Deze maakt gebruik van dubbellaagse warmteoverdrachtsbuizen waarbij LNG de binnenste buis binnenkomt via een onderste verdeler, gevolgd door geleidelijke verdamping in de ringvormige opening tussen de binnenste en buitenste buizen.
(4) Ondergedompelde verbrandingsverdamper (SCV)
SCV bestaat hoofdzakelijk uit een waterbad, brander, ventilator, rookgasinjectiepijp, omkasting, warmtewisselaarbuizenbundel en schoorsteen. Het brandstofgas wordt in de brander verbrand en het rookgas met hoge temperatuur wordt via de onderste uitlaatpijp in het waterbad afgevoerd, waardoor turbulente bewegingen in het waterbad ontstaan.
De LNG in de warmtewisselingsbuizen ondergaat voldoende warmtewisseling met het sterk geroerde water, wat resulteert in verwarming en verdamping. Vanwege het directe contact en de intense warmteoverdracht tussen het hogesnelheidsrookgas en het waterbad, is de warmteoverdrachtscoëfficiënt buiten de buizen hoog, wat zorgt voor een uniforme waterbadtemperatuur.
SCV biedt snelle en gemakkelijke
Vergelijking vanLNG-verdampers
Momenteel gebruiken LNG-ontvangstterminals doorgaans ORV, IFV, SCV en AAV. AAV heeft meer beperkingen en wordt relatief minder gebruikt in ontvangstterminals.
De Open Rack Vaporizer (ORV) gebruikt zeewater als warmtemedium en is kosteneffectiever vergeleken met de Submerged Combustion Vaporizer (SCV).
U dient er echter rekening mee te houden dat ORV hogere initiële investeringskosten voor apparatuur met zich meebrengt, waaronder de inlaat- en uitlaatopeningen voor zeewater, zeewaterleidingen, zeewaterpompen en zeewaterzuiveringsapparatuur.
Voor base-load LNG-ontvangstterminals zou ORV de eerste keuze moeten zijn. ORV heeft echter beperkingen in gevallen van extreem lage zeewatertemperaturen, zeewater dat schadelijke stoffen bevat voor de apparatuur, of wanneer rekening wordt gehouden met de bescherming van het mariene milieu.
SCV vereist een relatief lagere initiële investering, neemt een kleinere footprint in beslag en maakt een snelle opstart en uitschakeling mogelijk. SCV vereist echter brandstof, wat resulteert in hogere operationele kosten vergeleken met ORV.
De Immersed Flame Vaporizer (IFV) maakt gebruik van titaniumbuizen voor warmtewisseling, wat een veilige en stabiele werking mogelijk maakt, zelfs bij slechte zeewaterkwaliteit. De grootste uitdaging met IFV is de aanzienlijke beperking in de selectie van tussenliggende vloeistoffen.
Selectie van verdampers
Bij de selectie van vaporizers moet rekening worden gehouden met hun verwerkingscapaciteit, toepasbaarheid, veiligheid en betrouwbaarheid, flexibiliteit, investeringskosten, gebruiksomstandigheden (basisbelasting, piekafvlakking, noodgebruik), omgevingsfactoren en klimaatomstandigheden. Afhankelijk van de specifieke vereisten kunnen geschikte vaporizers afzonderlijk of in combinatie worden gekozen voor toepassing.
1. Verwerkingscapaciteit:
De verwerkingscapaciteit van een vaporizer moet overeenkomen met de ontworpen doorvoer van de ontvangende terminal. Als de terminal alleen "liquid in, liquid out" nodig heeft met aardgas uitsluitend voor consumptie ter plaatse, of als het jaarlijkse verwerkingsvolume klein is en er voldoende ruimte beschikbaar is, kunnen Ambient Air Vaporizers (AAV) worden overwogen.
2. Aanpassingsvermogen en betrouwbaarheid:
Gezien de "functionele positionering" van de ontvangende terminal, of het nu voor basislast, piekafvlakking of een combinatie van beide is, worden de aanpasbaarheid en betrouwbaarheid van de vaporizer cruciaal. Als continue en betrouwbare werking vereist is, moet de selectie van vaporizers die omvatten die geschikt zijn voor het verwerken van de basislast en voor noodpiekafvlakking, zoals Submerged Combustion Vaporizers (SCV) die een snelle opstart en uitschakeling mogelijk maken.
3. Milieuoverwegingen:
De omgevingsomstandigheden rondom de ontvangende terminal hebben voornamelijk betrekking op externe temperaturen (inclusief atmosferische en zeewatertemperaturen) en de aard en parameters van het zeewater. Bijvoorbeeld, bij het selecteren van Open Rack Vaporizers (ORV), moeten factoren zoals de diameter en concentratie van vaste deeltjes in zeewater, de aanwezigheid van zware metaalionen, de pH-waarde en andere chemische eigenschappen van zeewater in overweging worden genomen.
Economische overwegingen
De investeringskosten van vaporizers vormen een aanzienlijk deel van de totale investering in een ontvangstterminal. Bij het selecteren van vaporizers moet een uitgebreide vergelijking worden gemaakt tussen hun vaste investerings- en bedrijfskosten.
De Open Rack Vaporizer (ORV) gebruikt een grote hoeveelheid zeewater en heeft bepaalde kwaliteitseisen voor zeewater. Het heeft hogere investerings- en installatiekosten, maar lagere operationele kosten.
De initiële investering omvat kosten voor de verdamperapparatuur, ondersteunende zeewaterinlaat- en afvoeropeningen, zeewaterleidingen, zeewaterpompen en zeewaterzuiveringsapparatuur. Bedrijfskosten moeten ook rekening houden met het interval en de kosten voor het opnieuw aanbrengen van corrosiebeschermingscoatings op de warmteoverdrachtsoppervlakken.
Vergeleken met de Submerged Combustion Vaporizer (SCV) maakt ORV gebruik van zeewater en bestaat het operationele verbruik voornamelijk uit het elektriciteitsverbruik van zeewaterpompen. Het voordeel ligt daarom in aanzienlijk lagere operationele kosten, waarbij de operationele kostenverhouding tussen de twee typen ongeveer 1:10 bedraagt.
SCV blinkt uit in termen van totale investerings- en installatiekosten, compacte afmetingen en operationele flexibiliteit. Het fatale nadeel van SCV zijn echter de hoge operationele kosten.
Onder gunstige zeewateromstandigheden is het gebruik van ORV duidelijk de meest betrouwbare en kosteneffectieve optie.
Indien de kwaliteit van het zeewater echter een ernstige negatieve invloed heeft op de materialen die in ORV worden gebruikt (bijvoorbeeld hoge concentraties van grote zwevende vaste stoffen in zeewater, die de corrosiebeschermende coating op de warmteoverdrachtsoppervlakken aanzienlijk kunnen aantasten en de levensduur ervan kunnen verkorten), mag ORV niet worden gekozen.
Conclusie
Elk type vergasser heeft zijn eigen voor- en nadelen, evenals specifieke operationele omgevingen die geschikt zijn voor hen. Om verschillende omstandigheden in LNG-ontvangstterminals aan te kunnen, is het een goede keuze om 1-2 typen vergassers te selecteren voor combinatie, die hun respectievelijke sterke punten kunnen benutten en inherente beperkingen kunnen compenseren.
Normaal gesproken is bij het configureren van vergassers een combinatie van 1-2 typen vereist. Momenteel wordt de ORV+SCV-configuratie geprefereerd bij het selecteren van vergassers.
De open-rack vaporizer (ORV) is geschikt voor ontvangstterminals met grote verwerkingscapaciteiten en lage bedrijfskosten. De submerged burner vaporizer (SCV) heeft relatief hogere bedrijfskosten, maar een lagere initiële investering en betrouwbare werking.
In gevallen waarin het zeewater een hoog sedimentgehalte bevat of niet aan de vereiste chemische eigenschappen voldoet, kan de intermediaire vloeistofverdamper (IFV) als alternatief worden overwogen.
Momenteel zijn er 22 LNG-ontvangstterminals in bedrijf in China, met nog 13 meer langs de kustlijn in aanbouw. De bouw van LNG-ontvangstterminals zal de import van LNG-bronnen in ons land enorm bevorderen.
Vergassers zijn een essentieel onderdeel van LNG-ontvangstterminals. De juiste selectie van vergassers heeft rechtstreeks invloed op de veiligheid, betrouwbaarheid en economische aspecten van de terminalactiviteiten.
