Курсовая работа (т): Завод по производству сжиженного газа

Рис. 2 - Процесс сжижения природного газа (получение СПГ)

Основными элементами комплекса по производству СПГ являются: завод по сжижению природного газа, резервуары для хранения СПГ и комплекс по отгрузке сжиженного газа. Завод по сжижению газа является ключевым звеном производственно-сбытовой цепочки в сегменте СПГ. Функция хранения интегрирована в наливные сооружения. Далее танкеры-газовозы доставляют СПГ на приемный регазификационный терминал. После постановки на якорь и подсоединения наливных рукавов в порту производится разгрузка танкеров: СПГ перекачивается судовыми насосами в береговые резервуары для хранения. После чего сжиженный газ находится на хранении все еще в жидком состоянии в соответствующих резервуарах при атмосферном давлении. В регазификационных установках на принимающем терминале происходит управляемый процесс испарения, и затем природный газ в газообразном виде направляется дистрибьюторам и конечным потребителям по трубопроводам.

В целом общая технологическая цепочка производства и применения СПГ на суше состоит из следующих элементов:

Газопровод, соединяющий месторождение с берегом

Завод по сжижению газа на берегу, терминал по отправке, включающий порт, емкости для хранения СПГ, установки для загрузки судов

Флот танкеров-метановозов

Принимающий терминал и подразделение регазификации

Хотя элементы различны по своей сути, технологическая цепочка СПГ требует высокой степени взаимодействия и взаимозависимости между поставщиками и потребителями.

Кроме того, в настоящее время рассматривается возможность производства сжиженного природного газа непосредственно на месте добычи газа (на шельфовых месторождениях). Данная технология носит название FLNG (Floating Liquefied Natural Gas), что подразумевает под собой создание плавучих заводов СПГ. КонцепцияFLNG предполагает размещение объектов по сжижению газа прямо над скважинами, что позволяет исключить создание береговой инфраструктуры и транзитных трубопроводов. Сжижение газа происходит на борту плавучего судна, загрузка метановозов для отправки также осуществляется непосредственно в море (швартовка «бок-о-бок»).

Технология сжижения газа, его транспортировки и хранения уже вполне освоена в мире. Поэтому производство СПГ - довольно стремительно развивающаяся отрасль в мировой энергетике.

Регазификация сжиженного природного газа (СПГ) - процесс преобразования СПГ из жидкого состояния вгазообразное, после чего он становится пригодным для обычного использования - подачи по трубопроводам потребителям и закачки в газовые баллоны.

Транспортировка СПГ в крупных объёмах осуществляется морскими танкерами. Они доставляют СПГ на специальные регазификационные терминалы, которые состоят из причала, сливной эстакады, резервуаров для хранения, испарительной системы, установок обработки газов испарения из резервуаров и узла учёта.

По прибытии на терминал СПГ перекачивается из танкеров в резервуары для его хранения в сжиженном виде, затем по мере необходимости СПГ переводится в газообразное состояние. Превращение в газ происходит в системе испарения с помощью нагрева. Подогрев может осуществляться прямым и непрямым способом. В первом случае газ получает тепло непосредственно от горячего теплоносителя, во втором - тепло поступает к газу через промежуточный теплоноситель, обогреваемый горячим теплоносителем. Наиболее часто в качестве горячего теплоносителя используется морская вода, в качестве промежуточного теплоносителя - пропан.

По мощности СПГ терминалов, как и по объему импорта СПГ, лидирует Япония - 246 млрд кубометров в год по данным 2010 года. На втором месте - США, более 180 млрд кубометров в год (данные 2010 года). В целом на 2010 год совокупная мощность терминалов превысила 800 млрд кубометров.

2.1 Программа строительства завода СПГ

.1.1 Паспорт программы

Наименование Программы

«Строительство завода по сжижению природного газа (СПГ)

Цель Программы

Создание финансово-экономических, технологических и организационных условий для широкого внедрения в экономику РФ эффективного производства СПГ для диверсификации и безопасности экспортных поставок, а также преодоления имеющегося отставания в производстве этого перспективного вида энергоносителя

. Годовые диверсифицированные безопасные экспортные поставки СПГ.

. Поставки природного газа метана для решения проблемы автономной газификации.

. Обеспечение реальной возможности:

снижения до 25-30 %, вредных выбросов в атмосферу различными видами транспорта включая городские автобусы;

создания значительного количество новых рабочих мест на предприятиях, внедряющих криогенные технологии.

2.1.2 Постановка проблемы и разработка программных мероприятий

Государственная безопасность России это многоплановая задача, которая является постоянной заботой её Правительства и Законодательных органов.

Ответить на все вызовы, возникающие в исторической перспективе перед государством, в предлагаемой работе практически невозможно и это не является целью. Остановимся на следующих существенных проблемах безопасности, связанных с традиционным углеводородным топливом.

. Необходимость обеспечения безопасности и диверсификации экспортных поставок природного газа.

. Решение проблемы автономномной газификации отдалённых районов сибирских и дальневосточных регионов, а также рост цен на топливо внутреннего рынка для транспортных средств, включая сельскохозяйственные машин (и как следствие этого - рост цен на с/х продукцию).

. Увеличение вредных выбросов, связанное с ростом транспортных средств.

В решении рассматриваемых проблем ключевую роль может и должно сыграть использование сжиженного природного газ (СПГ). Перспективность его применения в качестве моторного топлива стало очевидным для большинства стран мира:

в США мэр г. Нью-Йорка принял решение о переводе всего муниципального транспорта на СПГ;

в Германии и Италии планируется перевести на СПГ муниципальный транспорт;

в Норвегии компания «Statoil» приступила к серийному производству судов на СПГ;

расширяется применение сжиженного природного газа на железнодорожном транспорте Европы (железнодорожные компании «Берлингтон Нозерн», «Моррисон - Кнудсен», «Санта Фе», «Юнион Пасифик).

Для сокращения отставания России в использовании СПГ как на внутреннем рынке, так и в случае безопасности экспортных поставок, необходимо комплексное решение упомянутых выше проблем, стоящих и перед государством.

2.2 Береговые объекты

Береговая часть проекта завода СПГ состоит из:

Береговой части морского магистрального трубопровода;

Установки комплексной подготовки газа (УКПГ);

Завода по сжижению природного газа (СПГ);

Объекты инфраструктурного обеспечения УКПГ и СПГ.

Газ, вместе с газовым конденсатом поступает с морского добычного комплекса по двум трубопроводам.

Береговая часть морского трубопровода от его выхода на берег до пробкоуловителя на установке комплексной подготовки газа (УКПГ) будет проложена под землёй и иметь протяжённость 10 км. После пробкоуловителя поток разделится на две части: половина газа пойдет на УКПГ, а другая - на завод СПГ для дальнейшей переработки и сжижения.

Основное назначение установки комплексной подготовки газа (УКПГ) - отделение газа от конденсата и подготовка его к транспортировке по магистральному трубопроводу.

Подготовленный газ с УКПГ будет подаваться в магистральный трубопровод входящий в единую систему газопроводов (ЕСГ) ОАО Газпром. Извлечённый конденсат, будет стабилизироваться, и отправляться на хранение и последующую отгрузку.

В состав завода по производству сжиженного природного газа (CПГ) входят следующие основные установки:

очистка от кислых компонентов;

осушка;

тонкая очистка от ртути;

доизвлечение конденсата;

многоступенчатое сжижение природного газа;

удаление азота.

Для процесса сжижения, происходящего при температуре около −160°С, используется хорошо зарекомендовавшая себя в мире технология APCI C3MR, основанная на сжатии газа с его последующим охлаждением с помощью пропана и, далее, смешанного хладагента в специальном криогенном теплообменнике.

Зона технической поддержки будет располагаться за пределами сооружений УКПГ и завода СПГ. В неё войдут офисные помещения, ремонтные мастерские, склады, лаборатория, пожарное депо и другие здания, необходимые для эксплуатации всего технологического комплекса проекта.

2.3 Технологический процесс для снижения стоимости СПГ

Спрос на сжиженный природный газ (СПГ) ежегодно растет примерно на 6%. Столь быстрые темпы роста стали возможными благодаря значительному снижению затрат по всей цепочке производства и сбыта СПГ. Поскольку почти 50% затрат завода по производству СПГ приходится на установку по сжижению природного газа, в этом сегменте существуют значительные стимулы для повышения производительности технологической линии и минимизации затрат.

В то же время для удовлетворения потребностей изолированных районов или районов с суровыми климатическими условиями нужны простые и надежные технологии. Поэтому в основе выбираемых технологических процессов должны лежать простые и четкие концепции, обеспечивающие простоту эксплуатации и высокий коэффициент готовности установок. Все используемое оборудование должно быть безопасным, хорошо испытанным и полностью доступным для приобретения.

Для достижения этих целей разработан технологический процесс LiquefinTM, который может быть рекомендован при строительстве завода СПГ.

2.3.1 Описание технологической установки

Технологическая установка по процессу Liquefin работает в соответствии с принципиальной технологической схемой, представленной на рисунке 3.

Рис. 3 - Общая схема технологической установки по процессу Liquefin

Предварительное охлаждение газа достигается при помощи использования смешанного хладагента вместо пропана. В этом технологическом процессе цикл предварительного охлаждения осуществляется при значительно более низкой температуре, чем в обычном технологическом процессе с двойным циклом: температура снижается до величины в диапазоне от минус 50°С до минус 80°С. При этих температурах криогенный смешанный хладагент может быть полностью сконденсировавшимся. Нет необходимости ни в каком разделении фаз и, более того, требующееся количество криогенного хладагента значительно снижается. Мольное соотношение между криогенным смешанным хладагентом и сжиженным природным газом в некоторых случаях может быть менее единицы. Общее требуемое количество энергии снижается, поскольку значительная часть энергии, необходимой для конденсации криогенного смешанного хладагента, смещается из криогенного цикла в цикл предварительного охлаждения. Кроме того, это приводит к улучшенному распределению требуемой поверхности теплообмена: то же самое количество пакетов параллельно может использоваться в секциях теплообмена между температурой окружающей среды и температурой криогенного цикла.

На технологической установке по процессу Liquefin оба смешанных хладагента используются одним и тем же способом, как чистые компоненты. Смешанный хладагент конденсируется и испаряется при различных уровнях давления в каждой секции без какого-либо разделения фаз или фракционирования.

Такой способ позволяет сделать линию теплообмена очень простой и компактной. Очень важным преимуществом этой новой схемы является возможность настройки энергетического баланса между двумя циклами. Это делает возможным использование непосредственно всей энергии, обеспечиваемой двумя идентичными газовыми турбинами, без какой-либо передачи энергии из одного цикла в другой.

Технологический процесс Liquefin обладает всеми положительными характерными особенностями каскадного технологического процесса, которыми являются значительно более высокий коэффициент теплопередачи и меньшее количество вращающегося (динамического) оборудования. Преимущества технологических установок по процессу Liquefin могут быть резюмированы следующим образом:

Отсутствие объединенного каскада: поскольку смешанный хладагент второго цикла полностью сконденсирован, два смешанных хладагента могут быть использованы тем же самым образом, как при работе с чистыми хладагентами в каскадном процессе.

Сбалансированность энергии: технологический процесс легко настраивается на получение одинаковой энергии для каждого цикла. С двумя идентичными газовыми турбинами это позволяет избежать трудности передачи энергии тем или иным образом от газовой турбины цикла предварительного охлаждения в криогенный цикл (с которой сталкиваются в цикле С3/MR - пропан/смешанный хладагент).

Компактная линия теплообмена на технологической установке по процессу Liquefin - было также определено, что она делает оптимальным использование оребренных теплообменников пластинчатого типа. Одна линия теплообмена используется для охлаждения газа от температуры окружающей среды до температур криогенного цикла. Технологический процесс был задуман таким образом, чтобы линия теплообмена была простой и компактной.

2.3.2 Конструкция холодной камеры

Компоновка оребренных теплообменников пластинчатого типа является сердцем этой технологии сжижения, и были затрачены значительные усилия для обеспечения оптимальной и не требующей квалифицированного обслуживания эксплуатации такого узла в сборе.

Высокие теплопроводность и коэффициент теплопередачи

Алюминий создает очень незначительное тепловое сопротивление для передачи тепла между жидкостями. Более того, обеспечиваемая ребрами развитая теплопередающая поверхность обеспечивает очень высокий коэффициент теплопередачи, делающий возможными превосходную теплопередачу и низкий перепад температур. Может достигаться очень высокая поверхностная плотность - до 2000 м2/м3. Это важно с точки зрения уменьшения габаритов, массы и, следовательно, стоимости.

Проектная гибкость. В отличие от кожухотрубных теплообменников, где в межтрубном пространстве может использоваться один единственный поток, в оребренных теплообменниках пластинчатого типа одновременно может находиться множество теплых и холодных потоков при различных давлениях. Современные технологии изготовления оребренных теплообменников пластинчатого типа хорошо отработаны, и такие теплообменники прекрасно зарекомендовали себя в криогенной отрасли в многочисленных крупномасштабных проектах.

Технологический процесс Liquefin особенно приспособлен к использованию оребренных теплообменников пластинчатого типа: все текучие среды, входящие в главную линию теплообмена, за исключением выходов из клапанов Джоуля-Томсона, находятся в одной фазе - паров или переохлажденной жидкости.

Кроме того, специальная компоновка на выходе из клапанов Джоуля-Томсона обеспечивает правильное количество хладагента в каждом параллельном пакете теплообменника и равномерное распределение между различными каналами пакета. Хорошее распределение является одним из ключевых параметров для обеспечения полной эффективности технологического процесса.

Для мощности порядка 5 миллионов тонн в год общий теплообменник для предварительного охлаждения и сжижения размещается в четырех холодных камерах, каждая с шестью параллельными линиями, состоящими из двух пакетов оребренных теплообменников пластинчатого типа, соединенных последовательно. Общий теплообменник большой цепочки, таким образом, компонуется на площадке размером 210м2 (2750 квадратных футов) с высотой, не превышающей 15 метров (50 футов). Линия теплопередачи составляет главную новизну этого технологического процесса. В дополнение к использованию обширного опыта изготовителей оребренных теплообменников пластинчатого типа в области изготовления очень похожего оборудования, компании разработчики провели специальные научные исследования и разработки в области оребренных теплообменников пластинчатого типа, связанные с термическим КПД, динамикой жидкостей и газов и механическими характеристиками. В тесном сотрудничестве с изготовителями оребренных теплообменников пластинчатого типа были выполнены сложные исследования напряжений во всех деталях криогенного узла в сборе.