Диссертация (1172966), страница 6
Текст из файла (страница 6)
В большинстве промышленных процессов сжижения природногогаза в качестве хладагента на первом этапе охлаждения используется пропан.Каждая ступень на рисунке – это отдельный уровень охлаждения, отличающийсявеличиной давления и температурой.Способдостижениятермодинамическойэффективностипроцессовсжижения и рациональный выбор оборудования оказывают влияние на общуюэффективность, работоспособность, надежность и стоимость завода СПГ.К ключевым компонентам оборудования процесса сжижения относятся,прежде всего, теплообменники и компрессоры, а к технологическим – типхладагента и способ внешнего охлаждения.Крупнотоннажные процессы различаются по числу циклов охлаждения итипом оборудования, в частности теплообменников.
На сегодняшний день вмировойиндустриисжиженногоприродногогазазадействовано735технологических процессов, 1 крупнотоннажная технология еще не имеетиндустриального применения, но рассматривается как перспективная и взята заосновувнекоторыхпроектах.Средиразработчиковкрупнотоннажныхтехнологий – компании Air Products and Chemicals Inc. (APCI), ConocoPhillips,Shell, Statoil, Linde AG, Axens (таблица 1.2).Таблица 1.2 – Крупнотоннажные технологические процессы сжиженияприродного газаПроцесс*ХолодильныйагентAPC C3MRТМС3/СХАДоля вмировомпроизводстве,% (2019 г.) [1]42APC C3MR/Split MRТМС3/СХА18APC AP-X®С3/СХА/N212C3/MR (PMR)С3/СХА1,2DMRСХА/СХА3,7IFP/AxensLiquefinСХА/СХА0ConocoPhillipsConocoPhillips OptimisedCascade®С3/Этилен/C122Statoil / LindeLinde MFCСХА/СХА/СХА1,1Компания-разработчикAPCIShellОбозначения и сокращения в таблице:СХА – смесевой хладагент;C1 – метан; С3 – пропан; N2 – азот*Подробное описание технологий даны в работе [7]Источник: составлено автором по литературным источникамТехнологические процессы компании Air Products (США) в 2019 г.используются на 72 % существующих производственных линий, в т.
ч. на заводеЯмал СПГ (Россия), и задействованы на 59 % строящихся линий.Опыт использования Оптимизированного Каскада ConocoPhillips выявилего приемлемость для сухого газа в качестве сырья, поэтому данная технологияшироко используется в Австралии при сжижении метана угольных пластов, атакже в некоторых проектах в США при сжижении трубопроводного газа.
[1]36Процесс MFC® (Mixed Fluid Cascade) был разработан альянсом Statoil/Lindeи выбран для норвежского завода СПГ Snohvit производительностью 4,3 млн т вгод.Процесс Liquefin французской компании Axens, дочерней компанииИнститута Нефти Франции (IFP), был выбран для Иранского проекта Pars LNGпосле сравнения с другими процессами, из которых американские технологиибыли исключены вследствие эмбарго. В настоящее время этот проектприостановлен.Российский завод СПГ на о. Сахалин использует технологию сжиженияDMR с двумя холодильными циклами, в каждом из которых циркулируетсмесевой хладагент.
Эта технология была разработана компанией Shell дляработы в холодных климатических условиях. Преимущество данной технологиисостоит в том, что состав смесевого хладагента цикла предварительногоохлаждения можно менять в зависимости от температуры окружающей среды, чтоприводит к перераспределению нагрузки между циклами и, в результате, кповышению производительности установки сжижения.1.2.1.2 Крупнотоннажная транспортировка СПГМорские перевозки являются важным звеном в цепи СПГ от месторожденияк потребителю. Суда для перевозки СПГ являются одними из самых дорогихсудов в мире (от 210 до 285 млн. долларов США за крупный танкер). [8] Какправило, каждый новый проект крупнотоннажного завода сопровождаетсязакладкой собственных судов для поставок СПГ.О росте производства СПГ за последнее время можно судить по общемучислу метановых танкеров: в 2001 году морские перевозки СПГ осуществляли 128танкеров, в 2006 году – уже 208, в 2009 – 333, в 2011 – 366, в 2016 – 439.
[6, 9, 10]На конец 2018 г. мировой флот СПГ насчитывал 525 активных танкеров и 107 –на разных стадиях проектирования и строительства. [1]37В зависимости от конструкции танков танкеры СПГ подразделяются на дватипа: с независимыми (несущими) танками и мембранные (таблица 1.3).Таблица 1.3 – Конструктивные типы танкеровТип танкераКонструкция танковСферическая Moss RosenbergС независимыми танкамиПризматическая IHI-SPBПризматическая ADBTСистема NO 96С мембранными танкамиСистема Mark IIIИсточник: составлено автором по литературным и интернет-источникамНезависимые танки имеют единую оболочку, выполненную из алюминияили специальных сплавов и окруженную слоем изоляции. Конструкция танковисключает катастрофические последствия при повреждении и бывает следующихсистем:−норвежская система Moss Rosenberg со сферическими танками;−системаIHI-SPBспризматическимитанками,разработаннаякомпанией IHI на базе концепции компании Conch;−сиcтема ADBT компании Aker Solutions с призматическими танками.[7]Сферические танки системы MOSS первоначально были взяты от судов,перевозящих сжиженные нефтяные газы, и очень быстро завоевали популярность.Авторские права на конструкцию принадлежат компании Moss Maritimo(Норвегия).
Это независимые танки, не являющиеся частью корпуса судна(рисунок 1.8), они установлены в корпус судна на специальные опорные кольца.Танки относятся к типу В – построены в соответствии со специальнымианалитическими расчетами, которые позволяют танкам выдерживать напряжения,деформацию и усталость металла. [7]38Рисунок 1.8 – Метановоз с танками сферической конструкции(Источник: Gazprom Sakhalin Holdings B.V.)Сферические танки изготавливаются из листов алюминиевых сплавов илилегированной никелем стали толщиной от 40 до 80 мм. Их диаметр достигает40 м, поэтому они почти наполовину выступают над уровнем верхней палубы.Внутри танков отсутствуют какие-либо конструктивные элементы или ребражесткости.
Наружная изоляция изготавливается из пенополиуретана, на внешнююповерхность которого наносят алюминиевую фольгу. Толщина изоляции накрупных газовозах достигает 250 мм. Надпалубную часть танков закрываютстальными кожухами.К достоинствам сферических танков относятся относительная дешевизна идлительный положительный опыт эксплуатации.
Эти танки не подвержены«слошингу» – эффекту колебания жидкости при большой свободной поверхности,следовательно, степень их загрузки не имеет значения во время плавания. Крометого, срок строительства танкеров сферической конструкции значительно ниже,39чем мембранных, так как сферические танки строятся отдельно от судна, а затемустанавливаются в готовый корпус.К недостаткам данной конструкции можно отнести большой вес ификсированный предельный объем, высокую парусность судна (особенно вбалласте), высокую плату за проход Суэцким каналом (ширина судна сосферическими танками на 10 % больше, чем судна с мембранными танками) идлительное время охлаждения перед загрузкой СПГ.Призматическими танками системы IHI-SPB (Self-supporting, Prismaticshape IMO type B) были оснащены два танкера СПГ, построенных в Японии. ЭтоPolar Eagle и Arctic Sun, спущенные на воду в 1993 году, оба грузовместимостью87 500 м3.
[11] Одной из особенностей конструкции является свободная форматанка. Она позволяет конструировать танки в соответствии с внутреннимиочертаниями корпуса судна, добиваясь идеальной подгонки.Внутренняя оболочка танков выполняется из алюминиевого сплава или 9 %никелевойстали.Свнешнейсторонытанкипокрытыизоляциейизпенополиуретановых панелей, прикрепленных по центру шпильками к оболочке.Пространство между панелями заполнено так называемыми подушками,поглощающими относительное смещение оболочки танка и температурныенапряжения в слое изоляции. В отличие от мембранных систем, изоляция непринимает на себя нагрузки со стороны СПГ.Танк опирается на колодки из усиленной фанеры, установленные на днищесудна.
Внутренняя часть танка разделена на 4 отсека вертикальной осевойгерметичной перегородкой и поперечнойвертикальной перфорированнойперегородкой (рисунок 1.9). В совокупности с горизонтальными ребрамиперегородки снижают ударные нагрузки от всплесков жидкости при бортовойкачке. Это дает возможность загружать СПГ в танк до любого уровня ииспользовать данную систему при проектировании плавучих заводов СПГ.40Рисунок 1.9 – Призматические танки системы IHI-SPB1– крыша танка, 2 – направляющие, 3 – перфорированная перегородка, 4,9 –изоляция, 5 – внутренняя стенка корпуса судна, 6 – свободное пространство, 7 –опоры, 8 – центрально-осевая герметичная перегородка, 10 – балластные отсеки(Источник: IHI Marine United)К преимуществам данной системы танков относятся меньшая парусность,чем у танкеров сферической конструкции, меньшая требуемая ходовая мощностьприкомпактностииидеальнойформекорпусасудна,короткийсрокобслуживания в сухом доке (2 недели каждые пять лет) и хорошаясопротивляемость внешнему давлению.
[12]К недостаткам данной системы относится высокая стоимость изготовлениятанков, вследствие чего танки не получили широкого распространения. [8]Призматические танки системы ADBT – Aluminium Double-barrier Tanks–разработка 2009 г. компании Wadan Yard CNG Technology GmbH & AkerSolutions, представляющая собой независимые самоподдерживающие танки свнешней теплоизоляцией и опорой на дно судна. [13] Танки разработаны как для41судов СПГ, так и для плавучих заводов СПГ, с объемом от 1000 до 150 000 м3(рисунок 1.10).Рисунок 1.10 – Конструкция призматических танков системы ADBT [13]Конструкция танка включает оболочку из двойных алюминиевых пластин,между которыми перпендикулярно установлены ребра жесткости, принимающиена себя ударные нагрузки. Внутренние стенки, разбивающие все пространствотанка на несколько полуоткрытых камер, работают по принципу волнореза изначительно снижают ударные волновые нагрузки от всплесков жидкости.
Такаяконструкция танка допускает любую степень загрузки сжиженным газом инормальную работу при любом уровне волнения на море. [13]Мембранные грузовые танки – это емкости, образованные тонкойоболочкой (от 0,5 до 1,2 мм), способной воспринимать только растягивающиенапряжения и опирающейся на смежные корпусные конструкции. Конструкциимембранных танков обеспечивают непроницаемость своей оболочки как при42деформациях, связанных с изгибом корпусных конструкций, так и притермических деформациях. Мембранные танки не несущие. Термальные нагрузкикомпенсируются качеством металла мембраны (сплавы никеля), а силовыенагрузки от веса груза принимает на себя несущая конструкция изоляции.Международныйгазовыйкодекспредписывает,чтобысистемаимеладвухслойную мембрану, составленную из двух идентичных или разныхизолирующих мембран для предотвращения утечек СПГ в случае поврежденияверхней мембраны.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
