Базовые заводы и способы сжижения природного газа - Часть 4

Заводы СПГ в Скигде (Алжир)

В Скигде на одной площадке размещено два завода сжижения, первый из которых (линии 1, 2 и 3) спроектирован французскими компаниями, а второй (линия 4) – американской компанией Pritchard.

Завод СПГ Скигда — 1,2,3

Проектирование и строительство комплекса СПГ в Скигде (Алжир) является наиболее значительным достижением французских фирм Technip и TEAL.

Газ в количестве 12,5 млн. м³ в сутки (4,5 млрд. м³ в год) поступает с месторождения Хасси эр Мель, запасы которого оцениваются в 1,5 трлн. м³.

Завод сжижения, в котором использован однопоточный каскадный цикл сжижения с двумя давлениями (TEALARC), состоит из трех независимых линий идентичной производительности. Общими для блоков сжижения являются лишь системы утилизации отбросных газов и система подачи морской воды в конденсаторы хладагента.

Каждый блок включает:

• установки осушки и очистки газа от СO2. Последний удаляется путем промывки газа моноэтаноламином, для осушки применяется силикагель и молекулярные сита;
• витой криогенный теплообменник, состоящий из десяти расположенных по вертикали секций с площадью поверхности теплообмена 12,1 тыс.м² и массой 120 тонн (изготовитель – фирма TEAL);
• осевой двухсекционный турбокомпрессор с приводом от паровой турбины с переменной частотой вращения (создан фирмой Company Construction Mechanic по лицензии Brown Boveri-Sulzer, включая привод);
• систему охлаждения морской водой (1670 м³/мин) с насосами мощностью 2250 кВт фирмы Bergeron (Франция);
• систему парообеспечения (давление пара 69 бар, температура 500°С) производительностью 320 т/ч фирмы Stein Industrie;
• системы КИП и производственные помещения.

На установках по выделению тяжелых компонентов, которые используются для пополнения утечек хладагента и как самостоятельный продукт, может производиться 150 тонн этана и 300 тонн пропана и бутана в сутки.

Имеется возможность увеличения производительности блоков по сжижению газа до 113% от расчетной.

Для энергообеспечения установлены три бойлерные установки с паропроизводительностью 45 т/ч каждая. СПГ хранится в двух резервуарах вместимостью по 56 тыс. м³.

Пусковые работы на заводе начались в апреле 1972 г. В ноябре того же года был запущен первый блок, а в декабре произведена загрузка первого СПГ-танкера. Цикл от начала проектирования до пуска завода продолжался 43 месяца.

Технологическая схема установки сжижения на основе ОКЦ (однопоточного каскадного цикла) представлена на рисунке.

Сжатый в двухступенчатом компрессоре 1 хладагент, представляющий собой смесь N₂–С₁–C₂–C₃–С₄–С₅, при давлении 39 бар поступает в конденсатор 2, где охлаждается морской водой. Частично сконденсировавшийся в конденсаторе хладагент направляется в сепаратор 3, в котором разделяются паровая и жидкая фазы. Жидкая фаза дросселируется в вентиле 5 до давления 5,7 бар и поступает в нижнюю часть витого теплообменника 4, где охлаждает паровую фазу, движущуюся внутри змеевиков. Частично сконденсированная паровая фаза из теплообменника 4 поступает в сепаратор 6, после которого жидкая фаза с большим содержанием легкокипящих компонентов, чем в сепараторе 3, разделяется на два потока 7 и 8. По линии 7 через регулирующий вентиль 9 жидкость подается в теплообменник 4, где испаряется, стекая вниз при давлении 5,7 бар, и тем самым обеспечивает охлаждение и частичную конденсацию паровой фазы, отводимой из сепаратора 6. Этот поток, уже частично сконденсированный, поступает в сепаратор 10.

Жидкая фаза после сепаратора 10 также разделяется на два потока, один из которых через регулирующий вентиль 2 направляется в теплообменник 4. Здесь кипение этого потока способствует полной конденсации паровой фазы, отведенной из сепаратора 10. Сконденсированный поток по линии 12 через дроссель 13 направляется в теплообменник 14, где кипит при давлении 1,55 бар, чем обеспечивает охлаждение природного газа с начальными параметрами – давлением 39 бар и температурой 20°С.

Далее по длине теплообменника 14 этот поток с помощью вентилей 15 и 16 объединяется с потоками жидкого агента из сепараторов 10 и 6. Поток природного газа при температуре –163°С в сжиженном виде дросселируется в вентиле 17 до 1,02 бар. Пары хладагентов из теплообменников 4 и 14 поступают во вторую и первую ступени компрессора.

Сжижение природного газа и последовательная фракционная конденсация хладагента обеспечиваются потоками кипящего агента, имеющими не только различное давление, но и различный компонентный состав. Действительно, фракция хладагента, отводимая в виде пара из сепаратора 10 и конденсируемая в теплообменнике 4, подается только в теплообменник 14. Жидкая фракция хладагента, поступающая из сепаратора 3, кипит только в теплообменнике 4. Жидкие фазы, направляемые в теплообменники 4 и 14 из сепараторов 6 и 10, имеют различный компонентный состав, причем поток в теплообменнике 14 по сравнению с потоком в теплообменнике 4 обогащен легкими компонентами. В результате более низкого давления кипения в теплообменнике 14 создается более низкий температурный уровень. Кроме того, различие компонентных составов кипящих потоков обеспечивает более близкое расположение кривых, характеризующих состояние потоков хладагентов и сжижаемого газа, в G-Т–диаграммах (G — тепловая нагрузка, T — температура), построенных применительно к теплообменникам 4 и 14.

Несколько вариантов рассмотренного выше способа со сжатием смеси в двухступенчатом компрессоре изложены в патенте фирмы I’Air Liquide. В патенте предусматривается фракционная конденсация хладагента в замкнутом холодильном цикле на различных температурных уровнях, расширение хотя бы одной из сконденсированных фракций и теплообмен между фракцией после расширения и смесью компонентов хладагента, направляемой на конденсацию. Предусмотрены также компримирование жидких фракций до давления, равного, по крайней мере, давлению сжатия первой ступени компрессора, последующее переохлаждение и расширение переохлажденной фракции. Варианты способа различаются количеством (от одного до трех) сепараторов после компрессора. Основной теплообменник содержит три секции. Цель способа – улучшение энергетических показателей.

Завод СПГ Скигда-4

Завод спроектирован фирмой Pritchard при участии фирм Brown Boveri-Sulzer (компрессорное оборудование) и Black, Sivalls & Bryson (очистка и осушка газа).

Технологическая схема завода представлена на рисунке. Газ с месторождения Хасси эр Мель при давлении 42 бар в количестве 4,5 млн.м³/сут (около 1,5 млрд.м³/год) поступает в блоки очистки и осушки 1 и далее в теплообменник 2. На заводе Скигда-4 применены четыре блока, имеющие по 10 пластинчатых теплообменников в каждом, хотя могут быть использованы и витые. Блок условно можно разделить на три секции. Из первой секции природный газ с температурой –5°С выводится в деметанизатор 3, где отделяются тяжелые компоненты. Для полного отделения тяжелых компонентов после второй секции поток (температура –32°С) вновь выводится в горизонтальный сепаратор 4, откуда жидкая фаза насосом 5 направляется в верхнюю часть деметанизатора. После третьей секции поток природного газа дросселируется и СПГ направляется в хранилище 6.

Особенностью описываемого процесса (PRICO) является использование всего одного компрессора для сжатия смеси хладагентов. Привод компрессора осуществляется от паровой турбины, в которую подается пар при давлении 66 бар и температуре 490°С. Благодаря подбору компонентов хладагента процесс реализуется при относительно малой степени сжатия.

Второе отличие – отсутствие промежуточных (на нескольких температурных уровнях) сепараторов, благодаря чему состав хладагента по длине теплообменника 2 постоянен, что допускает достаточно простой расчет состава в любой точке теплообменника. По данным фирмы, вследствие минимальных потерь от сепарации и рекомбинации компонентов процесс имеет самый высокий термодинамический КПД. Сжатый в компрессоре 7 до давления 21 бар хладагент через охлаждаемый морской водой холодильник поступает в ресивер – сепаратор 8, где разделяется на жидкую (около 20%) и паровую фазы. Непосредственно перед теплообменником 2 фазы смешиваются, причем подача жидкой фазы насосом 9 автоматически регулируется в зависимости от уровня в сосуде 8. Температура хладагента на входе в теплообменник 2 примерно на 2° выше температуры газа. Поэтому в теплообменнике 2 происходит охлаждение обоих потоков обратным потоком хладагента. На выходе теплообменника 2 поток хладагента дросселируется до давления 4,56 бар и приобретает температуру –156°С. Поток природного газа на выходе теплообменника 2 имеет температуру –154°С (ΔТ = 2°). На «теплом» конце теплообменника 2 обратный поток хладагента имеет температуру около 15°С (ΔТ = 15°). На всасывание компрессора он поступает через ресивер 10, который, как и ресивер на нагнетании, «отделен» от компрессора сильфонными компенсаторами. Выпадающая в ресивере 10 жидкость постоянно циркулирует с помощью насоса II. При повышении уровня жидкость автоматически сбрасывается.

I – газ, поступающий с месторождения; II – тяжелые углеводороды; газ, направляемый на собственные нужды

В патенте, помимо блока сжижения, описываются блок разделения 12 тяжелых углеводородов (показан условно) и теплообменник 13, в котором конденсируются легкие фракции, отводимые из сепаратора 4 и блока 12. Конденсация осуществляется за счет холода потока паров метана и азота, направляемых в компрессор 14 и далее на собственные нужды. Одновременно при этом температура потока на собственные нужды повышается с –130 до –55°С, что положительно влияет на работоспособность компрессора 14. В патенте также описано несколько вариантов состава природного газа и хладагента, причем состав хладагента варьируется в зависимости от состава природного газа. В таблице приводятся данные по одному из вариантов.

Как уже указывалось выше, фирма Pritchard принимала участие в проектировании завода в Арзеве. Кроме этих заводов фирмой спроектировано четыре комплекса для регулирования пикового газопотребления, расположенные в США.