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.

Схема расположения заводов СНГ в Скигде (Алжир)

Схема расположения заводов СНГ в Скигде (Алжир): а – очистка и осушка; в – блоки сжижения; с – турбокомпрессоры; d – бойлерные установки; е – вспомогательные установки; f – административные здания; к — хранилища; ■ — операторные

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.

Схема цикла СПГ фирмы TEAL, используемая на заводе Скигда - 1, 2, 3

Схема цикла СПГ фирмы TEAL, используемая на заводе Скигда — 1, 2, 3

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).

Схема завода СПГ Скигда-4

Схема завода СПГ Скигда-4

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.

Составы природного газа и хладагента, % мол.
Компонент Природный газ Хладагент
Гелий 0,2 Следы
Азот 5,8 10,6
Метан 83,2 35,6
Этан 7,1 28,2
Пропан или пропилен 2,25 3,4
Изобутан 0,4 8
n-бутан 0,6 2,1
Изопентан 0,12 11,4
n-пентан 0,15 0,7
Гексан 0,1 Следы
С7 и выше 0,08 То же

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.

Источник: К.Ю. Чириков, Т.С. Рябова, В.П. Ворошилов - «Производство сжиженного природного газа: способы и оборудование» (научно-технический обзор, серия: Переработка газа и газового конденсата; Москва, ВНИИЭГазпром, 1976)