Проблемы, связанные с термодинамическим состоянием СПГ

Различают проблемы, связанные с тем, что сжиженный природный газ, во-первых, является жидкостью, находящейся в состоянии, близком к точке кипения, одновременно с этим СПГ есть не что иное, как смесь простых (чистых) веществ; во-вторых, сжиженный газ находится при очень низкой температуре.

Испарение сжиженного природного газа

Любой приток тепла в устройство, содержащее СПГ, приводит к частичному испарению последнего, и если СПГ находится в закрытом объеме, теплопритоки, которые неизбежны, приводят к быстрому возрастанию давления.

Для емкостей СПГ небольшого объема (например, отрезок трубопровода между двумя задвижками) предохранительные клапаны сбрасывают избыточное давление.

Количества испарившегося сжиженного природного газа (потери на испарение) на установке СПГ быстро становятся значительными, их энергетической ценностью нельзя пренебрегать, поэтому в общем случае для улавливания и обратного сжижения этих испарений используются следующие средства:

• Улавливание (обычно созданием давления) с газовоза, находящегося под загрузкой, на завод СПГ или для возврата на судно-метановоз, находящееся под разгрузкой (сливом), с терминала.
• Откачка компрессорами для возврата на вход установки сжижения, для перекачки в систему распределения СПГ-терминала, для внутреннего энергетического потребления (топливный газ) установки сжижения или для рекуперации.

Старение сжиженного природного газа

СПГ, будучи смесью простых веществ, образует пары состава, отличающегося от состава жидкости, в парах представлены больше всего легколетучие углеводороды. Таким образом, состав остаточного сжиженного природного газа изменяется в сторону обогащения высококипящими компонентами, и это явление называется старением СПГ: теплотворная способность и число Воббе увеличиваются.

Примеры:

• Для сжиженного газа, содержащего азот, компонент более летучий, чем углеводороды, испарения будут состоять, главным образом, из метана и азота; СПГ с содержанием 1% азота равновесен с паровой фазой с содержанием 20% азота.
• Старение первоначального объема 50000 м³ хранимого сжиженного газа состава: 1% азота, 89% метана и 10% тяжелых углеводородов приводит к увеличению высшей теплотворной способности на 3 ватт-час в сутки и числа Воббе для среднего объема испарений 2000 нм³/час.

Особые случаи:

• Старение и усадка сжиженного газа в хранилищах.
• Старение в пониженных точках сети СПГ (продувочные резервуары и т.д.) в зависимости от времени пребывания СПГ в этих местах. В результате может произойти полное испарение метана, разогрев жидкости выше –80°С, опасность замерзания оставшихся тяжелых углеводородов во время прохождения порции свежего СПГ и, как следствие, забивка твердой фазой фильтров СПГ. Следовательно, важно следить за периодическим обновлением СПГ в пониженных точках системы.

Температура сжиженного газа и оборудование, в котором он находится

Осушка оборудования после гидравлических испытаний и перед пуском в эксплуатацию

Эта сушка должна быть особо тщательной в связи с необходимостью предупреждения повреждения движущихся деталей (штанги, запорные элементы задвижек, оси насосов и т.д.) образующимся льдом.

Осушка обычно производится циркуляцией азота при температуре окружающей среды, что исключает образование мертвых зон и осушает все детали трубопровода (отводы и т.д.). Процесс осушки контролируется замерами точек росы по воде во многих точках системы, они должны быть ниже –30°С.

Захолаживание и поддержание холода

Захолаживание оборудования (в процессе первого запуска, после ремонта, аварийного разогрева и т.п.) является нестационарным процессом и требует соблюдения следующих предосторожностей:

1. Для оборудования, имеющего небольшую массу, и для трубопроводов внутренним диаметром менее 600 мм захолаживание производится прямым способом, и темп их заполнения СПГ лимитируется только общими механическими соображениями, изложенными ниже.
2. Для массивного оборудования захолаживание должно быть постепенным, рекомендуется градиент температуры порядка 3-5°С в час для резервуаров и больших емкостей, а также для трубопроводов больших диаметров. Равномерное захолаживание реализуется с помощью пульверизаторов, распределяющих сжиженный природный газ – охладитель перед собственно наполнением системы СПГ.

В любом случае необходимо контролировать:

• Деформации (перемещения) трубопроводов, сравнивая их с теоретическими значениями
• Свободу движения подвижных опор
• Захолаживание подвижных деталей, особенно в соединениях (неравномерное захолаживание подвижного фланца может вызвать утечки)
• Общий объем испарений

В процессе нормальной эксплуатации элементы оборудования по возможности поддерживаются в захоложенном состоянии или циркуляцией, или испарением СПГ. Захолаживание испарением должно сопровождаться дополнительными предосторожностями:

1. Периодическая замена СПГ во избежание слишком быстрого старения (разогрев оборудования и опасность замерзания тяжелых углеводородов при контакте со свежим СПГ).
2. Наблюдение за работой дегазирующих устройств во избежание опасности проникновения жидкости в систему, питаемую газом.

Соединения между нагретыми и холодными частями

Некоторые элементы оборудования (такие как краны и задвижки) имеют одну часть, работающую при температуре сжиженного газа, и другую, находящуюся при температуре окружающей среды. Температурное разделение обеспечивается длиной частей, поэтому необходимо следить за качеством изоляции и отсутствием утечек, которые могли бы изменить температурный градиент.

Это касается также некоторых типов насосов, у которых вал имеет переменную температуру: удлинение деталей и хорошее состояние криогенных уплотнений являются объектом постоянного контроля.

Теплоизоляция элементов оборудования

С одной стороны, теплоизоляция выступает в качестве механической защиты против перегрузки, возможной при формировании слоя конденсационного льда и возможной деформации. С другой стороны, выполняет функцию ограничения теплопритоков, вызывающих испарения, — роль, превалирующая для элементов оборудования сетей СПГ, не предназначенных для регазификации.