کارخانه‌های گاز طبیعی مایع (LNG) روی شاسی

تحول به سمت ساخت ماژولار LNG

ده سال پیش، ساخت یک کارخانه LNG به معنای پاک‌سازی یک سایت گسترده، ریختن فونداسیون‌های بتنی و صرف دو تا سه سال برای ساخت در محل بود. امروزه بخش روبه‌رشدی از این seguement صنعت رویکردی متفاوت دارد. کارخانه‌های LNG سکویی—که در آن کل خط تخلیص در کارگاه ساخته شده، به محل پروژه حمل می‌شود و در آنجا نصب می‌گردد—از یک راه‌حل تخصصی به گزینه‌ای رایج تبدیل شده‌اند.

راننده پیچیده نیست. پروژه‌های سنتی تولید LNG با روش ساخت در محل با افزایش هزینه‌ها، تأخیر در زمان‌بندی و کمبود نیروی کار مواجه می‌شوند. اجرای ماژولار به هر سه این چالش‌ها پاسخ می‌دهد. با انتقال فرآیند ساخت خارج از محل و در محیط‌های کنترل‌شده، تیم‌های پروژه قابلیت پیش‌بینی، کیفیت و سرعت بیشتری کسب می‌کنند. برای میدان‌های گازی دورافتاده، دارایی‌های غیرفعال و بازارهایی که نیاز فوری به LNG دارند، نیروگاه‌های نصب‌شده روی شاسی (skid-mounted) اغلب تنها راه‌حل عملی هستند.

ظاهر واقعی یک نیروگاه LNG نصب‌شده روی شاسی چیست؟

یک نیروگاه LNG نصب‌شده روی شاسی تنها یک دستگاه منفرد نیست، بلکه یک سیستم یکپارچه است که روی قاب‌های فولادی ساختاری طراحی‌شده برای حمل‌ونقل بسته‌بندی شده است. پیکربندی معمول آن شامل پیش‌تصفیه گاز ورودی (تجویز آمین، خشک‌کننده، حذف جیوه)، تبدیل به مایع (معمولاً با چرخه انبساط نیتروژن یا مبرد ترکیبی)، ذخیره‌سازی و بارگیری می‌شود.

رویکرد طراحی ماژولار، کارخانه را به ماژول‌های قابل حمل تقسیم می‌کند که هر یک از آنها با توجه به محدودیت‌های حمل‌ونقل اندازه‌گیری شده‌اند—معمولاً ۴۰ فوت طول، ۱۰ فوت عرض و ۱۰ فوت ارتفاع برای حمل‌ونقل جاده‌ای، یا ابعاد بزرگ‌تر برای حمل دریایی. ماژول‌ها با لوله‌کشی، ابزار دقیق و سیم‌کشی برق از پیش نصب‌شده و آزمایش‌شده به محل پروژه می‌رسند. کارهای انجام‌شده در محل تنها شامل آماده‌سازی فونداسیون، قرارگیری ماژول‌ها و اتصال آنها به یکدیگر می‌شود. یک نیروگاه کوچک‌مقیاس LNG با ظرفیت ۱۰۰٬۰۰۰ مترمکعب نرمال در روز، نصب‌شده روی شاسی (اسکید)، در سیچوان، کمتر از شش ماه پس از تحویل ماژول‌ها راه‌اندازی شد—زمانی که با روش‌های ساخت سنتی غیرممکن به نظر می‌رسید.

مزایای هزینه و زمان‌بندی که واقعاً اهمیت دارند

اعداد داستان را روایت می‌کنند. ساخت ماژولار می‌تواند زمان کلی پروژه را نسبت به روش‌های سنتی ۱۵ تا ۲۵ درصد کاهش دهد. برای یک پروژه LNG کوچک‌مقیاس معمولی، این امر معادل فشرده‌سازی زمانی ۶ تا ۱۲ ماه است—که به معنای درآمدزایی زودتر و دوره‌های کوتاه‌تر تأمین مالی است.

صرفه‌جویی در هزینه از چند جهت امکان‌پذیر است. نرخ‌های دستمزد ساخت در کارگاه معمولاً پایین‌تر از نرخ‌های اجرایی در محل پروژه است، به‌ویژه هنگامی که زیرساخت‌های لازم برای پشتیبانی از اردوگاه ساخت دور از شهر را در نظر بگیریم. بهره‌وری در محیط کنترل‌شده کارگاه بالاتر است — تأخیر ناشی از شرایط آب‌وهوایی، مشکلات انبارداری مواد و کمبود نیروی متخصص در کارگاه رخ نمی‌دهد. کیفیت بهتر است، زیرا همان تیم کارگری به‌طور مکرر ماژول‌های یکسان را می‌سازد و با این کار کارایی‌هایی ایجاد می‌کند که تیم‌های اجرایی در محل پروژه نمی‌توانند به آن دست یابند.

یک اپراتور در شیل ایگل فورد هر دو رویکرد را برای یک نیروگاه LNG با ظرفیت ۵۰٬۰۰۰ گالن در روز ارزیابی کرد. گزینه ماژولی ۱۸ درصد هزینه نصب کل کمتری داشت و راه‌اندازی آن شش ماه زودتر انجام شد. تصمیم‌گیری بسیار ساده بود.

جایی که نیروگاه‌های قاب‌دار (اسکید-مونت) عملکرد عالی دارند — و جایی که عملکرد مناسبی ندارند

نصب کارخانه‌ها روی شاسی‌های بلند (Skid-mounted) در سناریوهای خاصی برتری دارد. مکان‌های دورافتاده با زیرساخت محدود ایده‌آل هستند؛ زیرا نیازی به ایجاد محل اقامت و تأمین غذای یک کارگروه ساختمانی بزرگ برای دو سال وجود ندارد. منابع گازی معطوف (Stranded gas assets) که در غیر این صورت مورد مشعل‌سوزی قرار می‌گرفتند، اکنون قابل تبدیل به درآمد هستند. پروژه‌های موقت یا آزمایشی از قابلیت جابه‌جایی کارخانه به سایت دیگر پس از پایان پروژه اول بهره‌مند می‌شوند. .

اما روش ماژولار همواره راه‌حل مناسب نیست. برای مجتمع‌های بزرگ تولید LNG با ظرفیت پایه (baseload) — مثلاً ۵ میلیون تن در سال و بیشتر — اقتصاد مقیاس به سود ساخت‌وساز سنتی (stick-built) است. این ماژول‌ها به‌قدری بزرگ خواهند بود که حمل‌ونقل آن‌ها امکان‌پذیر نخواهد بود و مزیت هزینه‌ای نیروی کار محلی در یک پروژه عظیم واحد، مزایای بهره‌وری ناشی از ساخت در کارگاه را فراتر می‌برد.

محدودیت حمل‌ونقل نیز وجود دارد. ماژول‌ها باید در محدوده فضای قابل ارسال قرار گیرند. این به این معناست که برخی تجهیزات—به‌ویژه ستون‌های تفکیک بزرگ یا جعبه‌های سرمایشی کریوژنیک—ممکن است نیاز به تقسیم‌بندی به چند ماژول و سپس مونتاژ مجدد در محل داشته باشند که این امر پیچیدگی را افزایش می‌دهد. تیم پروژه‌ای در غرب استرالیا این درس را زمانی آموخت که یک ماژول جعبه سرمایشی ۶ اینچ عریض‌تر از حد مجاز مسیر حمل‌ونقل وارد شد. راه‌حل شامل تعطیلی جاده‌ها، همراهی پلیس و افزایش هزینه‌های پروژه به میزان صد هزار دلار بود.

انتخاب فناوری در LNG مقیاس کوچک

فرآیند مایع‌سازی خود در نیروگاه‌های نصب‌شده روی شاسی متفاوت است، اما دو چرخه در فضای مقیاس کوچک غالب هستند.

چرخه‌های انبساط نیتروژن به دلیل سادگی و انعطاف‌پذیری عملیاتی‌شان محبوب هستند نیتروژن فشرده، خنک و منبسط می‌شود تا سرمایش ایجاد کند و دوباره بازیافت می‌گردد. این چرخه غیرقابل اشتعال است که سیستم‌های ایمنی را ساده‌تر می‌کند و به‌خوبی با تغییرات ترکیب جریان ورودی سازگی دارد. معایب آن چیست؟ بازده انرژی. چرخه‌های نیتروژنی برق بیشتری در هر واحد تولید LNG نسبت به سیستم‌های سرمایشی با مبرد مخلوط مصرف می‌کنند.

چرخه‌های مبرد مخلوط — به‌ویژه چرخه مبرد مخلوط تک‌مرحله‌ای (SMR) — بازده ترمودینامیکی بهتری ارائه می‌دهند با استفاده از ترکیبی از هیدروکربن‌ها و نیتروژن، مبرد می‌تواند منحنی خنک‌کنندگی گاز طبیعی را به‌طور نزدیک‌تری تطبیق دهد و از این رو اتلاف اگزرژی را کاهش دهد. جبران این مزیت، پیچیدگی بیشتر است: ترکیب مبرد باید با دقت مدیریت شود و سیستم در برابر تغییرات جریان ورودی کمتر تحمل‌پذیر است.

برای اکثر کاربردهای قابل حمل (اسکید-مونت) در محدوده ۱۰٫۰۰۰ تا ۱۰۰٫۰۰۰ مترمکعب نرمال در روز، چرخه‌های انبساطی نیتروژنی انتخاب پیش‌فرض هستند. این چرخه‌ها ساده‌تر در عملیات، کنترل‌پذیرتر و در برابر شرایط عملیاتی واقعی که در مکان‌های دورافتاده و با کارکنان کم‌تجربه رخ می‌دهد، تحمل‌پذیرترند.

طراحی و ساخت اسکید: شیطان در جزئیات

اینجا جایی است که لاستیک به جاده می‌رسد. یک نیروگاه LNG اسکید-مونت شده تنها به اندازه کیفیت ساخت آن خوب است. تحلیل تنش لوله‌کشی باید بارهای حمل‌ونقل را نیز در نظر بگیرد، نه فقط شرایط عملیاتی. ابزار دقیق باید در برابر ارتعاشات جاده مقاوم باشد. سیم‌کشی برق نیز باید به گونه‌ای انجام شود که در هنگام بلند کردن و نصب آسیب نبیند.

بهترین سازندگان اسکید از ابتدا برای حمل‌ونقل طراحی می‌کنند. این بدان معناست که توزیع وزن ماژول برای بلند کردن با جرثقیل، تقویت سازه‌ای برای سفر جاده‌ای و نقاط دسترسی برای اتصال در محل را در نظر می‌گیرند. پیش‌راه‌اندازی در کارگاه نیز یک عامل تمایز دیگر است؛ اسکیدی که با ابزارهای کالیبره‌شده و لوپ‌های تست‌شده وارد محل می‌شود، هفته‌ها از زمان راه‌اندازی در محل صرفه‌جویی می‌کند.

پروژه‌ای در حوضه پرمین از دو سازنده متفاوت برای تجهیزات یکسان (اسکیدها) استفاده کرد. یکی از این اسکیدها با تمام ابزارهای اندازه‌گیری از پیش کالیبره‌شده و مستند‌سازی‌شده تحویل داده شد؛ در حالی که دیگری با سیم‌های شل، کابل‌های بدون برچسب و ابزارهایی که نیازمند کالیبراسیون کامل مجدد بودند، تحویل داده شد. اولین نیروگاه در طی سه هفته راه‌اندازی شد؛ در مقابل، راه‌اندازی دومین نیروگاه ده هفته طول کشید. تفاوت هزینه ساخت این دو اسکید کمتر از ۵ درصد بود؛ اما تفاوت زمان راه‌اندازی بسیار قابل توجه بود.

چرا کیفیت ساخت تجهیزات تعیین‌کننده موفقیت پروژه است

نیروگاه‌های LNG مونتاژشده روی اسکید، زمان اجرای پروژه را با انتقال بخشی از کارها به خارج از محل پروژه کوتاه می‌کنند؛ اما این کوتاه‌شدن زمان تنها در صورتی مؤثر است که کارهای انجام‌شده خارج از محل پروژه به‌درستی انجام شده باشند. ماژولی که نیازمند بازرسی و اصلاح گسترده در محل نصب باشد، هدف اصلی ماژولاریزاسیون را نادیده می‌گیرد. جوش‌کاری نامناسب، فلنج‌های نامحور یا سیم‌کشی نادرست ابزارها نه‌تنها هزینه‌بر هستند، بلکه دقیقاً آن ذخیره زمانی را که دلیل اصلی جذابیت ماژولاریزاسیون محسوب می‌شد، از بین می‌برند.

برای صاحبان پروژه‌هایی که راه‌حل‌های نصب‌شده روی شاسی را ارزیابی می‌کنند، سابقه سازنده اهمیت بیشتری نسبت به نام اعطای‌کننده فناوری دارد. یک سازنده اثبات‌شده با کنترل کیفیت دقیق، مدیریت پروژه با تجربه و سابقه تحویل به‌موقع، ریسک پروژه را به‌گونه‌ای کاهش می‌دهد که هیچ مقداری از مهندسی نمی‌تواند جایگزین آن شود. شرکت‌هایی مانند GreenFir شهرت خود را دقیقاً بر این نوع قابلیت اجرایی ساخته‌اند—تحویل تجهیزات پردازش گاز نصب‌شده روی شاسی که در محل پروژه به‌صورت آماده‌به‌کار ارسال می‌شوند، با حداقل اصلاحات در محل و زمان‌بندی قابل پیش‌بینی برای راه‌اندازی.