LNG-schijfgemonteerde installaties

De verschuiving naar modulaire LNG

Tien jaar geleden betekende het bouwen van een LNG-installatie het vrijmaken van een groot terrein, het storten van betonnen funderingen en twee tot drie jaar aan bouwwerkzaamheden ter plaatse. Vandaag de dag gaat een groeiend segment van de industrie anders te werk. Op steunstructuur gemonteerde LNG-installaties—waarbij de gehele liquefactietrain in een fabriek wordt gefabriceerd, naar de bouwlocatie wordt vervoerd en daar wordt bevestigd—zijn van een nicheoplossing uitgegroeid tot een mainstreamoptie.

De drijfveer is niet ingewikkeld. Traditionele, op locatie gebouwde LNG-projecten lopen tegen kostenoverschrijdingen, planningvertragingen en tekorten aan arbeidskracht op. Modulaire uitvoering lost al deze drie problemen op. Door de fabricage van het project buiten de bouwplaats te verplaatsen naar gecontroleerde omgevingen, verkrijgen projectteams voorspelbaarheid, kwaliteit en snelheid. Voor afgelegen gasvelden, onbenutte activa en markten die snel LNG nodig hebben, zijn op steigers gemonteerde installaties vaak de enige praktische oplossing.

Hoe een op steigers gemonteerde LNG-installatie er in werkelijkheid uitziet

Een op steigers gemonteerde LNG-installatie is geen enkel apparaat, maar een geïntegreerd systeem dat is verpakt op constructiestalen frames die geschikt zijn voor transport. De typische configuratie omvat voorbehandeling van het toevoergas (aminebehandeling, ontwatering, kwikverwijdering), liquefactie (meestal met behulp van een stikstofexpander of een mengkoelcyclus), opslag en laden.

De modulaire ontwerpaanpak verdeelt de installatie in vervoerbare modules, waarbij elke module zo is ontworpen dat deze binnen de beperkingen van het vervoer past—meestal 12,2 meter lang, 3 meter breed en 3 meter hoog voor landtransport, of groter voor zeevervoer . De modules arriveren ter plaatse met alle leidingen, meet- en regelapparatuur en elektrische bedrading al geïnstalleerd en getest. Het werk ter plaatse beperkt zich tot de voorbereiding van de fundering, het plaatsen van de modules en het verbinden ervan. Een op een skid gemonteerde installatie met een capaciteit van 100.000 Nm³/dag in Sichuan werd in minder dan zes maanden na levering van de modules in gebruik genomen—aan een dergelijke tijdslijn was ondenkbaar bij conventionele bouwmethoden.

Kosten- en planningsvoordelen die daadwerkelijk tellen

De cijfers spreken voor zich. Modulaire bouw kan de totale projectduur met 15 tot 25% verkorten ten opzichte van conventionele methoden. Voor een typisch kleinschalig LNG-project betekent dit een verkorting van het projecttijdschema met zes tot twaalf maanden—wat neerkomt op eerder inkomstengeneratie en kortere financieringsperiodes.

Kostenbesparingen ontstaan op meerdere vlakken. De arbeidskosten voor fabricage in een werkplaats zijn vaak lager dan de kosten op locatie, vooral als rekening wordt gehouden met de infrastructuur die nodig is om een afgelegen bouwkamp te ondersteunen . De productiviteit in een gecontroleerde werkplaatsomgeving is hoger—geen vertragingen door weeromstandigheden, geen problemen met het opslaan van materialen, geen tekort aan vakmensen . De kwaliteit is beter omdat dezelfde ploeg herhaaldelijk dezelfde modules bouwt, waardoor efficiënties ontstaan die ter plaatse niet haalbaar zijn.

Eén operator in het Eagle Ford-shalegebied beoordeelde beide benaderingen voor een LNG-installatie met een capaciteit van 50.000 gallon per dag. De modulaire optie was 18% goedkoper wat de totale geïnstalleerde kosten betreft en bood een start zes maanden eerder. De beslissing was eenvoudig.

Waar skidgemonteerde installaties uitblinken—en waar niet

Op een skelet gemonteerde installaties onderscheiden zich in specifieke scenario's. Afgelegen locaties met beperkte infrastructuur zijn ideaal—er is geen behoefte aan huisvesting en voeding van een grote bouwploeg gedurende twee jaar. Afgelegen gasvoorraden die anders zouden worden verbrand, worden rendabel. Tijdelijke of proefprojecten profiteren van de mogelijkheid om de installatie naar een andere locatie te verplaatsen wanneer het eerste project is afgerond. .

Maar modulaire oplossingen zijn niet altijd het antwoord. Voor zeer grote basislast-LNG-faciliteiten—denk aan 5 miljoen ton per jaar en meer—zijn de schaalvoordelen gunstig voor conventionele (‘stick-built’) constructie. De modules zouden te groot zijn om te vervoeren, en het voordeel van lagere arbeidskosten op locatie bij één massaal project weegt zwaarder dan de productiviteitsvoordelen van fabrieksconstructie.

Er is ook de beperking op het gebied van vervoer. Modules moeten passen binnen de beschikbare afmetingen voor verzending. Dat betekent dat sommige apparatuur – met name grote fractionatiekolommen of cryogene koelboxen – in meerdere modules moeten worden verdeeld en ter plaatse opnieuw moeten worden samengevoegd, wat de complexiteit verhoogt. Een projectteam in West-Australië leerde deze les toen een koelboxmodule 6 inch breder aankwam dan toegestaan was binnen de transportcorridor. De oplossing omvatte wegafsluitingen, politieescorte en een kostenoverschrijding in de orde van honderdduizenden dollars.

Technologische keuzes bij kleinschalige LNG

Het liquefactieproces zelf varieert per skidgemonteerde installatie, maar twee cycli domineren de kleinschalige markt.

Stikstof-expander-cycli zijn populair vanwege hun eenvoud en operationele flexibiliteit stikstof wordt samengeperst, afgekoeld en uitgebreid om koeling te genereren, en wordt gerecycled. De cyclus is niet brandbaar, wat de veiligheidssystemen vereenvoudigt, en hij verwerkt goed variaties in de samenstelling van de toevoergasstromen. Het nadeel? Efficiëntie. Stikstofcycli verbruiken meer energie per eenheid geproduceerd LNG dan mengkoelmiddelcycli.

Mengkoelmiddelcycli —met name Single Mixed Refrigerant (SMR)—bieden een betere thermodynamische efficiëntie . Door een mengsel van koolwaterstoffen en stikstof te gebruiken, kan het koelmiddel de afkoelingscurve van aardgas beter volgen, waardoor exergieverlies wordt verminderd. De tegenprestatie is complexiteit: de samenstelling van het koelmiddel moet zorgvuldig worden beheerd en het systeem is minder tolerant voor variaties in de toevoergas.

Voor de meeste op een skid gemonteerde toepassingen in het bereik van 10.000 tot 100.000 Nm³/dag zijn stikstof-expander-cycli de standaardkeuze. Ze zijn eenvoudiger in bedrijf, makkelijker te regelen en toleranter voor de operationele realiteiten die gepaard gaan met afgelegen locaties en minder ervaren crews.

Ontwerp en fabricage van een skid: de duivel zit in de details

Hier is waar de rubber op de weg komt. Een LNG-installatie op een skid is slechts zo goed als de kwaliteit van de fabricage. De pijpleidingsspanningsanalyse moet rekening houden met transportbelastingen, niet alleen met bedrijfsomstandigheden. De instrumentatie moet trillingen tijdens het vervoer op de weg kunnen weerstaan. De elektrische bedrading moet zo worden aangelegd dat deze geen schade oploopt tijdens het hijsen en plaatsen.

De beste skidfabrikanten ontwerpen vanaf het begin met het transport in gedachten. Dat betekent dat rekening wordt gehouden met de gewichtsverdeling van de module voor het hijsen met een kraan, structurele versterking voor het vervoer over de weg en toegangspunten voor aansluiting ter plaatse. Voorafgaande inbedrijfstelling in de werkplaats is een andere onderscheidende factor: een skid die aankomt met al gekalibreerde instrumenten en reeds geteste lussen bespaart weken aan inbedrijfstelling ter plaatse.

Een project in het Permian Basin maakte gebruik van twee verschillende fabrikanten voor identieke skids. De ene skid arriveerde met alle instrumentatie reeds geijkt en gedocumenteerd; de andere skid arriveerde met losse draden, ongelabelde kabels en instrumenten die volledig opnieuw moesten worden geijkt. De eerste installatie ging binnen drie weken operationeel; de tweede duurde tien weken. Het verschil in fabricagekosten bedroeg minder dan 5 %—het verschil in opstarttijd was echter enorm.

Waarom fabricatiekwaliteit het projectresultaat bepaalt

LNG-installaties op skids verkorten de projectplanning door werk buiten locatie uit te voeren, maar deze versnelling werkt alleen als het werk buiten locatie correct wordt uitgevoerd. Een module die aanzienlijke nabewerking ter plaatse vereist, ondermijnt het doel van modularisatie. Slechte lassen, misuitgelijnde flenzen of onjuiste instrumentatiebedrading kosten niet alleen geld—ze vernietigen ook de planningvoordelen die modularisatie juist aantrekkelijk maakten.

Voor projecteigenaren die skid-mounted-oplossingen beoordelen, is de ervaring van de fabrikant belangrijker dan de naam van de technologie-licentiehouder. Een bewezen fabrikant met strenge kwaliteitscontrole, ervaren projectmanagement en een geschiedenis van tijdige levering vermindert het projectrisico op een manier die geen enkele hoeveelheid engineering kan vervangen. Bedrijven zoals GreenFir hebben hun reputatie juist op dit soort uitvoeringsbetrouwbaarheid gebouwd: het leveren van skid-mounted gasverwerkingsapparatuur die gereed voor gebruik op locatie aankomt, met minimale nabewerking ter plaatse en voorspelbare opstarttijden.