Stacjonarne instalacje do produkcji LNG na podwoziu

Przesunięcie w kierunku modułowej technologii LNG

Dziesięć lat temu budowa stacji LNG oznaczała wyznaczenie dużego terenu budowy, wykonanie fundamentów betonowych oraz dwu- do trzyletnią budowę na miejscu. Dziś rosnący segment branży postępuje inaczej. Stacje LNG montowane na podwoziach – w których cała linia procesowa skroplania jest wykonywana w warsztacie, transportowana na miejsce i montowana przez przykręcenie – przeszły od rozwiązania niszowego do standardowej opcji.

Silny napęd nie jest skomplikowany. Tradycyjne, budowane na miejscu projekty LNG narażone są na przekroczenie budżetu, opóźnienia w harmonogramie oraz niedobór pracowników. Wykonanie modułowe rozwiązuje wszystkie trzy te problemy. Przenosząc proces produkcji poza miejsce budowy do kontrolowanych środowisk, zespoły projektowe uzyskują większą przewidywalność, lepszą jakość i szybsze realizacje. Dla odległych złóż gazu, nieużytkowanych aktywów oraz rynków, które potrzebują LNG w krótkim czasie, elektrownie LNG montowane na podstawach (skid-mounted) są często jedyną praktyczną odpowiedzią.

Jak wygląda rzeczywiście elektrownia LNG montowana na podstawie

Elektrownia LNG montowana na podstawie (skid-mounted) nie jest pojedynczym urządzeniem – stanowi zintegrowany system umieszczony na konstrukcjach stalowych zaprojektowanych do transportu. Typowa konfiguracja obejmuje wstępne oczyszczanie gazu zasilającego (usuwanie amin, usuwanie wilgoci, usuwanie rtęci), proces skroplenia (zazwyczaj za pomocą rozprężacza azotowego lub cyklu mieszanej chłodziwa), magazynowanie oraz załadunek.

Modularne podejście do projektowania dzieli zakład na transportowalne moduły, z których każdy ma wymiary dopasowane do ograniczeń związanych z przewozem — zazwyczaj 12,2 m długości, 3,05 m szerokości i 3,05 m wysokości dla transportu drogowego lub większe dla przewozu morskiego. . Moduły przybywają na miejsce budowy z już zamontowanymi i przetestowanymi rurociągami, urządzeniami pomiarowymi oraz okablowaniem elektrycznym. Prace na miejscu ograniczają się do przygotowania fundamentów, umieszczenia modułów oraz ich połączenia ze sobą. Jedna montowana na ramie instalacja o wydajności 100 000 Nm³/dzień w Syczuan została uruchomiona w ciągu mniej niż sześciu miesięcy od momentu dostarczenia modułów — termin, który byłby niemożliwy do osiągnięcia przy zastosowaniu tradycyjnych metod budowy.

Korzyści kosztowe i czasowe, które rzeczywiście mają znaczenie

Liczby mówią same za siebie. Budowa modularna może skrócić całkowity harmonogram realizacji projektu o 15–25% w porównaniu do metod tradycyjnych. W przypadku typowego małoskalowego projektu LNG oznacza to skrócenie harmonogramu o sześć do dwunastu miesięcy — co przekłada się na wcześniejsze generowanie przychodów oraz skrócenie okresów finansowania.

Oszczędności kosztowe wynikają z wielu czynników. Stawki za pracę wykonaną w warsztacie są często niższe niż stawki za pracę wykonywaną na placu budowy, zwłaszcza przy uwzględnieniu infrastruktury wymaganej do obsługi oddalonego obozu budowlanego . Wydajność pracy w kontrolowanym środowisku warsztatowym jest wyższa — brak opóźnień spowodowanych warunkami pogodowymi, brak problemów z magazynowaniem materiałów oraz brak niedoborów wykwalifikowanej siły roboczej. . Jakość jest lepsza, ponieważ ten sam zespół montuje te same moduły wielokrotnie, nabywając dzięki temu doświadczenia i efektywności, których zespoły pracujące na placu budowy nie są w stanie osiągnąć.

Jeden operator w basenie łupków Eagle Ford dokonał oceny obu podejść dla elektrowni LNG o mocy 50 000 galonów dziennie. Wersja modułowa okazała się o 18% tańsza pod względem całkowitych kosztów instalacji i umożliwiała uruchomienie o sześć miesięcy wcześniej. Decyzja była oczywista.

Obszary, w których modułowe instalacje na podstawach typu skid odnoszą największe sukcesy — oraz tam, gdzie ich zastosowanie nie jest optymalne

Elektrownie montowane na podstojach wyróżniają się w określonych scenariuszach. Idealne są one w odległych lokalizacjach o ograniczonej infrastrukturze — nie ma potrzeby zakwaterowania i wyżywienia dużej załogi budowlanej przez dwa lata. Gazowe zasoby pozostające poza siecią dystrybucyjną, które w przeciwnym razie byłyby spalane, stają się możliwie do komercjalizacji. Tymczasowe lub pilotażowe projekty korzystają z możliwości przeniesienia elektrowni na inne miejsce po zakończeniu pierwszego projektu. .

Jednak podejście modułowe nie zawsze jest rozwiązaniem. W przypadku bardzo dużych instalacji LNG przeznaczonych do bazowego obciążenia — czyli o mocy 5 milionów ton rocznie i więcej — korzyści skali sprzyjają tradycyjnemu budownictwu na miejscu. Moduły byłyby zbyt duże, aby je przewozić, a korzyści wynikające z niższych kosztów pracy na placu budowy przy jednym masowym projekcie przewyższają korzyści związane z wydajnością produkcji w warsztacie.

Istnieje również ograniczenie związane z transportem. Moduły muszą zmieścić się w dostępnym gabarycie transportowym. Oznacza to, że niektóre urządzenia — w szczególności duże kolumny frakcjonacyjne lub kriogeniczne chłodnie — mogą wymagać podziału na wiele modułów i ponownej montażu w miejscu przeznaczenia, co zwiększa złożoność projektu. Zespół projektowy z zachodniej Australii nauczył się tego na własnej skórze, gdy moduł chłodni przybył o 6 cali szerszy niż dopuszczalny gabaryt transportowy. Rozwiązanie wymagało zamknięcia dróg, eskorty policyjnej oraz spowodowało przekroczenie kosztów o kwotę rzędu sześciu cyfr.

Wybór technologii w przypadku małych instalacji LNG

Sam proces skroplania różni się w zależności od zainstalowanych na wózkach (skid-mounted) zakładów, ale w segmencie małych instalacji dominują dwa cykle.

Cykle rozprężania azotu są popularne ze względu na swoją prostotę i elastyczność eksploatacyjną azot jest sprężany, chłodzony i rozprężany w celu wytworzenia chłodu, a następnie ponownie wykorzystywany. Cykl ten nie jest palny, co upraszcza systemy bezpieczeństwa, oraz dobrze radzi sobie ze zmianami składu gazu dopływowego. Jaka jest jego wada? Efektywność. Cykle azotowe zużywają więcej energii na jednostkę wyprodukowanego LNG niż systemy z mieszanym czynnikiem chłodzącym.

Cykle z mieszanym czynnikiem chłodzącym —w szczególności cykl z pojedynczym mieszanym czynnikiem chłodzącym (SMR)—charakteryzują się lepszą wydajnością termodynamiczną . Dzięki zastosowaniu mieszanki węglowodorów i azotu czynnik chłodzący może dokładniej odzwierciedlać krzywą chłodzenia gazu ziemnego, co redukuje straty egergii. Wadą jest złożoność: skład czynnika chłodzącego musi być starannie kontrolowany, a system jest mniej odporny na zmiany w składzie gazu dopływowego.

W przypadku większości zintegrowanych aplikacji przemysłowych w zakresie od 10 000 do 100 000 Nm³/dobę cykle z rozprężarką azotową są standardowym rozwiązaniem. Są one prostsze w eksploatacji, łatwiejsze w regulacji oraz bardziej odporno na rzeczywiste warunki eksploatacyjne występujące na odległych obiektach i przy obsłudze przez mniej doświadczony personel.

Projektowanie i wykonywanie stacji montażowej (skid): Diabeł tkwi w szczegółach

Tu zaczyna się prawdziwa praktyka. Stacja montażowa (skid) do produkcji LNG jest tak dobra, jak dobra jest jakość jej wykonania. Analiza naprężeń w rurociągach musi uwzględniać obciążenia występujące podczas transportu, a nie tylko warunki eksploatacji. Urządzenia pomiarowe muszą wytrzymać wibracje występujące podczas transportu drogowego. Przewody elektryczne należy prowadzić w taki sposób, aby uniknąć uszkodzeń podczas podnoszenia i montażu na miejscu.

Najlepsi wykonawcy stacji montażowych (skidów) już na etapie projektowania uwzględniają wymagania związane z transportem. Oznacza to m.in. analizę rozkładu masy modułu w celu zapewnienia bezpiecznego podnoszenia za pomocą dźwigu, stosowanie wzmocnień konstrukcyjnych zapewniających odporność na obciążenia podczas transportu drogowego oraz zapewnienie odpowiednich punktów dostępu do połączeń na miejscu. Kolejnym elementem wyróżniającym jest przeprowadzenie wstępnej uruchomieniowej kontroli w warsztacie — stacja montażowa (skid), która dociera na miejsce z już skalibrowanymi urządzeniami pomiarowymi i przetestowanymi obwodami, pozwala zaoszczędzić wiele tygodni czasu potrzebnego na uruchomienie na miejscu.

W projekcie w basenie Permian zastosowano dwóch różnych wytwórców do identycznych modułów przemysłowych (skidów). Jeden z nich został dostarczony z całym wyposażeniem pomiarowym już skalibrowanym i udokumentowanym; drugi przybył z luźnymi przewodami, nieoznakowanymi kablami oraz urządzeniami pomiarowymi wymagającymi pełnej ponownej kalibracji. Pierwsza instalacja została uruchomiona w ciągu trzech tygodni, natomiast druga – dopiero po dziesięciu. Różnica w kosztach wytworzenia wynosiła mniej niż 5 % – różnica w czasie uruchamiania była zaś ogromna.

Dlaczego jakość wykonywania modułów decyduje o powodzeniu projektu

Instalacje LNG montowane na modułach przemysłowych (skidach) skracają harmonogram projektu poprzez przeniesienie części prac poza miejsce budowy, ale takie skrócenie jest możliwe wyłącznie wtedy, gdy prace poza miejscem budowy są wykonane prawidłowo. Moduł wymagający znacznych prac korekcyjnych na miejscu budowy podważa sam cel modularizacji. Niedoskonałe spawanie, niewłaściwie ustawione kołnierzowe połączenia rurowe lub błędne prowadzenie przewodów do urządzeń pomiarowych nie tylko generują dodatkowe koszty – zużywają również te oszczędności czasowe, które stanowiły główną przyczynę zastosowania rozwiązania modularnego.

Dla właścicieli projektów oceniających rozwiązania w postaci modułów przemysłowych (skid-mounted) ważniejszy jest doświadczenie wykonawcy niż nazwa licencjodawcy technologii. Sprawdzony wykonawca z rygorystycznym systemem kontroli jakości, doświadczonym zarządzaniem projektami oraz historią terminowej realizacji zmniejsza ryzyko projektu w sposób, którego nie potrafi zastąpić żadna ilość inżynierii. Firmy takie jak GreenFir budowały swoją reputację właśnie na tej skuteczności wykonawczej – dostarczając modułowych (skid-mounted) urządzeń do przetwarzania gazu, które przybywają na miejsce budowy gotowe do natychmiastowego uruchomienia, z minimalnymi potrzebami dodatkowej pracy terenowej i przewidywalnymi harmonogramami uruchamiania.