Процесс регазификации СПГ

Последний этап в цепочке поставок СПГ

Сжиженный природный газ (СПГ) преодолевает тысячи миль над океанами на специализированных танкерах, сохраняясь при температуре −162 °C в криогенных резервуарах. Однако подавляющее большинство потребителей природного газа сжигают не жидкость, а газ. Где-то между танкером со СПГ и конечной точкой сжигания жидкость должна снова превратиться в пар. Этот процесс называется регазификацией — и он представляет собой последний, но чрезвычайно важный этап в цепочке поставок СПГ.

Масштабы впечатляют. Единственный крупный регазификационный терминал способен перерабатывать более 1 миллиарда кубических футов природного газа в день — объём, достаточный для обеспечения газом нескольких миллионов домов. Оборудование имеет огромные размеры, термодинамические требования крайне высоки, а экономические риски — значительны. Каждый час простоя регазификационного терминала обходится оператору в сотни тысяч долларов США в виде упущенной выручки от недозагрузки мощностей.

Основной процесс: от жидкости к газу

Сам процесс регазификации концептуально прост, но операционно сложен. СПГ поступает на терминал при температуре около −162 °C и давлении, близком к атмосферному. Чтобы превратить его в газ, пригодный для транспортировки по трубопроводу, оператор должен выполнить две задачи: повысить давление и добавить тепло .

Повышение давления осуществляется в первую очередь. СПГ перекачивается из резервуаров хранения через серию насосов — сначала низконапорные насосы подают его на основные криогенные насосы, затем высоконапорные насосы повышают давление до уровня, необходимого для транспортировки по трубопроводу (обычно 80–100 бар) при таких давлениях СПГ остаётся жидким, пока сохраняется низкая температура. Перекачка СПГ при криогенных температурах требует специализированного оборудования: насосы погружены в жидкость для поддержания низкой температуры, а уплотнения должны выдерживать как экстремальный холод, так и высокое давление.

Подвод тепла осуществляется во вторую очередь. СПГ под высоким давлением проходит через испарители, где он нагревается примерно до 5–10 °C и снова превращается в газ затем газ поступает на измерительную станцию, проходит ободоривание (при необходимости) и поступает в магистральный газопровод.

Технологии испарителей: сердце терминала

Испаритель является самым важным оборудованием на регазификационном терминале. На рынке доминируют три основные технологии, каждая из которых обладает своими эксплуатационными характеристиками.

Испарители с открытым решетчатым теплообменником (ORV) используют морскую воду в качестве источника тепла. Морская вода подается насосом через пучок оребренных труб, по которым транспортируется СПГ высокого давления. Вода нагревает СПГ, который испаряется и выходит из труб в виде газа. ORV отличаются простотой конструкции, надежностью и низкими эксплуатационными затратами, поскольку морская вода бесплатна. Однако у них есть недостатки: требуется большой забор и сброс морской воды, что влечет за собой необходимость получения экологических разрешений. Кроме того, они работают только при достаточно высоких температурах морской воды — как правило, выше 5 °C.

Испарители с погружным сжиганием (SCV) сжигание части природного газа для получения тепла, которое передается СПГ через водяную баню. Компактные испарители с погружным сжиганием (SCV) могут эксплуатироваться в любом климате — их работа не зависит от температуры морской воды. Компромисс заключается в расходе топлива: SCV сжигают около 1,5–2 % газа, который они испаряют. Это газ, который не поступает в продажу.

Испарители с промежуточным теплоносителем (IFV) используют промежуточный теплоноситель — часто пропан или смесь гликоля с водой — для передачи тепла от источника (морской воды или процесса сжигания) к СПГ. Это обеспечивает эксплуатационную гибкость и защищает СПГ от прямого контакта с источником тепла, однако повышает сложность и стоимость системы.

Рост плавучих установок хранения и регазификации

Не вся регазификация осуществляется на суше. Плавучие установки хранения и регазификации (FSRU) трансформировали рынок импорта СПГ за последнее десятилетие fSRU — это по сути терминал регазификации, построенный на судне: резервуары для хранения СПГ, испарители и системы экспорта газа размещены на плавучем корпусе .

Цифры говорят сами за себя. К концу 2023 года в мире эксплуатировалось 51 FSRU по сравнению с 30 в 2020 году — рост на 70 % за три года глобальный рынок FSRU оценивался в 903 млн долларов США в 2024 году и, как прогнозируется, достигнет 1,78 млрд долларов США к 2033 году .

Что стимулирует рост? Скорость и стоимость. Для получения разрешений и строительства традиционного наземного регазификационного терминала требуется от пяти до семи лет. FSRU может быть введена в эксплуатацию за 18–24 месяца немецкий опыт 2022 года служит ярким примером: после прекращения поставок российского газа по трубопроводу страна ввела в эксплуатацию пять плавучих регазификационных установок (FSRU) в течение 18 месяцев, избежав многолетних сроков строительства наземных терминалов .

У FSRU есть и недостатки. Их эксплуатация обходится дороже, чем эксплуатация наземных терминалов — расход топлива на движение судна и затраты на техническое обслуживание судна суммарно значительны. Кроме того, их емкость для хранения ограничена по сравнению с крупными наземными резервуарами. Однако для рынков, которым требуется СПГ в кратчайшие сроки, или где земельные участки дефицитны либо политически сложно получить разрешение на их использование, FSRU зачастую являются единственным практичным решением.

Использование холода: неиспользованная возможность

Вот что обсуждается недостаточно часто: СПГ содержит огромное количество «холода» — хладоэнергии, затраченной на его ожижение на заводе по сжижению. При регазификации СПГ этот холод, как правило, рассеивается в морской воде или атмосфере. Но это вовсе не обязательно.

Несколько терминалов по всему миру уже начали использовать это хладоэнергетическое потенциал для других целей. В Японии, где импорт СПГ имеет огромные масштабы, хладоэнергия используется для разделения воздуха (производства жидкого кислорода и азота), улавливания CO₂ при низких температурах и даже охлаждения центров обработки данных. Экономическая выгода очевидна: хладоэнергия в СПГ стоит примерно от 2 до 5 долларов за ММБТЕ в зависимости от местной цены на электроэнергию и конкретного применения.

Основная сложность заключается в интеграции. Использование хладоэнергии требует наличия промышленного потребителя поблизости, способного использовать холод, либо системы выработки электроэнергии, способной преобразовать перепад температур в электричество. Такая возможность есть не у каждого терминала. Однако для тех терминалов, где она имеется, использование хладоэнергии может компенсировать значительную часть эксплуатационных расходов терминала.

Операционные риски и вопросы надежности

Терминалы регазификации — это высоконадёжные объекты; такими они должны быть. Терминал, который не может поставлять газ в тот момент, когда он необходим в энергосистеме, сталкивается не только с финансовыми штрафами, но и с регуляторным надзором, а также ущербом для репутации.

Самый серьёзный операционный риск — обледенение испарителя. Если расход СПГ превышает тепловой поток, испаритель может покрыться льдом, что снижает эффективность теплопередачи и потенциально блокирует трубки. Операторы предотвращают это, контролируя расход СПГ, отслеживая температуру на выходе из испарителя и, в некоторых случаях, применяя противозамерзающие добавки.

Другой риск — термический удар. Перепад температуры от −162 °C до +5 °C вызывает значительные термические напряжения в трубопроводах и оборудовании. Правильные процедуры прогрева и охлаждения имеют критическое значение. Один из терминалов в Испании получил этот урок на собственном опыте: при пуске холодная линия подачи СПГ была открыта слишком быстро, что привело к разрушению опоры трубопровода из-за неравномерного теплового расширения. Восстановительные работы заняли две недели и обошлись более чем в 1 миллион долларов США.

Роль качества изготовления в надежности терминала

Оборудование на терминале регазификации работает в экстремальных условиях: с одной стороны — криогенные температуры, с другой — высокое давление, а также быстрые изменения температуры при пуске и остановке. Это чрезвычайно требовательная среда для любого оборудования, и качество изготовления имеет огромное значение.

Некачественная сварка криогенных трубопроводов может привести к хрупкому разрушению. Недостаточная теплоизоляция холодных линий вызывает образование льда и коррозию. Неправильно установленные средства измерений могут выдавать ложные показания, что приводит операторов к ошибочным решениям. Эти проблемы не носят теоретический характер — они возникают на практике и обходятся дорого.

Для заказчиков и операторов проектов работа с изготовителем, обладающим глубоким опытом в криогенных и высоконапорных применениях, снижает эти риски. Такие компании, как GreenFir, которые завоевали репутацию за качественное изготовление и строгие испытания на всех этапах цепочки создания стоимости в газопереработке, применяют тот же высокий стандарт и при производстве оборудования для регазификации. Когда испарители поставляются на площадку в готовом к эксплуатации виде, а трубопроводы выдерживают давление без утечек, терминал запускается в соответствии с графиком и продолжает работать без перерывов в наиболее ответственные моменты.