எல்.என்.ஜி.யில் கிரையோஜெனிக் விரிவாக்க செயல்முறை

எல்.என்.ஜி திரவமாக்குதலுக்கான முக்கிய இயந்திரவியல்

திரவமாக்கப்பட்ட இயற்கை வாயு உற்பத்தி ஒரு அடிப்படையான செயல்முறையைச் சார்ந்துள்ளது: மீதேனை -162°C அளவில் திரவமாக்குவதற்காக அதிலிருந்து வெப்பத்தை அகற்றுதல். கிரையோஜெனிக் விரிவாக்கச் செயல்முறை இதனை சாதிக்க உதவும் இயந்திரமாகும். இது ஒரு தனிப்பட்ட சாதனம் அல்லது தனித்தனியான படியும் அல்ல — இது முழு திரவமாக்கும் டிரெயின் முழுவதும் பரவியுள்ள வெப்ப இயக்கவியல் முறையாகும்.

எளிய வடிவில், இந்தச் செயல்முறை உயர் அழுத்த வாயு ஓட்டத்தை எடுத்து, அதனை ஒரு கட்டுப்பாட்டு இடைவெளியின் வழியாகவோ அல்லது டர்போ விரிவாக்கியின் வழியாகவோ விரிவடையச் செய்கிறது. இந்த விரிவாக்கம் வெப்பநிலையைக் குறைக்கிறது, அந்த குளிர்ந்த ஓட்டம் அடுத்த கட்டத்திற்கான குளிர்விப்பானாகச் செயல்படுகிறது. விரிவாக்கங்கள் மற்றும் வெப்ப மாற்றங்களின் தொடர் வினை மூலம் உள்ளீட்டு வாயு படிப்படியாக குளிர்விக்கப்படுகிறது, அது திரவமாகும் நிலையை அடையும் வரை.

இந்தக் கொள்கையின் முக்கியமான பயன்பாடு நைட்ரஜன் நீக்கும் அலகு (NRU) ஆகும். இயற்கை வாயுவில் மிகையான அளவு நைட்ரஜன் இருந்தால் — அதற்கு எரிவெப்ப மதிப்பு இல்லை மற்றும் அது LNG கப்பல் ஏற்றத்தில் இடத்தை ஆக்கிரமிக்கிறது — NRU குளிர்ச்சி வடிகட்டுதல் மூலம் அதனை பிரித்தெடுக்கிறது . இந்தச் செயல்முறை வேதிப்பொருட்களைப் பயன்படுத்தாமல், விரிவாக்கம் மற்றும் குளிர்வித்தல் ஆகியவற்றைப் பயன்படுத்தி நைட்ரஜனை LNG-இலிருந்து பிரிக்கிறது . நைட்ரஜன் சுமையைப் பொறுத்து இந்த அமைப்பு மாறுபடுகிறது; அது எளிய கட்டுப்படுத்தப்பட்ட ஃபிளாஷ் முறையிலிருந்து மேம்படுத்தப்பட்ட ஸ்ட்ரிப்பர் அல்லது வடிகட்டு கோபுர அமைப்பு வரை வேறுபடுகிறது .

இது முக்கியமானது, ஏனெனில் குழாய் வழியாக வழங்கப்படும் எரிவளி தர வரையறைகளும், திரவமாக்கப்பட்ட இயற்கை எரிவளி (LNG) ஏற்றுமதி ஒப்பந்தங்களும் நைட்ரஜன் உள்ளடக்கத்திற்கு கண்டிப்பான வரம்புகளைக் கொண்டுள்ளன. திறமையான NRU இல்லாமல், LNG தர வரையறைகளை பூர்த்தி செய்யாது அல்லது உற்பத்தியாளர் ஒரு கன மீட்டருக்கு அதிகபட்சமாக வழங்கக்கூடிய ஆற்றலை விடக் குறைவாகவே அனுப்புகிறார். இரு நிலைகளிலும், பொருளாதார இழப்பு ஏற்படுகிறது.

டர்போ விரிவாக்கிகள் மற்றும் ஜூல்-தாம்சன் வால்வுகள்: ஒரு நடைமுறை சமநிலை

குளிர்ச்சியான விரிவாக்கம் இரண்டு முக்கிய முறைகளில் சாத்தியமாகிறது: ஜூல்-தாம்சன் வால்வு மற்றும் டர்போ விரிவாக்கி. இரண்டும் எரிவளியின் அழுத்தத்தையும் வெப்பநிலையையும் குறைக்கின்றன, ஆனால் அவை அதை வெவ்வேறு முறையில் செய்கின்றன; இவற்றில் ஒன்றைத் தேர்வு செய்வது தாவரத்தின் செயல்திறனை நேரடியாகப் பாதிக்கிறது.

ஜூல்-தாம்சன் வால்வு எளியது, மலிவானது மற்றும் அசையும் பாகங்கள் எதுவும் இல்லை. எரிவளி வால்வின் வழியாக விரிவடைகிறது, மேலும் ஜூல்-தாம்சன் விளைவின் காரணமாக வெப்பநிலை குறைகிறது. ஆனால் இந்த விரிவாக்கம் சீரான என்தால்பி (isenthalpic) ஆகும் — அழுத்தக் குறைவிலிருந்து எந்த வேலையும் பெறப்படுவதில்லை. அனைத்து ஆற்றலும் எரிவளியைக் குளிர்விக்கப் பயன்படுகிறது, ஆனால் திறன் வரம்புக்குட்பட்டதாக உள்ளது.

மாறாக, ஒரு டர்போ எக்ஸ்பாண்டர் விரிவடையும் வாயுவிலிருந்து வேலையை எடுக்கிறது. இந்த விரிவாக்கம் ஐசென்ட்ரோபிக் நிலைக்கு அருகில் உள்ளது, அதாவது அழுத்த ஆற்றலின் மிகப்பெரும் பகுதி பயனுள்ள வேலையாக (பொதுவாக அதே சாஃப்டில் உள்ள ஒரு கம்ப்ரஸரை இயக்குவதற்கு) மாற்றப்படுகிறது, இதனால் வெப்பநிலை வீழ்ச்சியும் அடையப்படுகிறது. இந்த அலகுகளின் ஐசென்ட்ரோபிக் திறன் பொதுவாக வடிவமைப்பு மற்றும் இயக்க நிலைகளைப் பொறுத்து 60-70% வரம்பில் இருக்கும். இவ்வாறு எடுக்கப்பட்ட வேலை மற்ற கம்ப்ரஸர்களின் பாரசைட்டிக் சுமையில் சிலவற்றை ஈடுகட்ட முடியும்.

இதன் பரிமாற்றம் சிக்கலான அமைப்பு மற்றும் அதிக செலவு ஆகும். ஒரு டர்போ எக்ஸ்பாண்டர் என்பது குறுகிய இடைவெளிகள், அதிவேக பேரிங்குகள் மற்றும் சிறப்பு சீல்களைக் கொண்ட துல்லியமான இயந்திரமாகும். இது ஜே.டி. வால்வு தேவைப்படுத்தாத பராமரிப்பை தேவைப்படுகிறது. சிறிய தொழிற்சாலைகள் அல்லது அழுத்த வீழ்ச்சி மிதமான பயன்பாடுகளில், மொத்த உரிமை செலவில் ஜே.டி. வால்வு பெரும்பாலும் வெற்றி பெறுகிறது. திறன் மேம்பாடுகள் நேரடியாக அதிக உற்பத்தியை ஏற்படுத்தும் அடிப்படை சுமை LNG ட்ரெய்ன்களில், டர்போ எக்ஸ்பாண்டர் நேரத்துடன் தன் செலவை ஈடுகட்டும்.

LNG ட்ரெய்னில் கிரையோஜெனிக் விரிவாக்கம் எங்கு பயன்படுத்தப்படுகிறது

குளிரூட்டப்பட்ட விரிவாக்க அடிப்படை ஒரு பொதுவான LNG திரவமாக்கும் தொடரின் பல இடங்களில் தோன்றுகிறது. அது எங்கும், ஏன் தோன்றுகிறது என்பதை அறிவது, முழு செயல்முறை எவ்வாறு செயல்படுகிறது என்பதை விளக்குவதில் உதவுகிறது.

முக்கிய குளிரூட்டப்பட்ட வெப்ப மாற்றி (MCHE) என்பது பெரும்பாலான அடிப்படை சுமை LNG தாவரங்களின் இதயமாகும். குளிரூட்டி — பொதுவாக கலப்பு குளிரூட்டி அல்லது தூய நைட்ரஜன் — சுமையிடப்பட்டு, குளிரூட்டப்பட்டு, பின்னர் MCHE-இன் குளிர் பக்கத்திற்கு நுழைவதற்கு முன் குளிரூட்டப்பட்ட வெப்பநிலைக்கு விரிவாக்கப்படுகிறது. அந்த குளிர் குளிரூட்டி, MCHE-இன் சூடான பக்கத்தில் உள்ள உள்ளீட்டு வாயுவிலிருந்து வெப்பத்தை உறிஞ்சுகிறது, இதனால் மீதேன் திரவமாகிறது. குளிரூட்டி சுழற்சியில் விரிவாக்க நடவடிக்கை ஒரு டர்போ விரிவாக்கியில் (turboexpander) நிகழ்கிறது, மேலும் குளிர் விரிவாக்கப்பட்ட ஓட்டம் பின்னர் மாற்றியின் வழியாக மீண்டும் சுழலுகிறது.

நைட்ரஜன் நீக்கம் செயல்முறைகளில், விரிவாக்கம் வடிகட்டுதலுக்குத் தேவையான குறைந்த வெப்பநிலைகளை உருவாக்குகிறது. உள்ளீட்டு வாயு பகுதியாக திரவமாக்கப்படுகிறது, மேலும் திரவப் பகுதி — இப்போது மீதேனில் செறிவூட்டப்பட்டுள்ளது — வடிகட்டு தூணின் அடிப்பகுதிக்குச் செல்கிறது, அதே நேரத்தில் நைட்ரஜன் செறிவுள்ள ஆவியானது மேலே எழும்புகிறது. இந்தப் பிரிப்பை இயக்கும் மீண்டும் செலுத்தும் திரவம் விரிவாக்கப்பட்டு திரவமாக்கப்பட்ட நைட்ரஜனிலிருந்து வருகிறது, பின்னர் அது மீண்டும் ஆவியாக்கப்பட்டு கூடுதல் குளிர்ச்சியை வழங்குகிறது.

சில சிறிய LNG தாவரங்கள் முழுமையாக நைட்ரஜன் விரிவாக்கி சுழற்சியைப் பயன்படுத்துகின்றன, அங்கு நைட்ரஜன் குளிரூட்டும் பொருளாகவும் இயங்கும் திரவமாகவும் செயல்படுகிறது. நைட்ரஜன் செறிவூட்டப்படுகிறது, வரும் உள்ளீட்டு வாயுவுடன் குளிரூட்டப்படுகிறது, ஒரு டர்போ விரிவாக்கியின் வழியாக விரிவாக்கப்படுகிறது, பின்னர் ஒரு எளிய வெப்ப மாற்றியில் மீதேனைத் திரவமாக்க பயன்படுத்தப்படுகிறது. இந்த சுழற்சி எளிமையானது மற்றும் கலப்பு குளிரூட்டும் அமைப்பின் சிக்கலான தன்மை நியாயப்படுத்தப்படாத சிறிய திறன் கொண்ட நிறுவனங்களுக்கு நன்றாக செயல்படுகிறது.

நைட்ரஜன் நீக்கம் சவால்களை உண்மையான உலக அடிப்படையில் ஆராய்தல்

ஒரு நைட்ரஜன் நீக்கும் அலகு என்பது கோட்பாட்டில் எளிதாகத் தோன்றும். நடைமுறையில், இது திரவ இயற்கை வாயு (LNG) தாவரத்தின் மிகவும் மாறுபட்ட பகுதிகளில் ஒன்றாகும்.

சில ஆண்டுகளுக்கு முன்பு மேற்கு கனடாவில் ஒரு திட்டத்தின் போது, ஒரு செயல்பாட்டாளர் தொடங்கிய புதிய NRU ஆனது தோராயமாக 8% நைட்ரஜனைக் கொண்ட உள்ளீட்டு வாயுவை கையாளும் வகையில் பொறியியல் முறையில் வடிவமைக்கப்பட்டது. வடிவமைப்பு அடிப்படை திடமானதாக இருந்தது, கருவிகள் சரியான வகையில் தனிப்பயனாக்கப்பட்டன, மேலும் EPC ஒப்பந்ததாரருக்கு கிரையோஜெனிக் வடிகட்டுதலில் திடமான அனுபவம் இருந்தது. ஆனால் உண்மையில் உள்ளீட்டு கலவை மேல் பகுதி வளம் மாதிரிகள் கணித்ததை விட மாறுபட்டதாக அமைந்தது. சில உற்பத்தி கட்டங்களில் நைட்ரஜன் உள்ளடக்கம் தற்காலிகமாக 11% வரை உயர்ந்தது.

என்.ஆர்.யூ. தன்னை வேகத்தில் வைத்துக் கொள்ள முடியவில்லை. கூடுதல் நைட்ரஜன் சுமை வடிகட்டும் கலம் ஆபரேட்டர்கள் "வெளியேற்றம்" என்று அழைக்கும் நிலைக்கு உள்ளானது — ஆவியின் பாய்வு அதிகரித்ததால், திரவம் தட்டுகள் வழியாக சரியாக வடிய முடியவில்லை. இதன் விளைவாக, தனிமைப்படுத்தல் தரம் குறைந்தது; மீத்தேன் மேல் வெளியேற்றத்தில் அதிகமாகச் சென்றது மற்றும் நைட்ரஜன் அடிப்பகுதி தயாரிப்பில் அதிகமாக எஞ்சியது. தாவரம் திரவ இயற்கை வாயு (எல்.என்.ஜி.) தரத்திற்கு ஏற்ப உள்ளீட்டு வேகத்தைக் குறைக்க வேண்டியிருந்தது, இது உற்பத்தியை நேரடியாகக் கட்டுப்படுத்தியது.

தீர்வாக, குளிரூட்டும் சுழற்சியில் இரண்டாவது டர்போ விரிவாக்கியைச் சேர்த்து, கலத்தின் மீண்டும் செலுத்தும் திரவத்தின் பாதையை மாற்றியமைத்தனர். இது வேலை செய்தது, ஆனால் இது ஆபரேட்டருக்கு உற்பத்தியில் பல மாதங்கள் இழப்பையும், முதல் பட்ஜெட்டில் இல்லாத மூலதனச் செலவையும் ஏற்படுத்தியது.

இங்கு கற்றுக்கொள்ள வேண்டிய பாடம் என்னவென்றால், கிரையோஜெனிக் விரிவாக்கச் செயல்முறைகள் உள்ளீட்டு மாறுபாடுகளுக்கு உணர்திறன் கொண்டவை என்பதாகும். இதனை நன்றாகப் புரிந்துகொண்ட ஒரு கட்டுமான ஒப்பந்ததாரர், வடிவமைப்பில் நெகிழ்வுத்தன்மையை உள்ளடக்குவார் — சில கருவிகளை அதிக அளவில் வடிவமைத்தல், திரும்பு செயல்பாட்டுத் திறனைச் சேர்த்தல், மற்றும் செயல்பாட்டு சரிசெய்வுகளை அனுமதிக்கும் வகையில் பைப்பாஸ் வழிகளைச் சேர்த்தல் போன்றவை. ஆனால், இச்செயல்முறையை ஒரு நிலையான செயல்முறையாக நினைத்து, அதனை ஒரு நிலையான செயல்முறையாக அணுகும் ஒரு ஒப்பந்ததாரர், காகிதத்தில் அற்றவாறு சிறப்பாக இயங்கும் ஆனால் உண்மையான உலகில் சிக்கல்களைச் சந்திக்கும் தொழிற்சாலையை வழங்குவார்.

திறன் கருத்துகள் மற்றும் எண்கள் உண்மையில் என்னவை குறிக்கின்றன

LNG துறையில் செயல்முறைத் திறன் குறித்து பல பேச்சுகள் உள்ளன, ஆனால் அந்த எண்கள் எப்போதும் மக்கள் நினைப்பது போல அர்த்தம் கொண்டிருக்காது.

கிரையோஜெனிக் விரிவாக்கச் செயல்முறைகள், சரியாக முறையாகத் தீவிரப்படுத்தப்படும்போது, திரவமாக்கல் திறனில் குறிப்பிடத்தக்க மேம்பாடுகளை அடைய முடியும். ஆய்வுகள், தீவிரப்படுத்தப்பட்ட டர்போஎக்ஸ்பாண்டர் வடிவமைப்புகள், மரபுசார் சராசரி-வரி அணுகுமுறைகளை விட ஏறத்தாழ 5% ஐசென்ட்ரோபிக் திறனை அதிகரிக்க முடியும் எனக் காட்டியுள்ளன. ஒரு அடிப்படை சுமை LNG பயணத்தின் சூழலில், இது அளவிடக்கூடிய உற்பத்தி அதிகரிப்பை ஏற்படுத்துகிறது. சில மதிப்பீடுகள், மேம்பட்ட எக்ஸ்பாண்டர் செயல்திறன் மூலம் 5–7% LNG உற்பத்தி அதிகரிப்பைக் குறிப்பிடுகின்றன.

ஆனால் இந்த எண்களுக்கு சில கட்டுப்பாடுகள் உள்ளன. திறன் அதிகரிப்பு, குறிப்பிட்ட இயக்க நிலைகளைப் பொறுத்து மிகவும் சார்ந்துள்ளது — உள்ளீட்டு அழுத்தம், வாயு கூறு, சூழல் வெப்பநிலை மற்றும் பயணத்தின் மீதமுள்ள பகுதியின் அமைப்பு. எக்ஸ்பாண்டரின் ஐசென்ட்ரோபிக் திறனில் 5% மேம்பாடு என்பது, மொத்த தொழிற்சாலை வெளியீட்டில் 5% அதிகரிப்பைக் குறிக்கவில்லை. உண்மையான தாக்கம் சிறியது மற்றும் ஒவ்வொரு நிறுவலிலும் மாறுபடும்.

மற்றொரு கவனிக்கத்தக்க விஷயம் நம்பகத்தன்மை ஆகும். ஒரு டர்போஎக்ஸ்பாண்டர் செயலிழந்தால், அது குளிரூட்டும் சுழற்சியையும் சேர்த்து நிறுத்திவிடும். ஒற்றை-பயிற்சி திரவ இயற்கை எரிவாயு தாவரத்தில், இது முழு உற்பத்தியையும் நிறுத்தும். இந்த காரணத்தினால், பல இயக்குநர்கள் கூடுதல் ரோட்டர் கூறுகளை வைத்திருக்கின்றனர் மற்றும் தயாரிப்பாளருடன் பரிமாற்ற ஒப்பந்தங்களை ஏற்பாடு செய்துள்ளனர். இந்த மீள்பயன்பாட்டின் செலவை, ஜூல்-தாம்சன் வால்வு மற்றும் டர்போஎக்ஸ்பாண்டர் ஆகியவற்றிற்கு இடையேயான முதல் செலவு ஒப்பீட்டில் மட்டுமல்லாமல், வாழ்க்கை சுழற்சி பொருளாதாரத்திலும் கணக்கில் எடுத்துக்கொள்ள வேண்டும்.

நீண்டகால இயக்கங்களுக்கு செயல்முறை தேர்வு ஏன் முக்கியம்?

வடிவமைப்பு கட்டத்தின் போது தேர்ந்தெடுக்கப்பட்ட கிரையோஜெனிக் விரிவாக்க அணுகுமுறை, அடுத்த 20 முதல் 30 ஆண்டுகளுக்கு இயக்க அனுபவத்தை வடிவமைக்கிறது. எளிய ஜூல்-தாம்சன் வால்வுகளைச் சுற்றியே வடிவமைக்கப்பட்ட தாவரம், கட்டுமானத்திற்கு மலிவானதாகவும், பராமரிப்பு எளிதாகவும் இருக்கும்; ஆனால் ஒரு டன் திரவ இயற்கை எரிவாயு உற்பத்திக்கு அதிக மின்சக்தியை நுகரும். டர்போஎக்ஸ்பாண்டர்களைச் சுற்றியே கட்டப்பட்ட தாவரம், அதிக முதலீட்டுச் செலவையும், சிக்கலான பராமரிப்பையும் கொண்டிருக்கும்; ஆனால் அதே உள்ளீட்டு எரிவாயு கனஅளவிலிருந்து அதிக திரவ இயற்கை எரிவாயுவை உற்பத்தி செய்யும்.

எல்லா திட்டங்களுக்கும் பொதுவான சரியான பதில் எதுவும் இல்லை. சரியான தேர்வு குறிப்பிட்ட திட்டத்தின் பொருளாதாரத்தைப் பொறுத்தது — மின்சாரத்தின் விலை, கூடுதல் LNG உற்பத்தியின் மதிப்பு, திறமையான பராமரிப்பு தொழில்நுட்ப வல்லுநர்களின் கிடைப்பு, மற்றும் திட்ட இயக்குநரின் திட்டமிடப்படாத நிறுத்தத்திற்கான அபாய பொறுப்பு.

முக்கியமானது, EPC ஒப்பந்ததாரர் இந்த வரையறைகளை புரிந்துகொண்டு, அவற்றைத் தெளிவாக விளக்க முடியும் என்பதே. டர்போ எக்ஸ்பாண்டர்கள் மேம்படுத்தப்பட்டவை என்று தோன்றுவதால் அனைத்து திட்டங்களுக்கும் அவற்றை வலியுறுத்தும் ஒப்பந்ததாரர், திட்ட உரிமையாளருக்கு சேவை செய்யவில்லை. அதேபோல், JT வால்வுகள் எளிமையானவை என்பதால் அனைத்து திட்டங்களுக்கும் அவற்றை முன்னுரிமையாக தேர்வு செய்யும் ஒப்பந்ததாரர், சிறந்த செயல்திறன் மூலம் பெறக்கூடிய லாபத்தை இழக்கிறார்.

சிறந்த அணுகுமுறை என்பது, செயல்முறை சிக்கலான தன்மையை திட்டத்தின் குறிப்பிட்ட சூழ்நிலைகளுக்கு ஏற்றவாறு வடிவமைப்பதாகும். உள்ளீட்டு கலவை நன்றாக அறியப்பட்டதும், நிலையானதும் ஆக இருக்கும் திட்டங்களுக்கு, எளிய விரிவாக்க திட்டம் முற்றிலும் போதுமானதாக இருக்கும். மாறுபட்ட உள்ளீடு கொண்ட திட்டங்களுக்கு அல்லது மின்சாரச் செலவுகள் அதிகமாக உள்ள இடங்களுக்கு, டர்போ எக்ஸ்பாண்டர்கள் மற்றும் மேம்படுத்தப்பட்ட குளிரூட்டும் சுழற்சிகளில் கூடுதல் முதலீடு பொதுவாக லாபகரமாக அமையும்.

கிரையோஜெனிக் விரிவாக்கம் என்பது ஒரே அளவிலான தொழில்நுட்பம் அல்ல. இது பயன்பாட்டிற்கு ஏற்றவாறு தேர்ந்தெடுக்கப்பட வேண்டிய விருப்பங்களின் தொகுப்பாகும். இதனை நன்றாக புரிந்துகொண்டு, சரியான முடிவை எடுக்க தேவையான பயன்பாட்டு அனுபவத்தைக் கொண்ட ஒப்பந்த முறையாளர்களே உங்களுடன் பணியாற்ற வேண்டியவர்கள். கிரையோஜெனிக் வாயு செயலாக்க திட்டங்களில் இத்தகைய பயன்பாட்டு பொறியியல் மதிப்பீட்டை Greenfir வழங்குகிறது, இது ASME U-ஸ்டாம்ப் சான்றிதழ் மற்றும் உள்நாட்டு கிரையோஜெனிக் உபகரண துறையில் ஆழமான அடிப்படைகளைக் கொண்ட வடிவமைப்பு மையத்தால் ஆதரிக்கப்படுகிறது .