โรงงานผลิตก๊าซธรรมชาติเหลว (LNG) แบบติดตั้งบนโครงเลื่อน (Skid-Mounted)

การเปลี่ยนผ่านสู่โรงงานผลิตก๊าซธรรมชาติเหลว (LNG) แบบโมดูลาร์

เมื่อสิบปีก่อน การก่อสร้างโรงงานผลิตก๊าซธรรมชาติเหลว (LNG) หมายถึงการจัดเตรียมพื้นที่ขนาดใหญ่ หล่อฐานรากคอนกรีต และใช้เวลาสองถึงสามปีในการก่อสร้างภาคสนาม แต่ในปัจจุบัน ส่วนหนึ่งของอุตสาหกรรมกำลังดำเนินการแตกต่างออกไป โรงงานผลิตก๊าซธรรมชาติเหลว (LNG) แบบติดตั้งบนโครงสร้างรองรับ — ซึ่งระบบการแปรสภาพก๊าซให้เป็นของเหลวทั้งหมดจะถูกผลิตในโรงงาน แล้วขนส่งไปยังสถานที่ก่อสร้างและยึดติดเข้ากับฐาน — ได้เปลี่ยนจากทางเลือกเฉพาะกลุ่มมาเป็นทางเลือกหลักในอุตสาหกรรม

สาเหตุหลักไม่ได้ซับซ้อนแต่อย่างใด โครงการก๊าซธรรมชาติเหลว (LNG) แบบดั้งเดิมที่ก่อสร้างแบบติดตั้งในสถานที่จริงมักประสบปัญหาค่าใช้จ่ายเกินงบประมาณ ความล่าช้าตามกำหนดเวลา และภาวะขาดแคลนแรงงาน การดำเนินงานแบบโมดูลาร์สามารถแก้ไขปัญหาทั้งสามประการนี้ได้ โดยการย้ายกระบวนการผลิตอุปกรณ์ไปยังสถานที่ภายนอกไซต์งานและดำเนินการในสภาพแวดล้อมที่ควบคุมได้ ทำให้ทีมงานโครงการสามารถคาดการณ์ผลลัพธ์ได้แม่นยำขึ้น มีคุณภาพสูงขึ้น และดำเนินงานได้รวดเร็วขึ้น สำหรับแหล่งก๊าซธรรมชาติที่ตั้งอยู่ห่างไกล ทรัพย์สินที่ไม่สามารถใช้งานได้ (stranded assets) และตลาดที่ต้องการก๊าซธรรมชาติเหลวอย่างเร่งด่วน โรงงานก๊าซธรรมชาติเหลวแบบติดตั้งบนโครงสร้างรองรับ (skid-mounted plants) มักเป็นทางเลือกที่เหมาะสมและเป็นไปได้เพียงทางเดียว

ลักษณะที่แท้จริงของโรงงานก๊าซธรรมชาติเหลวแบบติดตั้งบนโครงสร้างรองรับ

โรงงานก๊าซธรรมชาติเหลวแบบติดตั้งบนโครงสร้างรองรับไม่ใช่อุปกรณ์ชิ้นเดียว แต่เป็นระบบที่ผสานรวมกันทั้งหมด ซึ่งถูกบรรจุไว้บนโครงสร้างเหล็กที่ออกแบบมาเพื่อการขนส่งโดยเฉพาะ โครงสร้างพื้นฐานโดยทั่วไปประกอบด้วยระบบเตรียมก๊าซป้อนเข้า (เช่น การกำจัดกรดอะมีน การลดความชื้น และการกำจัดปรอท) ระบบทำให้ก๊าซกลายเป็นของเหลว (มักใช้วิธีขยายไนโตรเจนหรือวงจรสารทำความเย็นผสม) ระบบจัดเก็บ และระบบจ่ายก๊าซ

แนวทางการออกแบบแบบโมดูลาร์จะแบ่งโรงงานออกเป็นโมดูลที่สามารถขนส่งได้ ซึ่งแต่ละโมดูลมีขนาดที่เหมาะสมกับข้อจำกัดในการขนส่ง โดยทั่วไปแล้วมีความยาว 40 ฟุต กว้าง 10 ฟุต และสูง 10 ฟุต สำหรับการขนส่งทางบก หรือมีขนาดใหญ่กว่านั้นสำหรับการขนส่งทางเรือ โมดูลจะถูกส่งมาถึงสถานที่ติดตั้งพร้อมทั้งท่อ ระบบควบคุมและตรวจสอบ รวมถึงสายไฟฟ้าที่ติดตั้งและทดสอบเรียบร้อยแล้ว งานที่ต้องทำในสถานที่จึงลดลงเหลือเพียงการเตรียมฐานราก การวางตำแหน่งโมดูล และการเชื่อมต่อระหว่างโมดูลเท่านั้น โรงงานแบบสเก็ด-เมาท์ (skid-mounted) ที่มีกำลังการผลิต 100,000 ลูกบาศก์เมตรต่อวันในมณฑลเสฉวน ใช้เวลาติดตั้งและเดินเครื่องจริงภายในระยะเวลาไม่ถึงหกเดือนนับตั้งแต่โมดูลถูกส่งถึงสถานที่ — ซึ่งเป็นระยะเวลาที่ไม่อาจจินตนาการได้เลยหากใช้วิธีการก่อสร้างแบบดั้งเดิม

ข้อได้เปรียบด้านต้นทุนและกำหนดเวลาที่แท้จริง

ตัวเลขเหล่านี้เล่าเรื่องราวให้เราฟัง การก่อสร้างแบบโมดูลาร์สามารถลดระยะเวลาโครงการโดยรวมได้ 15 ถึง 25% เมื่อเปรียบเทียบกับวิธีการก่อสร้างแบบดั้งเดิม สำหรับโครงการก๊าซธรรมชาติเหลว (LNG) ขนาดเล็กทั่วไป หมายความว่าสามารถย่นระยะเวลาโครงการได้ 6 ถึง 12 เดือน ซึ่งส่งผลให้สามารถสร้างรายได้ได้เร็วขึ้น และลดระยะเวลาการระดมทุนลง

การประหยัดต้นทุนเกิดขึ้นจากหลายมิติ อัตราค่าแรงสำหรับการผลิตในโรงงานมักต่ำกว่าอัตราค่าแรงในสนาม โดยเฉพาะเมื่อพิจารณาโครงสร้างพื้นฐานที่จำเป็นเพื่อสนับสนุนการก่อสร้างในพื้นที่ห่างไกล ประสิทธิภาพในการผลิตในสภาพแวดล้อมของโรงงานที่ควบคุมได้สูงกว่า — ไม่มีความล่าช้าจากสภาพอากาศ ไม่มีปัญหาการจัดเก็บวัสดุ และไม่มีปัญหาขาดแคลนแรงงานฝีมือ คุณภาพดีกว่า เนื่องจากทีมงานชุดเดียวกันผลิตโมดูลเดียวกันซ้ำๆ จนเกิดความชำนาญ ซึ่งทีมงานในสนามไม่สามารถเทียบเคียงได้

ผู้ประกอบการรายหนึ่งในแหล่งน้ำมันและก๊าซชั้นหินอ่อนอีเกิลฟอร์ด (Eagle Ford shale) ประเมินทั้งสองแนวทางสำหรับโรงกลั่นก๊าซธรรมชาติเหลว (LNG) กำลังการผลิต 50,000 แกลลอนต่อวัน พบว่าวิธีแบบโมดูลาร์มีต้นทุนรวมในการติดตั้งต่ำกว่า 18% และสามารถเริ่มดำเนินการได้เร็วกว่า 6 เดือน การตัดสินใจจึงชัดเจน

จุดแข็งและจุดจำกัดของโรงกลั่นแบบติดตั้งบนโครงเลื่อน (Skid-Mounted Plants)

โรงงานแบบติดตั้งบนโครงเหล็ก (Skid-mounted) มีข้อได้เปรียบอย่างมากในสถานการณ์เฉพาะ สถานที่ห่างไกลที่มีโครงสร้างพื้นฐานจำกัดจึงเหมาะอย่างยิ่ง—ไม่จำเป็นต้องจัดหาที่พักและอาหารให้กับแรงงานก่อสร้างจำนวนมากเป็นเวลาสองปี ทรัพยากรก๊าซที่ไม่สามารถส่งออกไปใช้งานได้ (stranded gas assets) ซึ่งมักถูกเผาทิ้งไปโดยเปล่าประโยชน์ สามารถนำมาสร้างมูลค่าได้ โครงการชั่วคราวหรือโครงการนำร่องก็ได้รับประโยชน์จากความสามารถในการย้ายโรงงานไปยังสถานที่อื่นเมื่อโครงการแรกสิ้นสุดลง .

แต่การก่อสร้างแบบโมดูลาร์ไม่ใช่คำตอบที่เหมาะสมเสมอไป สำหรับสถานีแอลเอ็นจีขนาดใหญ่ที่ใช้งานอย่างต่อเนื่อง (baseload LNG facilities) ที่มีกำลังการผลิตตั้งแต่ 5 ล้านตันต่อปีขึ้นไป เศรษฐศาสตร์เชิงมาตรวัด (economies of scale) จะเอื้อประโยชน์ต่อการก่อสร้างแบบติดตั้งถาวร (stick-built construction) มากกว่า เนื่องจากโมดูลจะมีขนาดใหญ่เกินกว่าจะขนส่งได้ และต้นทุนแรงงานในสถานที่ก่อสร้างสำหรับโครงการขนาดใหญ่เพียงโครงการเดียวจะต่ำกว่าประโยชน์ด้านประสิทธิภาพจากการผลิตในโรงงาน

นอกจากนี้ยังมีข้อจำกัดด้านการขนส่งอีกด้วย โมดูลต้องสามารถบรรจุลงในพื้นที่จัดส่งที่มีอยู่ได้ ซึ่งหมายความว่าอุปกรณ์บางชนิด—โดยเฉพาะคอลัมน์แยกส่วนขนาดใหญ่หรือกล่องทำความเย็นแบบไครโอเจนิก—อาจจำเป็นต้องแบ่งออกเป็นหลายโมดูลแล้วประกอบใหม่ในสถานที่จริง ซึ่งเพิ่มความซับซ้อนให้กับโครงการ ทีมงานโครงการแห่งหนึ่งในรัฐเวสเทิร์นออสเตรเลียได้เรียนรู้บทเรียนนี้เมื่อโมดูลกล่องทำความเย็นมาถึงโดยมีความกว้างเกินกว่าช่องทางการขนส่งที่กำหนดไว้ถึง 6 นิ้ว วิธีแก้ปัญหาที่ใช้คือการปิดถนน ให้ตำรวจค่อยดูแลระหว่างการขนส่ง และทำให้เกิดค่าใช้จ่ายเกินงบประมาณจำนวนมาก

ทางเลือกเทคโนโลยีสำหรับโรงงานผลิตก๊าซธรรมชาติเหลว (LNG) ขนาดเล็ก

กระบวนการแปรรูปก๊าซธรรมชาติให้กลายเป็นของเหลวมีความแตกต่างกันไปในโรงงานแบบสกิด-มานต์ (skid-mounted plants) แต่มีสองวงจรหลักที่นิยมใช้ในโรงงานขนาดเล็ก

วงจรขยายไนโตรเจน (Nitrogen expander cycles) ได้รับความนิยมเนื่องจากมีความเรียบง่ายและมีความยืดหยุ่นในการดำเนินงาน . ไนโตรเจนถูกอัดให้เป็นของเหลว ทำให้เย็นลง จากนั้นจึงขยายตัวเพื่อสร้างความเย็น และนำกลับมาใช้ใหม่ วงจรนี้ไม่ติดไฟ ซึ่งช่วยลดความซับซ้อนของระบบความปลอดภัย และสามารถรองรับการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบของก๊าซป้อนเข้าได้ดี ข้อเสียคือประสิทธิภาพที่ต่ำกว่า วงจรไนโตรเจนใช้พลังงานมากกว่าต่อหน่วยผลิต LNG เมื่อเทียบกับระบบสารทำความเย็นแบบผสม

วงจรสารทำความเย็นแบบผสม —โดยเฉพาะวงจรสารทำความเย็นแบบผสมเดี่ยว (SMR)—มีประสิทธิภาพเชิงเทอร์โมไดนามิกที่ดีกว่า . โดยการใช้ส่วนผสมของไฮโดรคาร์บอนและไนโตรเจน สารทำความเย็นสามารถปรับให้สอดคล้องกับเส้นโค้งการระบายความร้อนของก๊าซธรรมชาติได้ใกล้เคียงยิ่งขึ้น จึงลดการสูญเสียเอกซ์เนอร์จี (exergy loss) ได้ อย่างไรก็ตาม แลกกับความซับซ้อนที่เพิ่มขึ้น คือ ต้องควบคุมองค์ประกอบของสารทำความเย็นอย่างระมัดระวัง และระบบมีความทนทานต่อการเปลี่ยนแปลงขององค์ประกอบก๊าซป้อนเข้าได้น้อยกว่า

สำหรับแอปพลิเคชันแบบสเก็ด (skid-mounted) ส่วนใหญ่ในช่วงกำลังการผลิต 10,000 ถึง 100,000 ลบ.ม./วัน วงจรขยายตัวด้วยไนโตรเจน (nitrogen expander cycles) เป็นทางเลือกหลัก เนื่องจากใช้งานง่ายกว่า ควบคุมได้ง่ายกว่า และสามารถรองรับสภาพแวดล้อมในการปฏิบัติงานจริงได้ดีกว่า เช่น การติดตั้งในพื้นที่ห่างไกล และการดำเนินงานโดยทีมงานที่มีประสบการณ์น้อย

การออกแบบและสร้างโครงสร้างรองรับแบบสกิด: รายละเอียดเล็กๆ ที่สำคัญยิ่ง

นี่คือจุดที่ยางสัมผัสพื้นถนนโดยตรง โรงงานแอลเอ็นจีแบบติดตั้งบนโครงสร้างรองรับแบบสกิดจะมีคุณภาพดีเพียงใด ขึ้นอยู่กับคุณภาพของการผลิตเป็นหลัก การวิเคราะห์แรงเครียดในท่อต้องคำนึงถึงแรงที่เกิดขึ้นระหว่างการขนส่ง ไม่ใช่เพียงแต่สภาวะการใช้งานเท่านั้น อุปกรณ์ควบคุมและตรวจสอบต้องสามารถทนต่อแรงสั่นสะเทือนขณะเดินทางบนถนนได้ ส่วนสายไฟฟ้าต้องจัดเส้นทางให้เหมาะสมเพื่อป้องกันความเสียหายระหว่างการยกและติดตั้ง

ผู้ผลิตโครงสร้างรองรับแบบสกิดที่ดีที่สุดจะออกแบบให้พร้อมสำหรับการขนส่งตั้งแต่ขั้นตอนแรก ซึ่งหมายถึงการพิจารณาการกระจายน้ำหนักของโมดูลเพื่อการยกด้วยเครน การเสริมโครงสร้างให้แข็งแรงพอสำหรับการเดินทางบนถนน และจุดเข้าถึงที่สะดวกสำหรับการเชื่อมต่อในสถานที่จริง การทดสอบระบบล่วงหน้า (Pre-commissioning) ที่โรงงานผู้ผลิตยังเป็นอีกหนึ่งปัจจัยที่ทำให้แตกต่าง—โครงสร้างสกิดที่มาถึงไซต์งานพร้อมด้วยอุปกรณ์ควบคุมและตรวจสอบที่ได้รับการปรับค่าแล้ว และวงจรทั้งหมดผ่านการทดสอบเรียบร้อยแล้ว จะช่วยประหยัดเวลาในการทดสอบและเปิดใช้งานระบบในไซต์งานได้หลายสัปดาห์

โครงการหนึ่งในแอ่งเพอร์เมียนใช้ผู้ผลิตอุปกรณ์สองรายสำหรับโครงสร้างแบบสกิด (skid) ที่มีลักษณะเหมือนกันทั้งหมด โครงสร้างแบบสกิดชิ้นแรกมาพร้อมกับระบบเครื่องมือวัดที่ได้รับการสอบเทียบและจัดทำเอกสารครบถ้วนแล้ว ในขณะที่โครงสร้างแบบสกิดอีกชิ้นมาพร้อมกับสายไฟที่ยังไม่ได้ต่อเข้ากับอุปกรณ์ สายเคเบิลที่ไม่มีป้ายกำกับ และเครื่องมือวัดที่ต้องผ่านกระบวนการสอบเทียบใหม่ทั้งหมด โรงงานชิ้นแรกสามารถเริ่มดำเนินการได้ภายในสามสัปดาห์ แต่โรงงานอีกแห่งใช้เวลาถึงสิบสัปดาห์ ความแตกต่างของต้นทุนการผลิตอยู่ที่น้อยกว่า 5% แต่ความแตกต่างของระยะเวลาในการเริ่มดำเนินการนั้นใหญ่หลวงมาก

เหตุใดคุณภาพของการผลิตจึงเป็นตัวกำหนดความสำเร็จของโครงการ

โรงงานผลิตก๊าซธรรมชาติเหลว (LNG) แบบติดตั้งบนโครงสร้างสกิดช่วยลดระยะเวลาของโครงการโดยการย้ายงานไปดำเนินการนอกสถานที่ อย่างไรก็ตาม การลดระยะเวลาดังกล่าวจะเกิดขึ้นได้จริงก็ต่อเมื่องานที่ดำเนินการนอกสถานที่นั้นถูกต้องตามมาตรฐาน หากโมดูลหนึ่งต้องได้รับการปรับปรุงซ้ำในพื้นที่อย่างมาก ก็จะทำให้แนวคิดการผลิตแบบโมดูลาร์สูญเสียประโยชน์ไปทั้งหมด การเชื่อมที่มีคุณภาพต่ำ ข้อต่อแบบฟลานจ์ที่จัดตำแหน่งไม่ตรง หรือการเดินสายระบบเครื่องมือวัดที่ผิดพลาด ไม่เพียงแต่ก่อให้เกิดค่าใช้จ่ายเพิ่มเติมเท่านั้น แต่ยังทำลายระยะเวลาที่ประหยัดได้จากการผลิตแบบโมดูลาร์ ซึ่งเป็นเหตุผลหลักที่ทำให้การผลิตแบบโมดูลาร์น่าสนใจตั้งแต่แรก

สำหรับเจ้าของโครงการที่พิจารณาโซลูชันแบบสกิด-เมาท์ (skid-mounted) ประวัติการดำเนินงานของผู้ผลิตอุปกรณ์มีความสำคัญมากกว่าชื่อของผู้ให้สิทธิ์เทคโนโลยี เนื่องจากผู้ผลิตที่มีประสบการณ์จริง มีระบบควบคุมคุณภาพอย่างเข้มงวด มีทีมบริหารโครงการที่เชี่ยวชาญ และมีประวัติการส่งมอบงานตรงตามกำหนด จะช่วยลดความเสี่ยงของโครงการได้อย่างมีประสิทธิภาพ ซึ่งไม่มีปริมาณงานด้านวิศวกรรมใดๆ ที่จะทดแทนสิ่งนี้ได้ บริษัทอย่าง GreenFir ได้สร้างชื่อเสียงของตนบนพื้นฐานของความน่าเชื่อถือในการดำเนินงานแบบนี้ โดยส่งมอบอุปกรณ์แปรรูปก๊าซแบบสกิด-เมาท์ที่พร้อมใช้งานทันทีเมื่อถึงสถานที่ติดตั้ง โดยต้องอาศัยการประกอบเพิ่มเติมในสนามน้อยที่สุด และมีระยะเวลาเริ่มต้นการใช้งานที่สามารถคาดการณ์ได้