Модульні установки для виробництва СПГ

Перехід до модульного СПГ

Десять років тому будівництво рослин СПГ означало очищення великої ділянки, заливку бетонних фундаментів та проведення будівельних робіт на місці протягом двох–трьох років. Сьогодні значна частина галузі підходить до цього по-іншому. Стаціонарні рослині СПГ — коли весь процес ліквіфікації виготовляється на заводі, потім транспортується на місце будівництва й монтується — перейшли від нішового рішення до основного варіанта.

Причина не складна. Традиційні проекти рідкого природного газу (LNG), що будуються на місці, стикаються з перевитратами, затримками в графіку та нестачею робочої сили. Модульне виконання вирішує всі три проблеми. Перенесення виготовлення за межі будмайданчика в контролювані середовища дає проектним командам передбачуваність, якість та швидкість. Для віддалених газових родовищ, «заблокованих» активів та ринків, яким потрібен LNG у короткі терміни, установки на рамах (skid-mounted plants) часто є єдиним практичним рішенням.

Як виглядає насправді установка LNG на рамі

Установка LNG на рамі — це не окремий пристрій, а інтегрована система, упакована на сталевих конструкційних рамах, розрахованих на транспортування. Типова конфігурація включає попередню очистку вхідного газу (обробку амінами, дегідратацію, видалення ртуті), процес зрідження (зазвичай за допомогою азотного експандера або циклу змішаного хладагента), зберігання та завантаження.

Підхід до модульного проектування передбачає розбиття заводу на транспортабельні модулі, кожен із яких має розміри, що відповідають обмеженням щодо перевезення — зазвичай 40 футів у довжину, 10 футів у ширину й 10 футів у висоту для наземного транспортування або більші розміри для морських перевезень . Модулі надходять на місце будівництва з уже встановленими й протестованими трубопроводами, приладами автоматизації та електропроводкою. Обсяг робіт на місці скорочується до підготовки фундаменту, розташування модулів та їхнього з’єднання. Один скід-монтований завод потужністю 100 000 Нм³/добу в Сичуані був введений в експлуатацію менше ніж за шість місяців після доставки модулів — термін, який був би неможливим за умов традиційного будівництва.

Вигода у вартості та термінах, яка справді має значення

Цифри говорять самі за себе. Модульне будівництво може скоротити загальний термін реалізації проекту на 15–25 % порівняно з традиційними методами. Для типового невеликого проекту з виробництва ПГЗ це означає скорочення терміну реалізації на шість–дванадцять місяців — що забезпечує раннє отримання доходів та скорочення періоду фінансування.

Економія коштів виникає з кількох напрямків. Ставки оплати праці на заводі зазвичай нижчі, ніж у полі, особливо якщо врахувати інфраструктуру, необхідну для підтримки віддаленого будівельного табору . Продуктивність у контрольованому цеховому середовищі вища — немає затримок через погоду, проблем із розміщенням матеріалів або нестачі кваліфікованих робітників . Якість краща, оскільки та сама бригада неодноразово виготовляє однакові модулі, набуваючи ефективності, яку бригади на місці не можуть досягти.

Один оператор у сланцевому родовищі «Орел Форд» проаналізував обидва підходи для ПГЗ потужністю 50 000 галонів на добу. Модульний варіант виявився на 18 % дешевшим за загальну вартість монтажу й забезпечив запуск на шість місяців раніше. Рішення було очевидним.

Там, де модульні установки на рамах показують найкращі результати — і там, де вони не підходять

Скід-монтажні установки видають найкращі результати в певних сценаріях. Ідеальними є віддалені місця з обмеженою інфраструктурою — немає потреби розміщувати та забезпечувати великі будівельні бригади протягом двох років. Газові активи, що залишаються «закритими» (тобто не пов’язаними з мережею), які інакше спалювалися б у факелах, стають комерційно вигідними. Тимчасові або пілотні проекти вигідно використовують можливість переміщення установки на інше місце після завершення першого проекту. .

Однак модульні рішення не завжди є оптимальними. Для дуже великих базових СПГ-установок — з потужністю 5 млн тонн на рік і більше — економія за рахунок масштабу робить перевагу на користь традиційного будівництва на місці. Модулі виявилися б надто великими для транспортування, а вигода від нижчої вартості робочої сили на будмайданчику при реалізації одного масивного проекту перевищує переваги, пов’язані з продуктивністю заводського виготовлення.

Існує також обмеження, пов’язане з транспортуванням. Модулі мають вміщатися в доступний транспортний об’єм. Це означає, що деяке обладнання — зокрема великі колони фракціонування або кріогенні холодильні блоки — може знадобитися розділити на кілька модулів і зібрати їх уже на місці, що ускладнює процес. Група проекту в Західній Австралії зазнала цього досвіду, коли модуль кріогенного холодильного блоку прибув на 6 дюймів ширший, ніж дозволяв транспортний коридор. Рішенням стало закриття доріг, супровід поліції та перевитрата коштів у розмірі кількох сотень тисяч доларів.

Вибір технологій для малих установок з виробництва рідкого природного газу

Сам процес зрідження відрізняється в установках, змонтованих на рамах (скідах), однак у сегменті малих потужностей домінують два цикли.

Цикли з розширенням азоту користуються популярністю завдяки простоті й експлуатаційній гнучкості азот стискається, охолоджується та розширюється для отримання холоду й потім циркулює повторно. Цикл є негорючим, що спрощує системи безпеки, а також добре переносить зміни складу вхідного газу. Недолік? Ефективність. Цикли на азоті споживають більше електроенергії на одиницю виробленого ПГЗ порівняно з системами зі змішаним хладагентом.

Цикли зі змішаним хладагентом — зокрема цикл із єдиним змішаним хладагентом (SMR) — забезпечують кращу термодинамічну ефективність . Використовуючи суміш вуглеводнів та азоту, хладагент може точніше відповідати кривій охолодження природного газу, зменшуючи втрати ексергії. Компроміс полягає у складності: склад хладагенту потрібно ретельно контролювати, а система менш стійка до змін у складі вхідного газу.

Для більшості блок-модульних установок потужністю від 10 000 до 100 000 Нм³/добу цикли з азотним розширювачем є стандартним варіантом. Вони простіші в експлуатації, легші в управлінні та більш стійкі до реалій експлуатації на віддалених об’єктах та з менш досвідченими екіпажами.

Проектування та виготовлення модульних установок: Диявол криється в деталях

Саме тут резина стикається з дорогою. Модульна установка для зрідженого природного газу (LNG), встановлена на рамі, є настільки надійною, наскільки високою є якість її виготовлення. Аналіз напружень у трубопроводах має враховувати навантаження під час транспортування, а не лише експлуатаційні умови. Контрольно-вимірювальні прилади повинні витримувати вібрації під час перевезення автомобілем. Електропроводку потрібно прокладати таким чином, щоб уникнути пошкоджень під час підйому та встановлення.

Найкращі виробники модульних установок уже на етапі проектування враховують особливості їх транспортування. Це означає, що вони ретельно розраховують розподіл ваги модулів для підйому краном, забезпечують додаткове конструктивне підсилення для перевезення автомобілем та передбачають зручні точки доступу для підключення на місці. Ще одним важливим фактором є попереднє пусконалагодження в цеху: модульна установка, яка надходить на об’єкт із уже відкаліброваними приладами та перевіреними контурами, скорочує терміни пусконалагоджувальних робіт на місці на кілька тижнів.

У проекті в басейні Перміан використовували двох різних виробників для ідентичних блоків. Один блок надійшов із усіма заздалегідь відкаліброваними та задокументованими приладами; інший — з оголеними проводами, непозначеними кабелями та приладами, які потребували повної повторної калібрування. Перший завод запустили за три тижні; другий — за десять. Різниця у вартості виготовлення становила менше 5 % — різниця у термінах пуску була колосальною.

Чому якість виготовлення визначає успіх проекту

Блок-модульні заводи СПГ скорочують графік проекту, переносячи роботи з майданчика на виробництво, але таке скорочення працює лише за умови, що роботи поза майданчиком виконані належним чином. Модуль, який вимагає значного обсягу додаткових робіт на місці, спростовує саму мету модульного будівництва. Погана зварка, невідповідні фланці або неправильне підключення приладів не просто збільшують витрати — вони «з’їдають» самі терміни, які й зробили модульне будівництво привабливим.

Для власників проектів, які оцінюють рішення у вигляді блок-модулів, історія виконавця має більше значення, ніж назва технологічного ліцензіара. Перевірений виконавець із суворою системою контролю якості, досвідченим управлінням проектами та історією своєчасної реалізації проектів зменшує ризики проекту таким чином, що жодна кількість інженерних робіт не може це замінити. Такі компанії, як GreenFir, побудували свою репутацію саме на такій надійності виконання — поставляючи блок-модульні газопереробні установки, які прибувають на місце будівництва готовими до експлуатації, з мінімальним обсягом польових робіт та передбачуваними термінами запуску.