Quy trình đầu cuối tiếp nhận LNG
Khi tàu vận chuyển LNG đến, LNG được chuyển vào các bồn chứa thông qua các máy bơm dỡ hàng của tàu, cánh tay tàu pha lỏng và đường ống dỡ hàng. Khí bay hơi (BOG) được tạo ra trong quá trình dỡ hàng được trả lại một phần vào các bồn chứa hàng của tàu LNG để cân bằng áp suất bên trong các bồn. Một phần BOG khác được nén bằng máy nén BOG và sau đó ngưng tụ trong một bình ngưng tụ. BOG ngưng tụ, cùng với LNG đi ra, được bơm bằng các máy bơm xả áp suất cao vào máy hóa hơi để tái khí hóa.
Máy hóa hơi chuyển đổi LNG thành khí thiên nhiên dạng khí. Sau đó, khí thiên nhiên được điều chỉnh áp suất và đo trước khi đưa vào mạng lưới đường ống truyền tải. Ngoài ra, cũng có thể nén trực tiếp BOG đến áp suất đường ống đầu ra bằng máy nén tăng áp, bỏ qua quá trình tái khí hóa.
Hệ thống tái khí hóa/truyền tải LNG bao gồm các máy bơm chất lỏng chìm bên trong bồn chứa LNG, một bộ ngưng tụ, các máy bơm xả áp suất cao/thấp nằm bên ngoài bồn, máy hóa hơi và các thiết bị đo lường.
Trong điều kiện vận hành bình thường, chỉ có Máy hóa hơi giá mở (ORV) / Máy hóa hơi tích hợp toàn bộ (IFV) được vận hành. Tuy nhiên, trong quá trình bảo trì hoặc cắt đỉnh khẩn cấp, Máy hóa hơi đốt chìm (SCV) có thể được vận hành song song.
Phân loại máy hóa hơi LNG
Máy hóa hơi là thiết bị quan trọng trong các nhà ga tiếp nhận LNG và thiết kế cấu trúc của chúng thay đổi tùy theo nguồn nhiệt mà chúng sử dụng.
1. Dựa trên tốc độ sử dụng, máy hóa hơi có thể được phân loại thành máy hóa hơi tải cơ bản và máy hóa hơi tải đỉnh.
2. Dựa trên loại nguồn nhiệt, máy hóa hơi có thể được phân loại thành máy hóa hơi môi trường xung quanh (sử dụng các nguồn như không khí trong khí quyển, nước biển hoặc nước địa nhiệt), máy hóa hơi quy trình (sử dụng nhiệt từ các quy trình nhiệt hoặc hóa học) và máy hóa hơi đốt trực tiếp (sử dụng nhiệt sinh ra từ quá trình đốt cháy nhiên liệu).
Các loại máy hóa hơi LNG phổ biến được tìm thấy trong các thiết bị đầu cuối tiếp nhận
Máy hóa hơi không khí xung quanh (AAV)
Máy hóa hơi chất lỏng trung gian (IFV)
Máy hóa hơi giá mở (ORV)
Máy hóa hơi đốt chìm (SCV)
(1) Máy hóa hơi không khí xung quanh (AAV)
CácMáy phun hơi nước Air Ambientsử dụng không khí trong khí quyển làm nguồn nhiệt để hóa hơi LNG.AAV có cấu trúc đơn giản và chi phí vận hành thấp. Nó có thể sử dụng không khí xung quanh làm nguồn nhiệt một cách độc lập, tránh hoàn toàn việc phát thải chất ô nhiễm và tiếng ồn. Ngoài ra, nó có thể thu thập nước ngưng tụ và nước đá tan chảy để sản xuất hoặc sử dụng trong gia đình.
Tuy nhiên, AAV có một số nhược điểm. Ví dụ, ở nhiệt độ môi trường thấp, cần có thêm một lò sưởi để bổ sung nhiệt. Việc rã đông thường xuyên cũng cần thiết để tránh đóng băng trên bề mặt ống của máy phun hơi.
Do lượng năng lượng đầu vào từ hệ thống sưởi ấm không khí tương đối thấp nên AAV chỉ phù hợp với các hệ thống có quy mô lắp đặt nhỏ hơn và nhu cầu hóa hơi LNG thấp hơn.
(2) Máy hóa hơi chất lỏng trung gian (IFV)
IFV sử dụng chất lỏng truyền nhiệt trung gian để giảm thiểu tác động của đóng băng. Các chất lỏng trung gian thường được sử dụng bao gồm propan, isobutan, Freon và amoniac.
Trong các ứng dụng thực tế, máy hóa hơi này hoạt động theo hai giai đoạn. Giai đoạn đầu tiên liên quan đến trao đổi nhiệt giữa LNG và chất lỏng trung gian, trong khi giai đoạn thứ hai liên quan đến trao đổi nhiệt giữa chất lỏng trung gian và chất lỏng nguồn nhiệt.
IFV chiếm một diện tích nhỏ và có thể cung cấp tỷ lệ bốc hơi ổn định. Hơn nữa, không có nguy cơ đóng băng nước biển. Ưu điểm đáng kể của nó nằm ở việc sử dụng năng lượng toàn diện, đặc biệt là cho mục đích đồng phát điện (kết hợp nhiệt và điện).
Loại máy hóa hơi này đã được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống hóa hơi LNG tải cơ bản, với mức sử dụng đáng kể tại các nhà ga tiếp nhận của Nhật Bản.
(3) Máy hóa hơi giá mở (ORV)
ORV sử dụng nước biển làm nguồn nhiệt và cung cấp thiết kế đơn giản, vận hành thuận tiện và bảo trì dễ dàng. Đây là loại máy hóa hơi chính thống được sử dụng trong nhiều nhà ga tiếp nhận LNG trên toàn thế giới.
Cấu trúc cơ học của ORV LNG rất đơn giản, với các giao diện bên ngoài chính bao gồm đầu vào LNG, đầu ra khí thiên nhiên hóa hơi (NG) và đầu vào/ra nước biển. Các ống trao đổi nhiệt được lắp đặt bên trong cấu trúc khung.
Đơn vị cơ bản của máy hóa hơi là ống truyền nhiệt, với nhiều ống được sắp xếp theo cấu hình giống như tấm. Mỗi ống được hàn vào đầu nối khí hoặc đầu nối lỏng để tạo thành tấm bó ống và một số tấm bó ống tạo thành máy hóa hơi.
LNG đi vào từ đường ống chính phía dưới và được phân phối vào các ống trao đổi nhiệt nhỏ riêng lẻ, chảy lên trên bên trong bó ống để trao đổi nhiệt. Ở phía trên của máy hóa hơi, một thiết bị phân phối nước biển được lắp đặt. Nước biển đi vào từ phía trên và được phân phối dưới dạng một lớp màng mỏng dọc theo thành ngoài của bó ống, truyền nhiệt cho khí thiên nhiên hóa lỏng bên trong các ống, làm nóng khí và gây ra quá trình hóa hơi. ORV yêu cầu thiết bị đo lường tối thiểu và dễ bảo trì. Nó hoạt động mà không cần ngọn lửa hở, đảm bảo các tiêu chuẩn an toàn cao.
Ngoài ra, để giải quyết các vấn đề đóng băng bên ngoài, có một biến thể gọi là SuperORV. Nó sử dụng các ống truyền nhiệt hai lớp, trong đó LNG đi vào ống bên trong thông qua bộ phân phối dưới cùng, sau đó là quá trình bốc hơi dần dần trong khe hở hình khuyên giữa các ống bên trong và bên ngoài.
(4) Máy hóa hơi đốt chìm (SCV)
SCV chủ yếu bao gồm một bồn nước, đầu đốt, quạt gió, ống phun khí thải, vỏ bọc, bó ống trao đổi nhiệt và ống khói. Khí nhiên liệu được đốt cháy bên trong đầu đốt và khí thải nhiệt độ cao được thải vào bồn nước qua ống xả phía dưới, gây ra chuyển động hỗn loạn trong bồn nước.
LNG bên trong ống trao đổi nhiệt trải qua quá trình trao đổi nhiệt đủ với nước được khuấy mạnh, dẫn đến quá trình gia nhiệt và bốc hơi. Do tiếp xúc trực tiếp và truyền nhiệt mạnh giữa khí thải tốc độ cao và bồn nước, hệ số truyền nhiệt bên ngoài ống cao, đảm bảo nhiệt độ bồn nước đồng đều.
SCV cung cấp dịch vụ nhanh chóng và tiện lợi
So sánh củaMáy hóa hơi LNG
Hiện nay, các bến tiếp nhận LNG thường sử dụng ORV, IFV, SCV và AAV. AAV có nhiều hạn chế hơn và tương đối ít được sử dụng tại các bến tiếp nhận.
Máy hóa hơi giá đỡ mở (ORV) sử dụng nước biển làm môi trường truyền nhiệt và tiết kiệm chi phí hơn so với máy hóa hơi đốt chìm (SCV).
Tuy nhiên, điều quan trọng cần cân nhắc là ORV phải chịu chi phí đầu tư thiết bị ban đầu cao hơn, bao gồm cửa xả và hút nước biển, đường ống dẫn nước biển, máy bơm nước biển và thiết bị lọc nước biển.
Đối với các thiết bị đầu cuối tiếp nhận LNG tải cơ bản, ORV nên là lựa chọn chính. Tuy nhiên, ORV có những hạn chế trong trường hợp nhiệt độ nước biển quá thấp, nước biển chứa các chất có hại cho thiết bị hoặc khi xem xét bảo vệ môi trường biển.
SCV yêu cầu đầu tư ban đầu tương đối thấp hơn, chiếm diện tích nhỏ hơn và cho phép khởi động và tắt máy nhanh chóng. Tuy nhiên, SCV yêu cầu nhiên liệu, dẫn đến chi phí vận hành cao hơn so với ORV.
Máy hóa hơi ngọn lửa ngâm (IFV) sử dụng ống titan để trao đổi nhiệt, cho phép vận hành an toàn và ổn định ngay cả khi chất lượng nước biển kém. Thách thức chính với IFV là hạn chế đáng kể trong việc lựa chọn chất lỏng trung gian.
Lựa chọn máy hóa hơi
Việc lựa chọn máy hóa hơi phải tính đến khả năng xử lý, khả năng ứng dụng, độ an toàn và độ tin cậy, tính linh hoạt, chi phí đầu tư, điều kiện sử dụng (tải cơ bản, cắt đỉnh, sử dụng khẩn cấp), các yếu tố môi trường và điều kiện khí hậu. Tùy thuộc vào các yêu cầu cụ thể, có thể lựa chọn máy hóa hơi phù hợp riêng lẻ hoặc kết hợp để ứng dụng.
1. Công suất xử lý:
Công suất xử lý của máy hóa hơi phải phù hợp với thông lượng thiết kế của thiết bị đầu cuối tiếp nhận. Nếu thiết bị đầu cuối chỉ yêu cầu "chất lỏng vào, chất lỏng ra" với khí thiên nhiên chỉ để tiêu thụ tại chỗ hoặc nếu khối lượng xử lý hàng năm nhỏ và có đủ không gian, có thể cân nhắc Máy hóa hơi không khí xung quanh (AAV).
2. Khả năng thích ứng và độ tin cậy:
Xem xét "vị trí chức năng" của thiết bị đầu cuối tiếp nhận, cho dù là tải cơ sở, cắt đỉnh hoặc kết hợp cả hai, khả năng thích ứng và độ tin cậy của máy hóa hơi trở nên rất quan trọng. Nếu cần hoạt động liên tục và đáng tin cậy, việc lựa chọn máy hóa hơi nên bao gồm những máy phù hợp để xử lý tải cơ sở cũng như cắt đỉnh khẩn cấp, chẳng hạn như Máy hóa hơi đốt chìm (SCV) cho phép khởi động và tắt máy nhanh chóng.
3. Những cân nhắc về môi trường:
Các điều kiện môi trường xung quanh thiết bị đầu cuối tiếp nhận chủ yếu liên quan đến nhiệt độ bên ngoài (bao gồm nhiệt độ khí quyển và nước biển) và bản chất cũng như các thông số của nước biển. Ví dụ, khi lựa chọn Máy hóa hơi giá hở (ORV), các yếu tố như đường kính và nồng độ các hạt rắn trong nước biển, sự hiện diện của các ion kim loại nặng, giá trị pH và các tính chất hóa học khác của nước biển phải được xem xét.
Những cân nhắc về kinh tế
Chi phí đầu tư cho máy hóa hơi chiếm một phần đáng kể trong tổng số tiền đầu tư vào một thiết bị đầu cuối tiếp nhận. Khi lựa chọn máy hóa hơi, cần phải so sánh toàn diện giữa khoản đầu tư cố định và chi phí vận hành của chúng.
Máy hóa hơi giá mở (ORV) sử dụng một lượng lớn nước biển và có một số yêu cầu về chất lượng đối với nước biển. Nó có chi phí đầu tư và lắp đặt cao hơn nhưng chi phí vận hành thấp hơn.
Đầu tư ban đầu bao gồm chi phí cho thiết bị bốc hơi, hỗ trợ các cửa xả và hút nước biển, đường ống nước biển, máy bơm nước biển và thiết bị lọc nước biển. Chi phí vận hành cũng nên cân nhắc đến khoảng thời gian và chi phí để phủ lại lớp phủ chống ăn mòn lên bề mặt truyền nhiệt.
So với Máy hóa hơi đốt chìm (SCV), ORV sử dụng nước biển và mức tiêu thụ vận hành chủ yếu bao gồm mức tiêu thụ điện của máy bơm nước biển. Do đó, lợi thế của nó nằm ở chi phí vận hành thấp hơn đáng kể, với tỷ lệ chi phí vận hành giữa hai loại là khoảng 1:10.
SCV vượt trội về tổng chi phí đầu tư và lắp đặt, kích thước nhỏ gọn và tính linh hoạt trong vận hành. Tuy nhiên, nhược điểm chết người của SCV là chi phí vận hành cao.
Trong điều kiện môi trường nước biển thuận lợi, sử dụng ORV rõ ràng là lựa chọn đáng tin cậy và tiết kiệm chi phí nhất.
Tuy nhiên, nếu chất lượng nước biển có tác động tiêu cực nghiêm trọng đến vật liệu được sử dụng trong ORV (ví dụ: nồng độ cao các chất rắn lơ lửng có kích thước lớn trong nước biển, có thể ảnh hưởng đáng kể đến lớp phủ chống ăn mòn trên bề mặt truyền nhiệt và làm giảm tuổi thọ của chúng), thì không nên chọn ORV.
Phần kết luận
Mỗi loại máy khí hóa đều có ưu điểm và nhược điểm riêng, cũng như môi trường hoạt động cụ thể phù hợp với chúng. Để xử lý các điều kiện khác nhau tại các đầu cuối tiếp nhận LNG, lựa chọn tốt nhất là kết hợp 1-2 loại máy khí hóa, có thể tận dụng thế mạnh tương ứng của chúng và bù đắp cho những hạn chế vốn có.
Thông thường, khi cấu hình lò khí hóa, thường cần kết hợp các loại 1-2. Hiện tại, cấu hình ORV+SCV được ưu tiên khi lựa chọn lò khí hóa.
Máy hóa hơi giá hở (ORV) phù hợp với các thiết bị đầu cuối tiếp nhận có công suất xử lý lớn và chi phí vận hành thấp. Máy hóa hơi đốt chìm (SCV) có chi phí vận hành tương đối cao hơn nhưng đầu tư ban đầu thấp hơn và hoạt động đáng tin cậy.
Trong trường hợp nước biển chứa nhiều cặn bã hoặc không đáp ứng được các tính chất hóa học cần thiết, máy hóa hơi trung gian (IFV) có thể được xem xét như một giải pháp thay thế.
Hiện nay, Trung Quốc có 22 cảng tiếp nhận LNG đang hoạt động, trong đó có 13 cảng dọc bờ biển đang được xây dựng. Việc xây dựng các cảng tiếp nhận LNG sẽ thúc đẩy mạnh mẽ việc nhập khẩu tài nguyên LNG của nước ta.
Máy khí hóa là một thành phần thiết yếu của các nhà ga tiếp nhận LNG và việc lựa chọn đúng máy khí hóa ảnh hưởng trực tiếp đến các khía cạnh an toàn, độ tin cậy và kinh tế của hoạt động nhà ga.
