Processo de Terminal de Recebimento de GNL
Após a chegada de um navio de transporte de GNL, o GNL é transferido para tanques de armazenamento por meio de bombas de descarga do navio, braços de navio de fase líquida e dutos de descarga. O gás evaporado (BOG) gerado durante a descarga é parcialmente devolvido aos tanques de carga do navio de GNL para equilibrar a pressão dentro dos tanques. Outra porção do BOG é comprimida por compressores de BOG e então condensada em um recondensador. O BOG condensado, junto com o GNL de saída, é bombeado por bombas de descarga de alta pressão para o vaporizador para regaseificação.
O vaporizador converte GNL em gás natural gasoso. O gás natural é então regulado por pressão e medido antes de ser enviado para a rede de gasodutos de transmissão. Além disso, também é possível comprimir diretamente o BOG para a pressão do gasoduto de saída usando compressores de reforço, ignorando o processo de regaseificação.
O sistema de regaseificação/transmissão de GNL compreende bombas de líquido submersas dentro do tanque de armazenamento de GNL, um recondensador, bombas de descarga de alta/baixa pressão localizadas fora do tanque, vaporizador e instalações de medição.
Em condições normais de operação, apenas o Vaporizador de Rack Aberto (ORV) / Vaporizador de Contenção Total Integrado (IFV) é operado. No entanto, durante a manutenção ou corte de pico de emergência, o Vaporizador de Combustão Submersa (SCV) pode ser operado em paralelo.
Classificação de vaporizadores de GNL
Vaporizadores são equipamentos cruciais em terminais de recebimento de GNL, e seus projetos estruturais variam de acordo com a fonte de calor que utilizam.
1. Com base na taxa de utilização, os vaporizadores podem ser categorizados em vaporizadores de carga base e vaporizadores de redução de pico.
2. Com base no tipo de fonte de calor, os vaporizadores podem ser classificados como vaporizadores ambientais (que usam fontes como ar atmosférico, água do mar ou água geotérmica), vaporizadores de processo (que usam calor de processos térmicos ou químicos) e vaporizadores de queima direta (que usam calor gerado pela combustão de combustível).
Tipos comuns de vaporizadores de GNL encontrados em terminais de recebimento
Vaporizador de ar ambiente (AAV)
Vaporizador de Fluido Intermediário (IFV)
Vaporizador de rack aberto (ORV)
Vaporizador de combustão submerso (SCV)
(1) Vaporizador de ar ambiente (AAV)
OVaporizador de ar ambienteutiliza o ar atmosférico como fonte de calor para vaporizar GNL.O AAV apresenta uma estrutura simples e baixos custos operacionais. Ele pode usar o ar ambiente de forma independente como fonte de calor, evitando completamente as emissões de poluentes e ruídos. Além disso, ele pode coletar água condensada e água gelada derretida para produção ou uso doméstico.
No entanto, o AAV tem algumas desvantagens. Por exemplo, em baixas temperaturas ambientes, um aquecedor adicional é necessário para suplementar o calor. O descongelamento regular também é necessário para evitar a formação de gelo na superfície dos tubos do vaporizador.
Devido à entrada de energia relativamente baixa do aquecimento do ar, o AAV é adequado apenas para sistemas com escalas de instalação menores e menores requisitos de vaporização de GNL.
(2) Vaporizador de Fluido Intermediário (IFV)
O IFV utiliza um fluido de transferência de calor intermediário para mitigar os efeitos da formação de gelo. Fluidos intermediários comuns usados incluem propano, isobutano, Freon e amônia.
Em aplicações práticas, este vaporizador opera em dois estágios. O primeiro estágio envolve troca de calor entre o LNG e o fluido intermediário, enquanto o segundo estágio envolve troca de calor entre o fluido intermediário e o fluido da fonte de calor.
O IFV ocupa uma pequena área e pode fornecer taxas de vaporização estáveis. Além disso, não há risco de congelamento da água do mar. Sua vantagem significativa está na utilização abrangente de energia, especificamente para fins de cogeração (calor e energia combinados).
Este tipo de vaporizador tem sido amplamente adotado em sistemas de vaporização de GNL de carga básica, com uso significativo em terminais de recebimento japoneses.
(3) Vaporizador de rack aberto (ORV)
O ORV usa água do mar como fonte de calor e oferece simplicidade de design, operação conveniente e fácil manutenção. É o tipo principal de vaporizador usado em muitos terminais de recebimento de GNL no mundo todo.
A estrutura mecânica de um ORV de GNL é direta, com interfaces externas principais incluindo entrada de GNL, saída de gás natural vaporizado (NG) e entrada/saída de água do mar. Os tubos de troca de calor são instalados dentro de uma estrutura de estrutura.
A unidade fundamental do vaporizador é o tubo de transferência de calor, com vários tubos dispostos em uma configuração tipo placa. Cada tubo é soldado a um cabeçote de gás ou cabeçote de líquido para formar uma placa de feixe de tubos, e várias placas de feixe de tubos formam o vaporizador.
O GNL entra pelo tubo principal inferior e é distribuído em pequenos tubos individuais de troca de calor, fluindo para cima dentro do feixe de tubos para troca de calor. No topo do vaporizador, um dispositivo de distribuição de água do mar é instalado. A água do mar entra pelo topo e é distribuída como uma película fina ao longo da parede externa do feixe de tubos, transferindo calor para o gás natural liquefeito dentro dos tubos, aquecendo-o e causando vaporização. O ORV requer instrumentação mínima e é fácil de manter. Ele opera sem chama aberta, garantindo altos padrões de segurança.
Além disso, para tratar de problemas de congelamento externo, há uma variação chamada SuperORV. Ela emprega tubos de transferência de calor de camada dupla, onde o GNL entra no tubo interno por um distribuidor inferior, seguido por vaporização gradual dentro da lacuna anular entre os tubos interno e externo.
(4) Vaporizador de combustão submerso (SCV)
O SCV consiste principalmente de um banho-maria, queimador, soprador, tubo de injeção de gás de combustão, invólucro, conjunto de tubos de troca de calor e chaminé. O gás combustível é queimado dentro do queimador, e o gás de combustão de alta temperatura é descarregado no banho-maria através do tubo de exaustão inferior, causando movimento turbulento no banho-maria.
O LNG dentro dos tubos de troca de calor sofre troca de calor suficiente com a água altamente agitada, resultando em aquecimento e vaporização. Devido ao contato direto e à intensa transferência de calor entre o gás de combustão de alta velocidade e o banho de água, o coeficiente de transferência de calor fora dos tubos é alto, garantindo temperatura uniforme do banho de água.
O SCV oferece rapidez e praticidade
Comparação deVaporizadores de GNL
Atualmente, terminais de recebimento de GNL comumente usam ORV, IFV, SCV e AAV. AAV tem mais restrições e é relativamente menos utilizado em terminais de recebimento.
O vaporizador de rack aberto (ORV) usa água do mar como meio de aquecimento e é mais econômico quando comparado ao vaporizador de combustão submersa (SCV).
No entanto, é importante considerar que o ORV incorre em custos de investimento inicial mais altos em equipamentos, incluindo pontos de entrada e saída de água do mar, tubulações de água do mar, bombas de água do mar e equipamentos de purificação de água do mar.
Para terminais de recebimento de GNL de carga base, o ORV deve ser a escolha principal. No entanto, o ORV tem limitações em casos de temperaturas excessivamente baixas da água do mar, água do mar contendo substâncias nocivas ao equipamento ou ao considerar a proteção ambiental marinha.
O SCV requer investimento inicial relativamente menor, ocupa uma área menor e permite inicialização e desligamento rápidos. No entanto, o SCV requer combustível, resultando em custos operacionais mais altos em comparação ao ORV.
O Vaporizador de Chama Imersa (IFV) utiliza tubos de titânio para troca de calor, permitindo uma operação segura e estável mesmo na presença de água do mar de baixa qualidade. O principal desafio com o IFV é a limitação significativa na seleção de fluidos intermediários.
Seleção de Vaporizadores
A seleção de vaporizadores deve levar em conta sua capacidade de processamento, aplicabilidade, segurança e confiabilidade, flexibilidade, custos de investimento, condições de uso (carga base, pico de corte, uso emergencial), fatores ambientais e condições climáticas. Dependendo dos requisitos específicos, vaporizadores adequados podem ser escolhidos individualmente ou em combinação para aplicação.
1. Capacidade de processamento:
A capacidade de processamento de um vaporizador deve corresponder à vazão projetada do terminal de recebimento. Se o terminal requer apenas "entrada de líquido, saída de líquido" com gás natural somente para consumo no local, ou se o volume anual de processamento for pequeno e houver amplo espaço disponível, Vaporizadores de Ar Ambiente (AAV) podem ser considerados.
2. Adaptabilidade e confiabilidade:
Considerando o "posicionamento funcional" do terminal receptor, seja para carga base, redução de pico ou uma combinação de ambos, a adaptabilidade e a confiabilidade do vaporizador se tornam cruciais. Se for necessária uma operação contínua e confiável, a seleção de vaporizadores deve incluir aqueles adequados para lidar com a carga base, bem como para redução de pico de emergência, como Vaporizadores de Combustão Submersa (SCV) que permitem inicialização e desligamento rápidos.
3. Considerações ambientais:
As condições ambientais ao redor do terminal de recebimento referem-se principalmente às temperaturas externas (incluindo temperaturas atmosféricas e da água do mar) e à natureza e aos parâmetros da água do mar. Por exemplo, ao selecionar vaporizadores de rack aberto (ORV), fatores como o diâmetro e a concentração de partículas sólidas na água do mar, a presença de íons de metais pesados, o valor do pH e outras propriedades químicas da água do mar devem ser considerados.
Considerações econômicas
O custo de investimento de vaporizadores constitui uma parcela significativa do investimento geral em um terminal de recebimento. Ao selecionar vaporizadores, uma comparação abrangente deve ser feita entre seu investimento fixo e custos operacionais.
O Open Rack Vaporizer (ORV) usa uma grande quantidade de água do mar e tem certos requisitos de qualidade para água do mar. Ele tem custos de investimento e instalação mais altos, mas custos operacionais mais baixos.
O investimento inicial inclui custos para o equipamento vaporizador, suporte para entradas e saídas de descarga de água do mar, tubulações de água do mar, bombas de água do mar e equipamentos de purificação de água do mar. Os custos operacionais também devem considerar o intervalo e as despesas para reaplicar revestimentos de proteção contra corrosão nas superfícies de transferência de calor.
Comparado ao Vaporizador de Combustão Submerso (SCV), o ORV utiliza água do mar, e o consumo operacional consiste principalmente no consumo de eletricidade das bombas de água do mar. Portanto, sua vantagem está em custos operacionais significativamente menores, com a relação de custo operacional entre os dois tipos sendo de aproximadamente 1:10.
O SCV se destaca em termos de investimento geral e custos de instalação, tamanho compacto e flexibilidade operacional. No entanto, a desvantagem fatal do SCV são seus altos custos operacionais.
Em condições ambientais favoráveis de água do mar, o uso de ORV é evidentemente a opção mais confiável e econômica.
Entretanto, se a qualidade da água do mar tiver um impacto negativo severo nos materiais usados no ORV (por exemplo, altas concentrações de grandes sólidos suspensos na água do mar, o que pode afetar significativamente o revestimento de proteção contra corrosão nas superfícies de transferência de calor e encurtar sua vida útil), o ORV não deve ser escolhido.
Conclusão
Cada tipo de gaseificador tem suas próprias vantagens e desvantagens, bem como ambientes operacionais específicos que são adequados para eles. Para lidar com várias condições em terminais de recebimento de GNL, é uma boa escolha selecionar 1-2 tipos de gaseificadores para combinação, que podem alavancar seus respectivos pontos fortes e compensar limitações inerentes.
Normalmente, ao configurar gasificadores, uma combinação de tipos 1-2 é geralmente necessária. Atualmente, a configuração ORV+SCV é preferida ao selecionar gasificadores.
O vaporizador de rack aberto (ORV) é adequado para terminais de recebimento com grandes capacidades de processamento e baixos custos operacionais. O vaporizador de combustão submersa (SCV) tem custos operacionais relativamente mais altos, mas menor investimento inicial e operação confiável.
Nos casos em que a água do mar contém um alto nível de sedimento ou não atende às propriedades químicas necessárias, o vaporizador de fluido intermediário (IFV) pode ser considerado como uma alternativa.
Atualmente, há 22 terminais de recebimento de GNL em operação na China, com mais 13 ao longo da costa em andamento. A construção de terminais de recebimento de GNL promoverá muito a importação de recursos de GNL em nosso país.
Os gaseificadores são um componente essencial dos terminais de recebimento de GNL, e a seleção correta dos gaseificadores afeta diretamente a segurança, a confiabilidade e os aspectos econômicos das operações do terminal.
