กระบวนการปลายทางรับ LNG
เมื่อเรือขนส่ง LNG มาถึง LNG จะถูกถ่ายโอนไปยังถังเก็บผ่านปั๊มขนถ่ายของเรือ แขนของเรือในเฟสของเหลว และท่อขนถ่าย ก๊าซระเหย (BOG) ที่เกิดขึ้นระหว่างการขนถ่ายจะถูกส่งกลับไปยังถังสินค้าของเรือ LNG บางส่วนเพื่อสร้างสมดุลให้กับความดันภายในถัง BOG อีกส่วนหนึ่งจะถูกบีบอัดโดยคอมเพรสเซอร์ BOG จากนั้นจึงควบแน่นในเครื่องควบแน่นอีกครั้ง BOG ที่ควบแน่นพร้อมกับ LNG ที่ส่งออก จะถูกสูบโดยปั๊มปล่อยแรงดันสูงเข้าไปในเครื่องระเหยเพื่อเปลี่ยนสถานะเป็นก๊าซอีกครั้ง
เครื่องระเหยจะแปลง LNG ให้เป็นก๊าซธรรมชาติ จากนั้นก๊าซธรรมชาติจะถูกควบคุมความดันและวัดก่อนส่งไปยังเครือข่ายท่อส่ง นอกจากนี้ ยังสามารถอัด BOG ให้เป็นความดันท่อขาออกโดยตรงโดยใช้เครื่องอัดบูสเตอร์ ซึ่งหลีกเลี่ยงกระบวนการเปลี่ยนกลับเป็นก๊าซ
ระบบการเปลี่ยนกลับเป็นก๊าซ LNG/ส่งผ่านประกอบด้วยปั๊มของเหลวใต้น้ำภายในถังเก็บ LNG เครื่องควบแน่น ปั๊มระบายแรงดันสูง/ต่ำที่อยู่ภายนอกถัง เครื่องระเหย และสิ่งอำนวยความสะดวกในการวัด
ภายใต้สภาวะการทำงานปกติ มีเพียง Open Rack Vaporizer (ORV) / Integrated Full Containment Vaporizer (IFV) เท่านั้นที่จะทำงาน อย่างไรก็ตาม ในระหว่างการบำรุงรักษาหรือการลดพีคฉุกเฉิน Submerged Combustion Vaporizer (SCV) สามารถทำงานควบคู่กันได้
การจำแนกประเภทของเครื่องระเหย LNG
เครื่องพ่นไอเป็นอุปกรณ์สำคัญในสถานีรับ LNG และการออกแบบโครงสร้างจะแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับแหล่งความร้อนที่ใช้
1. เครื่องพ่นไอสามารถแบ่งตามอัตราการใช้งานได้เป็นเครื่องพ่นไอแบบฐานโหลดและเครื่องพ่นไอแบบลดภาระสูงสุด
2. เครื่องพ่นไอสามารถจำแนกตามประเภทของแหล่งความร้อนได้เป็น เครื่องพ่นไอบรรยากาศ (ใช้แหล่งความร้อนเช่น อากาศในบรรยากาศ น้ำทะเล หรือน้ำความร้อนใต้พิภพ) เครื่องพ่นไอกระบวนการ (ใช้ความร้อนจากกระบวนการทางความร้อนหรือทางเคมี) และเครื่องพ่นไอแบบใช้ไฟตรง (ใช้ความร้อนที่เกิดจากการเผาไหม้เชื้อเพลิง)
ประเภททั่วไปของเครื่องระเหย LNG ที่พบในเทอร์มินัลรับ
เครื่องพ่นไอน้ำในอากาศ (AAV)
เครื่องพ่นไอของเหลวขั้นกลาง (IFV)
เครื่องพ่นไอระเหยแบบเปิด (ORV)
เครื่องพ่นไอระเหยแบบเผาไหม้ใต้น้ำ (SCV)
(1) เครื่องพ่นไอน้ำในอากาศ (AAV)
การเครื่องพ่นไอน้ำอากาศแวดล้อมใช้บรรยากาศเป็นแหล่งความร้อนในการทำให้ LNG กลายเป็นไอAAV มีโครงสร้างที่เรียบง่ายและต้นทุนการดำเนินการต่ำ สามารถใช้ลมแวดล้อมเป็นแหล่งความร้อนได้ด้วยตัวเอง หลีกเลี่ยงการปล่อยมลพิษและเสียงรบกวนได้อย่างสมบูรณ์ นอกจากนี้ ยังสามารถรวบรวมน้ำที่ควบแน่นและน้ำแข็งละลายสำหรับการผลิตหรือใช้ในครัวเรือนได้อีกด้วย
อย่างไรก็ตาม AAV มีข้อเสียอยู่บ้าง เช่น ในอุณหภูมิแวดล้อมต่ำ จำเป็นต้องใช้เครื่องทำความร้อนเพิ่มเติมเพื่อเสริมความร้อน การละลายน้ำแข็งเป็นประจำยังมีความจำเป็นเพื่อป้องกันไม่ให้เกิดน้ำแข็งเกาะบนพื้นผิวท่อของเครื่องพ่นไอ
เนื่องจากการใช้พลังงานจากการให้ความร้อนด้วยอากาศค่อนข้างต่ำ AAV จึงเหมาะสำหรับระบบที่มีขนาดการติดตั้งเล็กและมีความต้องการการระเหย LNG ต่ำกว่าเท่านั้น
(2) เครื่องระเหยของเหลวขั้นกลาง (IFV)
IFV ใช้ของเหลวถ่ายเทความร้อนตัวกลางเพื่อบรรเทาผลกระทบของน้ำแข็ง ของเหลวตัวกลางที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ โพรเพน ไอโซบิวเทน ฟรีออน และแอมโมเนีย
ในการใช้งานจริง เครื่องพ่นไอระเหยนี้ทำงานเป็น 2 ขั้นตอน ขั้นตอนแรกเกี่ยวข้องกับการแลกเปลี่ยนความร้อนระหว่าง LNG และของเหลวตัวกลาง ในขณะที่ขั้นตอนที่สองเกี่ยวข้องกับการแลกเปลี่ยนความร้อนระหว่างของเหลวตัวกลางและของเหลวแหล่งความร้อน
IFV ใช้พื้นที่เพียงเล็กน้อยและสามารถให้การระเหยที่เสถียร นอกจากนี้ ยังไม่มีความเสี่ยงที่น้ำทะเลจะแข็งตัว ข้อได้เปรียบที่สำคัญคือการใช้พลังงานอย่างครอบคลุม โดยเฉพาะเพื่อวัตถุประสงค์ในการผลิตไฟฟ้าร่วม (ความร้อนและไฟฟ้าร่วมกัน)
เครื่องพ่นไอประเภทนี้ได้รับการนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในระบบการระเหย LNG แบบฐานโหลด โดยมีการใช้งานอย่างมากในเทอร์มินัลรับของญี่ปุ่น
(3) เครื่องพ่นไอระเหยแบบเปิด (ORV)
ORV ใช้น้ำทะเลเป็นแหล่งความร้อน ออกแบบมาอย่างเรียบง่าย ใช้งานง่าย และบำรุงรักษาง่าย เป็นเครื่องระเหยประเภทหลักที่ใช้ในสถานีรับ LNG หลายแห่งทั่วโลก
โครงสร้างทางกลของ ORV LNG นั้นตรงไปตรงมา โดยมีอินเทอร์เฟซภายนอกหลักๆ ได้แก่ ทางเข้า LNG ทางออกของก๊าซธรรมชาติระเหย (NG) และทางเข้า/ทางออกของน้ำทะเล ท่อแลกเปลี่ยนความร้อนติดตั้งอยู่ภายในโครงสร้างกรอบ
หน่วยพื้นฐานของเครื่องพ่นไอคือท่อถ่ายเทความร้อน โดยท่อหลายท่อจะเรียงกันเป็นแผ่น แต่ละท่อจะเชื่อมกับท่อส่งก๊าซหรือท่อส่งของเหลวเพื่อสร้างแผ่นมัดท่อ และแผ่นมัดท่อหลายแผ่นจะสร้างเครื่องพ่นไอ
LNG ไหลเข้าจากท่อหลักด้านล่างและกระจายไปยังท่อแลกเปลี่ยนความร้อนขนาดเล็กแต่ละท่อซึ่งไหลขึ้นด้านบนภายในมัดท่อเพื่อแลกเปลี่ยนความร้อน ที่ด้านบนของเครื่องระเหย จะมีการติดตั้งอุปกรณ์จ่ายน้ำทะเล น้ำทะเลไหลเข้าจากด้านบนและกระจายเป็นฟิล์มบางๆ ตามผนังด้านนอกของมัดท่อ โดยถ่ายเทความร้อนไปยังก๊าซธรรมชาติเหลวภายในท่อ ทำให้ก๊าซร้อนและกลายเป็นไอ ORV ต้องใช้อุปกรณ์น้อยมากและบำรุงรักษาง่าย ทำงานโดยไม่ต้องมีเปลวไฟ จึงมั่นใจได้ถึงมาตรฐานความปลอดภัยที่สูง
นอกจากนี้ ยังมีการคิดค้นวิธีที่เรียกว่า SuperORV เพื่อแก้ไขปัญหาน้ำแข็งเกาะภายนอก โดยใช้ท่อถ่ายเทความร้อนแบบสองชั้น โดย LNG จะเข้าสู่ท่อด้านในผ่านตัวจ่ายด้านล่าง จากนั้นจึงค่อย ๆ ระเหยเป็นไอภายในช่องว่างวงแหวนระหว่างท่อด้านในและด้านนอก
(4) เครื่องระเหยแบบเผาไหม้ใต้น้ำ (SCV)
SCV ประกอบด้วยอ่างน้ำ เตาเผา พัดลม ท่อฉีดก๊าซไอเสีย ตู้หุ้ม มัดท่อแลกเปลี่ยนความร้อน และปล่องไฟ ก๊าซเชื้อเพลิงจะถูกเผาไหม้ภายในเตาเผา และก๊าซไอเสียที่มีอุณหภูมิสูงจะถูกปล่อยเข้าไปในอ่างน้ำผ่านท่อไอเสียส่วนล่าง ทำให้เกิดการเคลื่อนที่ปั่นป่วนในอ่างน้ำ
LNG ภายในท่อแลกเปลี่ยนความร้อนจะผ่านการแลกเปลี่ยนความร้อนกับน้ำที่มีการกวนสูง ส่งผลให้เกิดความร้อนและกลายเป็นไอ เนื่องจากการสัมผัสโดยตรงและการถ่ายเทความร้อนที่รุนแรงระหว่างก๊าซไอเสียความเร็วสูงและอ่างน้ำ ค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนภายนอกท่อจึงสูง ทำให้มั่นใจได้ว่าอุณหภูมิอ่างน้ำจะสม่ำเสมอ
SCV นำเสนอความรวดเร็วและสะดวกสบาย
การเปรียบเทียบเครื่องพ่นไอ LNG
ปัจจุบันสถานีรับ LNG มักใช้ ORV, IFV, SCV และ AAV ในขณะที่ AAV มีข้อจำกัดมากกว่าและใช้ในสถานีรับน้อยกว่า
เครื่องทำไอน้ำแบบ Open Rack (ORV) ใช้น้ำทะเลเป็นตัวกลางความร้อนและคุ้มต้นทุนมากกว่าเครื่องทำไอน้ำแบบ Submerged Combustion Vaporizer (SCV)
อย่างไรก็ตาม สิ่งสำคัญคือต้องพิจารณาว่า ORV มีต้นทุนการลงทุนอุปกรณ์เริ่มต้นที่สูงกว่า รวมถึงช่องทางรับและระบายน้ำทะเล ท่อส่งน้ำทะเล ปั๊มน้ำทะเล และอุปกรณ์ฟอกน้ำทะเล
สำหรับสถานีรับ LNG แบบโหลดฐาน ORV ควรเป็นตัวเลือกหลัก อย่างไรก็ตาม ORV มีข้อจำกัดในกรณีที่อุณหภูมิของน้ำทะเลต่ำเกินไป น้ำทะเลมีสารที่เป็นอันตรายต่ออุปกรณ์ หรือเมื่อพิจารณาถึงการปกป้องสิ่งแวดล้อมทางทะเล
SCV ต้องใช้การลงทุนเริ่มต้นที่ต่ำกว่า มีพื้นที่น้อยกว่า และเปิดและปิดเครื่องได้รวดเร็ว อย่างไรก็ตาม SCV ต้องใช้เชื้อเพลิง ส่งผลให้มีต้นทุนการดำเนินงานที่สูงกว่าเมื่อเทียบกับ ORV
เครื่องพ่นไอเปลวไฟใต้น้ำ (IFV) ใช้ท่อไททาเนียมสำหรับการแลกเปลี่ยนความร้อน ทำให้ทำงานได้อย่างปลอดภัยและเสถียรแม้ในสภาพน้ำทะเลที่มีคุณภาพไม่ดี ความท้าทายหลักของ IFV คือข้อจำกัดที่สำคัญในการเลือกของเหลวตัวกลาง
การเลือกใช้เครื่องพ่นไอ
การเลือกเครื่องพ่นไอควรคำนึงถึงความสามารถในการประมวลผล ความสามารถในการใช้งาน ความปลอดภัยและความน่าเชื่อถือ ความยืดหยุ่น ต้นทุนการลงทุน เงื่อนไขการใช้งาน (โหลดพื้นฐาน การลดพีค การใช้งานในกรณีฉุกเฉิน) ปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อม และสภาพภูมิอากาศ โดยสามารถเลือกเครื่องพ่นไอที่เหมาะสมได้ทีละเครื่องหรือรวมกันสำหรับการใช้งาน ขึ้นอยู่กับข้อกำหนดเฉพาะ
1. ความสามารถในการประมวลผล:
ความสามารถในการประมวลผลของเครื่องพ่นไอควรสอดคล้องกับปริมาณงานออกแบบของเทอร์มินัลรับ หากเทอร์มินัลต้องการเพียง "ของเหลวเข้า ของเหลวออก" ด้วยก๊าซธรรมชาติสำหรับการใช้ในสถานที่เท่านั้น หรือหากปริมาณการประมวลผลประจำปีมีขนาดเล็กและมีพื้นที่เพียงพอ อาจพิจารณาใช้เครื่องพ่นไออากาศแวดล้อม (AAV)
2. ความสามารถในการปรับตัวและความน่าเชื่อถือ:
เมื่อพิจารณาถึง "ตำแหน่งการทำงาน" ของเทอร์มินัลรับ ไม่ว่าจะเป็นสำหรับโหลดฐาน การลดพีค หรือทั้งสองอย่างรวมกัน ความสามารถในการปรับตัวและความน่าเชื่อถือของเครื่องพ่นไอจึงมีความสำคัญ หากจำเป็นต้องทำงานอย่างต่อเนื่องและเชื่อถือได้ การเลือกเครื่องพ่นไอควรเป็นแบบที่เหมาะกับการจัดการโหลดฐาน รวมถึงสำหรับการลดพีคในกรณีฉุกเฉิน เช่น เครื่องพ่นไอแบบเผาไหม้ใต้น้ำ (SCV) ที่ช่วยให้สตาร์ทและปิดเครื่องได้อย่างรวดเร็ว
3. การพิจารณาสิ่งแวดล้อม:
สภาพแวดล้อมโดยรอบเทอร์มินัลรับข้อมูลนั้นหมายถึงอุณหภูมิภายนอกเป็นหลัก (รวมถึงอุณหภูมิของบรรยากาศและน้ำทะเล) และลักษณะและพารามิเตอร์ของน้ำทะเล ตัวอย่างเช่น เมื่อเลือกเครื่องระเหยแบบเปิด (ORV) จะต้องพิจารณาปัจจัยต่างๆ เช่น เส้นผ่านศูนย์กลางและความเข้มข้นของอนุภาคของแข็งในน้ำทะเล การมีไอออนของโลหะหนัก ค่า pH และคุณสมบัติทางเคมีอื่นๆ ของน้ำทะเล
การพิจารณาทางเศรษฐกิจ
ต้นทุนการลงทุนสำหรับเครื่องพ่นไอถือเป็นส่วนสำคัญของการลงทุนทั้งหมดในเครื่องรับ เมื่อเลือกเครื่องพ่นไอ ควรเปรียบเทียบอย่างครอบคลุมระหว่างการลงทุนคงที่และต้นทุนการดำเนินการ
เครื่องระเหยแบบ Open Rack (ORV) ใช้ปริมาณน้ำทะเลจำนวนมากและมีข้อกำหนดด้านคุณภาพน้ำทะเลบางประการ มีค่าใช้จ่ายในการลงทุนและการติดตั้งที่สูงกว่า แต่มีต้นทุนการดำเนินการที่ต่ำกว่า
การลงทุนเริ่มต้นรวมถึงต้นทุนสำหรับอุปกรณ์เครื่องระเหย การสนับสนุนช่องทางเข้าและทางออกของน้ำทะเล ท่อส่งน้ำทะเล ปั๊มน้ำทะเล และอุปกรณ์ฟอกน้ำทะเล ต้นทุนการดำเนินงานควรพิจารณาระยะเวลาและค่าใช้จ่ายสำหรับการทาเคลือบป้องกันการกัดกร่อนบนพื้นผิวถ่ายเทความร้อนอีกครั้งด้วย
เมื่อเปรียบเทียบกับ Submerged Combustion Vaporizer (SCV) แล้ว ORV จะใช้น้ำทะเลเป็นหลัก และการใช้งานนั้นส่วนใหญ่ใช้ไฟฟ้าจากปั๊มน้ำทะเล ดังนั้น ข้อได้เปรียบของ ORV จึงอยู่ที่ต้นทุนการดำเนินงานที่ต่ำกว่าอย่างเห็นได้ชัด โดยอัตราส่วนต้นทุนการดำเนินงานระหว่างทั้งสองประเภทอยู่ที่ประมาณ 1:10
SCV โดดเด่นในด้านการลงทุนโดยรวมและต้นทุนการติดตั้ง ขนาดกะทัดรัด และความยืดหยุ่นในการใช้งาน อย่างไรก็ตาม ข้อเสียร้ายแรงของ SCV ก็คือต้นทุนการดำเนินงานที่สูง
ภายใต้สภาวะแวดล้อมน้ำทะเลที่เอื้ออำนวย การใช้ ORV ถือเป็นทางเลือกที่เชื่อถือได้และคุ้มต้นทุนที่สุด
อย่างไรก็ตาม หากคุณภาพน้ำทะเลส่งผลกระทบเชิงลบอย่างรุนแรงต่อวัสดุที่ใช้ใน ORV (เช่น ความเข้มข้นสูงของของแข็งแขวนลอยขนาดใหญ่ในน้ำทะเล ซึ่งอาจส่งผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อการเคลือบป้องกันการกัดกร่อนบนพื้นผิวถ่ายเทความร้อนและส่งผลให้มีอายุการใช้งานสั้นลง) ไม่ควรเลือก ORV
บทสรุป
เครื่องผลิตก๊าซแต่ละประเภทมีข้อดีข้อเสียที่แตกต่างกันไป รวมถึงสภาพแวดล้อมการทำงานที่เหมาะสมกับเครื่องแต่ละประเภทด้วย หากต้องการจัดการกับเงื่อนไขต่างๆ ในสถานีรับ LNG ควรเลือกเครื่องผลิตก๊าซ 1-2 ประเภทมาผสมผสานกัน ซึ่งสามารถใช้ประโยชน์จากจุดแข็งของแต่ละประเภทและชดเชยข้อจำกัดที่มีอยู่ได้
โดยทั่วไป เมื่อกำหนดค่าเครื่องผลิตก๊าซ มักจะต้องใช้ชุดค่าผสมของประเภท 1-2 ปัจจุบัน การกำหนดค่า ORV+SCV เป็นที่ต้องการเมื่อเลือกเครื่องผลิตก๊าซ
เครื่องพ่นไอแบบเปิดชั้น (ORV) เหมาะสำหรับเทอร์มินัลรับที่มีความสามารถในการประมวลผลขนาดใหญ่และต้นทุนการดำเนินงานต่ำ เครื่องพ่นไอแบบเผาไหม้ใต้น้ำ (SCV) มีต้นทุนการดำเนินงานที่ค่อนข้างสูง แต่การลงทุนเริ่มต้นต่ำกว่าและการทำงานที่เชื่อถือได้
ในกรณีที่น้ำทะเลมีตะกอนในระดับสูงหรือไม่เป็นไปตามคุณสมบัติทางเคมีที่ต้องการ อาจใช้เครื่องระเหยของเหลวตัวกลาง (IFV) เป็นทางเลือกอื่นได้
ปัจจุบันมีสถานีรับ LNG 22 แห่งที่เปิดให้บริการในประเทศจีน และอีก 13 แห่งอยู่ระหว่างการดำเนินการตามแนวชายฝั่ง การสร้างสถานีรับ LNG จะช่วยส่งเสริมการนำเข้าทรัพยากร LNG ในประเทศของเราเป็นอย่างมาก
เครื่องผลิตก๊าซเป็นส่วนประกอบที่สำคัญของเทอร์มินัลการรับ LNG และการเลือกเครื่องผลิตก๊าซที่ถูกต้องจะส่งผลโดยตรงต่อความปลอดภัย ความน่าเชื่อถือ และแง่มุมเศรษฐกิจของการดำเนินงานของเทอร์มินัล
