أنظمة إرجاع الأبخرة في محطات LNG

في تعبئة الغاز الطبيعي المسال (LNG) ينقل خط إرجاع الأبخرة البخارَ الذي يزيحه السائل الداخل إلى الصهريج، والبخارَ الناتج أثناء تبريد الصهريج، عائدًا إلى جانب التخزين عبر وصلة مستقلة. وبذلك يبقى ضغط الصهريج تحت السيطرة طوال التعبئة، وتستمر العملية دون تنفيس الغاز من الصهريج إلى الجو. غير أن الثمن يظهر في المنشأة: فالبخار المُرجَع يرفع ضغط خزان التخزين ويُضاف إلى حِمل نظام غاز الغليان (BOG). ولأن للغاز المُرجَع قيمة طاقية، فقد يلزم أيضًا احتسابه في الحسابات التجارية بحسب طريقة تحديد الكمية المسلَّمة.

تُعرض عملية التعبئة كاملة في صفحة أنظمة تعبئة صهاريج LNG، ويُشرح قياس BOG المتكوّن باستمرار في صفحة أنظمة قياس غاز الغليان. أما هذه الصفحة فتركّز على خط الإرجاع نفسه وموازنة الضغط وأثر البخار المُرجَع في نظام BOG وفي حسابات نقل الملكية.

إرجاع الأبخرة واسترجاع الأبخرة وإدارة BOG: ثلاثة مفاهيم مختلفة

كثيرًا ما تُستخدم هذه المصطلحات الثلاثة بالتبادل، مع أن كلًّا منها يعالج مشكلة مختلفة:

في محطات الوقود يذهب البخار المجمَّع إلى وحدة معالجة لأغراض التحكم في الانبعاثات، ولا يدخل في حساب الكميات. أما في LNG فالبخار المُرجَع غاز طبيعي ذو قيمة؛ وعندما يصل إلى المنشأة ينضم إلى نظام BOG ويستهلك من سعته مباشرة. ولهذا يُصمَّم إرجاع الأبخرة في LNG جزءًا من نظام العملية والقياس، لا معدّةً للتحكم في الانبعاثات.

مصدر البخار المُرجَع أثناء التعبئة

·         الإزاحة الحجمية: السائل الداخل إلى الصهريج يدفع حجمًا مساويًا من البخار.

·         تبريد جدار الصهريج: إذا كان الوعاء الداخلي أدفأ من LNG تبخّر جزء من السائل الداخل عند ملامسته الجدار.

·         تبريد الخط والذراع: البخار المتكوّن في الوصلات الدافئة عند بدء التعبئة يتجه أيضًا إلى خط الإرجاع.

لذلك لا تتناسب كمية البخار المُرجَع ببساطة مع الحجم المعبّأ. فالصهريج العائد من رحلة طويلة بوعاء داخلي دافئ يولّد في المرحلة الأولى من التعبئة بخارًا أكثر بكثير من صهريج يصل باردًا. ويجب التحقق من قدرة خط الإرجاع ونظام BOG على استيعاب هذه الذروة أيضًا.

موازنة الضغط ومعدل التعبئة

إذا لم يتمكن البخار من الخروج ارتفع ضغط الصهريج واضطُر المشغّل إلى إبطاء التعبئة أو إيقافها. ولأن فقد الضغط في خط الإرجاع يحدد الفرق بين ضغط الصهريج وضغط خزان التخزين، فهو يحدّ أيضًا من معدل التعبئة الممكن. ولذلك تُختار أقطار الخط والخرطوم أو الذراع والصمامات بحيث يبقى هذا الفرق مقبولًا عند المعدل المستهدف. وفي جانب التخزين يرفع البخار المُرجَع ضغط الخزان، فينبغي التأكد من قدرة ضاغط BOG أو مسارات BOG الأخرى على استيعاب الحِمل الإضافي في ساعات التعبئة.

في بعض التطبيقات صغيرة النطاق يمكن تعبئة الصهريج دون خط إرجاع، باستخدام تعبئة رشّ علوية يكثّف فيها السائل الداخل الحيّزَ البخاري. ويتوقف نجاح ذلك على تجهيزات الصهريج ودرجة حرارته الابتدائية وإجراءات التشغيل، فلا ينبغي للمنشأة الاستغناء عن خط الإرجاع قبل أن تعرف أنواع الصهاريج التي ستخدمها.

نقاط تصميم خط البخار البارد

·         المواد والعزل: قد يكون البخار المُرجَع قريبًا من درجة الغليان؛ فتُختار الأنابيب والحشوات لتلائمه، ويحدّ العزل من دخول الحرارة ومن الصقيع الخارجي.

·         التحجيم: يُنظر معًا في ذروة تدفق البخار أثناء التبريد وفي معدل التعبئة المستهدف.

·         العزل الطارئ والسلامة: يُحمى خط البخار، مثل خط السائل، بصمام إيقاف طارئ (ESD) وبوصلة انفصال آمن (Breakaway) في جانب الصهريج؛ وتفصيل ذلك في صفحة الإيقاف الطارئ المبرّد.

·         مراقبة الضغط: يُستخدم قياس الضغط في جانبي الصهريج والتخزين للتحكم في معدل التعبئة والسماحيات.

·         التطهير والتخميل: تطهير الخرطوم أو الذراع بالنيتروجين قبل التوصيل وبعده، وتوجيه نقاط التصريف إلى مجمّع آمن.

·         نقطة الربط: يُقرَّر إرجاع البخار إلى الحيّز البخاري للخزان أو إلى مجمّع BOG بالتوافق مع التحكم في ضغط الخزان.

بخار LNG عند درجة غليانه أثقل من الهواء في البداية ولا يرتفع إلا بعد أن يدفأ، ولذلك يستحق اتجاه نقاط التصريف ومخارج صمامات الأمان على خط البخار عناية خاصة في دراسة المخطط.

البخار المُرجَع في حسابات نقل الملكية

يحمل البخار المُرجَع طاقة من الصهريج عائدًا إلى التخزين. وتحظر توصية المترولوجيا القانونية OIML R 117-1:2019 في أنظمة قياس LNG الربطَ بين الحيّزين البخاريين للخزان المزوِّد والخزان المستقبِل، ما لم يُقَس البخار المُرجَع ويُخصم من الكمية المسلَّمة، وتشترط أن تكون دقة قياس هذا البخار أفضل من 20 في المئة. وبعبارة أخرى، في نظام تعبئة يعتمد على العدّاد للقياس القانوني إما أن يُقاس خط الإرجاع وإما ألا يُركَّب. ويذكر دليل صناعي لقياس نقل ملكية LNG كذلك أن موازنة الطاقة تحتسب الغاز المُعاد إلى الطرف الآخر.

وحين تُحدَّد الكمية بالميزان تنعكس كتلة البخار المُرجَع في فرق الوزن؛ أما في الفوترة على أساس الطاقة فيحدد العقد طريقة احتساب حصة الغاز المُعاد. وتُفصَّل هذه المسائل في صفحة قياس نقل ملكية LNG.

الفرق عن إرجاع أبخرة LPG

يُحفظ LPG سائلًا تحت الضغط في درجة حرارة المحيط؛ ويوازن إرجاع الأبخرة هناك بين وعاءين مضغوطين، ويكون البخار المُرجَع في درجة حرارة المحيط. أما LNG فيُخزَّن قرب الضغط الجوي وفي درجة حرارة مبرّدة، وبخاره المُرجَع بارد يحتاج إلى مواد وعزل مناسبين، ويتصل مباشرة بنظام BOG في المنشأة. وفي الحالتين، إذا وُجدت وصلة بخار فيجب تحديد طريقة معالجة البخار المُرجَع تجاريًا، لكن تصميم الخط وأثره في المنشأة يختلفان.

النقل بين السفينة والرصيف والنقل البري

يدرج المعيار EN 1473 الخاص بمنشآت LNG البرية وصلاتِ الصهاريج البرية وعربات السكك الحديدية مع إرجاع الأبخرة، وكذلك وصلات مشعب السفن، ضمن حدود المنشأة. وفي النقل البحري يقع تصميم أذرع النقل البحرية على الرصيف واختبارها اليوم ضمن EN ISO 16904، بعد سحب EN 1474-1 السابق. كما يُعدّ حجم البخار من الكميات التي تُحتسب إلى جانب حجم السائل عند تحديد حمولة السفينة. وتركّز هذه الصفحة على تطبيقات الصهاريج البرية.

إسهام TLY Enerji

تقدّم TLY Enerji لمنشآت تعبئة وتفريغ صهاريج LNG خدمات تصميم الأنظمة وتوريد الأجهزة والصمامات والهندسة والتركيب والتشغيل والصيانة. وفي خط إرجاع الأبخرة قد يشمل ذلك اختيار أجهزة قياس الضغط والحرارة وصمامات الإيقاف الطارئ، وعند الحاجة قياس البخار المُرجَع، ودمجها في نظام التحكم وتشغيلها في الموقع. وتُحدَّد حدود التوريد لكل مشروع في المواصفات الفنية.

بيانات لازمة لتقييم خط إرجاع الأبخرة

·         أنواع الصهاريج المخدومة ووجود وصلة بخار فيها

·         معدل التعبئة المستهدف وعدد عمليات التعبئة المتزامنة

·         الحالة المعتادة للصهاريج عند الوصول: باردة أم دافئة جزئيًا

·         نطاق ضغط تشغيل خزان التخزين وسعة نظام BOG الحالية

·         نقطة ربط خط الإرجاع ومساره

·         طريقة تحديد الكمية وكيفية معالجة البخار المُرجَع في العقد

·         تغذية النيتروجين ومجمّعات التهوية وواجهة الإيقاف الطارئ

صفحات ذات صلة

·         أنظمة قياس غاز الغليان (BOG): قياس نظام BOG الذي ينضم إليه البخار المُرجَع.

·         أنظمة تعبئة صهاريج LNG: عملية التعبئة التي يُعدّ إرجاع الأبخرة جزءًا منها.

·         أنظمة إرجاع أبخرة LPG: موازنة الأبخرة لغاز مضغوط في درجة حرارة المحيط.

·         أنظمة استرجاع أبخرة المذيبات وإرجاعها: الفرق عن استرجاع الأبخرة بدافع الحد من الانبعاثات.

·         قياس نقل ملكية LNG: موقع الغاز المُعاد في نقل الملكية القائم على الطاقة.

أسئلة شائعة حول إرجاع أبخرة LNG

ما الفرق بين خط إرجاع الأبخرة ووحدة استرجاع الأبخرة (VRU)؟

ينقل خط إرجاع الأبخرة البخار المُزاح إلى الجانب المزوِّد عبر وصلة مغلقة، فهو لا يعالج البخار بل يوازن الضغط فقط. أما وحدة استرجاع الأبخرة فتعالج البخار المجمَّع أثناء تعبئة البنزين أو المذيبات، بطرق مثل الامتزاز أو الامتصاص أو التكثيف، للحد من الانبعاثات. وفي LNG يكون البخار المُرجَع غازًا طبيعيًا ينضم إلى نظام BOG، ولذا تتعامل محطات LNG مع إدارة BOG لا مع VRU بالمعنى المعروف في محطات الوقود.

هل يجب قياس البخار المُرجَع؟

يتوقف ذلك على غرض القياس. ففي أنظمة تعبئة LNG التي تعتمد على العدّاد للقياس القانوني وتحتوي على وصلة بخار، يجب قياس البخار المُرجَع وخصمه من الكمية المسلَّمة. وعندما تُحدَّد الكمية بالميزان تنعكس كتلة البخار المُرجَع في فرق الوزن، لكن طريقة معالجته في حساب الطاقة تعاقدية. ومن الناحية العملياتية تساعد معرفة تدفق البخار المُرجَع أيضًا على إدارة حِمل BOG.

هل يُربط خط الإرجاع بخزان التخزين أم بمجمّع BOG؟

يُستخدم الخياران كلاهما. فالإرجاع إلى الحيّز البخاري للخزان يحقق موازنة بسيطة للضغط لكنه يضيف كامل البخار المُرجَع إلى ضغط الخزان. أما الإرجاع إلى مجمّع BOG فيوجّه البخار مباشرة إلى الضواغط أو مسارات BOG الأخرى، غير أن المجمّع والضاغط يجب أن يستوعبا الحِمل الإضافي أثناء التعبئة. ويُتخذ القرار بالموازنة بين التحكم في ضغط الخزان وسعة BOG وعدد عمليات التعبئة المتزامنة.

كيف يؤثر وصول صهريج دافئ في التعبئة؟

عندما يدخل LNG وعاءً داخليًا دافئًا يتبخر جزء منه فور ملامسته الجدار. ويؤدي ذلك إلى تدفق بخار أكبر بكثير عبر خط الإرجاع في بداية التعبئة وإلى ارتفاع سريع في ضغط الصهريج. ولذلك يُبقى معدل التعبئة منخفضًا عادةً في هذه المرحلة، ويضيف البخار المُرجَع حِملًا إضافيًا على نظام BOG. وقد لا تستطيع منشأة صُمِّمت للصهاريج الباردة وحدها استيعاب هذا الحِمل.

هل تُصمَّم خطوط إرجاع أبخرة LNG وLPG بالطريقة نفسها؟

الهدف الأساسي واحد: موازنة الضغط بين وعاءين أثناء التعبئة. لكن LPG يُنقل تحت الضغط في درجة حرارة المحيط، بينما يكون LNG قرب الضغط الجوي وفي درجة حرارة مبرّدة. ويحمل خط إرجاع LNG بخارًا باردًا يتطلب مواد وعزلًا مناسبين للتطبيقات المبرّدة، ويتصل بنظام BOG في جانب المنشأة. وهذا يغيّر مواد الخط وتحجيمه وأثره في المنشأة.