أنظمة تعبئة صهاريج LNG

تتألف منظومة تعبئة صهاريج الغاز الطبيعي المسال (LNG) من العناصر نفسها التي نجدها في أي نقطة تعبئة وقود: مضخة تغذية، وخط تعبئة، وذراع أو خرطوم، ووسيلة لتحديد الكمية المعبأة. غير أن درجة الحرارة شديدة الانخفاض تغيّر سلوك كل عنصر من هذه العناصر. فالغاز الطبيعي المسال يغلي عند الضغط الجوي عند نحو −162 °C تقريبًا، وتختلف القيمة الدقيقة باختلاف التركيب. لذلك لا يمكن بدء التعبئة قبل تبريد الخط والمعدات، ويضغط السائل الداخل إلى الصهريج فراغ البخار فيه فيلزم تصريف هذا البخار، كما تُحدَّد الكمية في الغالب بالكتلة لا بالحجم.

يُعرض المسار العام لنقطة التعبئة الواحدة ومكوناتها في صفحة أنظمة تعبئة الصهاريج. أما هذه الصفحة فتشرح لماذا يُبنى هذا المسار بشكل مختلف في حالة LNG، وما المراحل التي تمر بها عملية التعبئة.

ما الذي يتغير في الخدمة المبرّدة (Cryogenic)؟

·         انتقال الحرارة والتبخر: يبدأ LNG في الغليان فور ملامسته سطحًا دافئًا، ولا يمكن تحقيق تدفق منضبط وقابل للقياس في خط غير مبرّد، ولذلك تبدأ كل عملية تعبئة بمرحلة التبريد المسبق.

·         ضغط الصهريج: صهاريج LNG البرية أوعية مبرّدة معزولة بالتفريغ، تتكوّن من وعاء ضغط داخلي وغلاف خارجي. ويرتفع ضغط فراغ البخار أثناء التعبئة، ويُدار هذا الضغط عبر خط إرجاع الأبخرة أو بطريقة أخرى تلائم تصميم الصهريج.

·         الكمية بالكتلة: لأن كثافة LNG شديدة الحساسية للتركيب ودرجة الحرارة، تُحدَّد كمية التعبئة في الصهاريج البرية عادةً بقياس مباشر للكتلة.

مراحل عملية التعبئة

يصف دليل نقل ملكية LNG الصادر عن المجموعة الدولية لمستوردي الغاز الطبيعي المسال (GIIGNL) تعبئة الصهاريج البرية في مراحل متتابعة:

1.       خفض ضغط الصهريج عند استخدام وصلة إرجاع الأبخرة.

2.       فترة أولى بتدفق منخفض لتبريد الخط والذراع أو الخرطوم (Cool-Down).

3.       رفع التدفق تدريجيًا نحو القيمة الاسمية.

4.       تعبئة مستقرة عند التدفق الاسمي.

5.       خفض التدفق ثم الإيقاف عند الاقتراب من الكمية المستهدفة.

كل مرحلة من هذه المراحل خطوة في تسلسل نظام التحكم. وبما أن التدفق قد يكون ثنائي الطور أثناء التبريد، فعلى المنشآت التي تعتمد القياس الديناميكي أن تحدد مسبقًا كيفية معاملة هذه الفترة تجاريًا. وتسمح التوصية الدولية للمترولوجيا القانونية OIML R 117-1:2019 بدائرة إعادة تدوير بعد العدّاد لأغراض التبريد، لكنها تشترط ألا يبدأ التسليم أو أن يتوقف إذا كان المنتج يتدفق عبر هذه الدائرة.

إرجاع الأبخرة وضغط الصهريج

يُوصَل بالصهريج عادةً خرطوم أو ذراع لإرجاع الأبخرة، فيعود غاز الغليان (BOG) المتولد أثناء التعبئة إلى المنشأة. ويذكر ملخص المعيار الأوروبي EN 1473:2021 لتصميم منشآت LNG البرية وصلات تعبئة الصهاريج وتفريغها مع إرجاع الأبخرة ضمن حدود المنشأة. ومع ذلك لا تتطلب جميع تصاميم الصهاريج وصلة لإرجاع الأبخرة، ولذلك ينبغي تحديد أنواع الصهاريج التي سيخدمها الرصيف منذ بداية المشروع.

يتوقف أثر الأبخرة المرتجعة في الكمية التجارية على طريقة القياس. فعند الوزن بالميزان قبل التعبئة وبعدها يظهر هذا الأثر تلقائيًا في فرق الوزن، بشرط أن يُجرى الوزن الأول قبل خفض ضغط الصهريج. أما في القياس الديناميكي بالعدّاد فيجب قياس الأبخرة المرتجعة على حدة وطرحها. وتتناول صفحة أنظمة إرجاع الأبخرة في محطات LNG تصميم خط البخار وعلاقته بنظام BOG.

الميزان أم العدّاد؟

لا يزال وزن الصهريج على ميزان الشاحنات قبل التعبئة وبعدها الطريقة الأكثر شيوعًا لتحديد الكمية المعبأة. والبديل هو القياس الديناميكي بعدّاد التدفق الكتلي بتأثير كوريوليس أو بعدّاد بالموجات فوق الصوتية على خط التعبئة، ويشير دليل GIIGNL إلى أن هذا الأسلوب يدخل تدريجيًا في التطبيقات المالية صغيرة النطاق. ولا ينجح القياس الديناميكي إلا إذا بقي المنتج داخل العدّاد سائلًا طوال القياس، لذا يجب التحقق من امتلاء الخط وتبريده قبل بدء القياس.

وتجمع منشآت كثيرة بين الطريقتين: يتحكم العدّاد في الدفعة ويوقف التعبئة عند الكمية المستهدفة، بينما تُعتمد بطاقة الميزان في المستند التجاري. أما القياس الذي تُبنى عليه الفاتورة فتحدده قواعد المحطة والاتفاق بين البائع والمشتري. ولتصميم وحدة القياس المبرّدة وحساب الطاقة صفحتان مستقلتان.

حد التعبئة وقبول الصهريج

لا يُملأ صهريج LNG أبدًا حتى كامل حجمه الهندسي، إذ يستمر دخول الحرارة أثناء النقل فيرتفع الضغط. ولذلك يُحدَّد الحد الأقصى للتعبئة قبل كل عملية وفق تصميم الصهريج وقواعد النقل المعمول بها، مثل اتفاقية ADR الأوروبية لنقل البضائع الخطرة على الطرق، ويُدخَل هذا الحد في وحدة التحكم بالتعبئة كقيمة مسبقة. وجرت الممارسة على أن يقدّم مالك الصهريج قبل أول تعبئة في المنشأة بياناته الفنية وشهادة سعة صادرة عن جهة مخوّلة.

معايير اختيار خاصة بـ LNG

يحدد المعيار EN 12434 متطلبات تصميم الخراطيم المرنة المبرّدة وتصنيعها واختبارها ووسمها، بينما تخضع الوصلات لمعايير أخرى. وتُفصّل صفحة أنظمة الإيقاف الطارئ والسلامة للتطبيقات المبرّدة سلسلة الإيقاف الطارئ (ESD)، بما فيها أذرع التعبئة ووصلات الفصل الطارئ (ERC).

دور TLY Enerji في مشاريع تعبئة LNG

تقدّم TLY Enerji لمنشآت تعبئة صهاريج LNG وتفريغها خدمات تصميم الأنظمة، وتوريد الأجهزة والصمامات والمضخات، والهندسة، والتركيب، والتشغيل، والصيانة. وبحسب نطاق المشروع يمكن أن يشمل ذلك نظام قياس مبرّدًا، وأجهزة قياس الحرارة والضغط، وصمامات التحكم، وحلول المراقبة وإعداد التقارير القائمة على PLC وSCADA. ويُحدَّد نطاق التوريد في كل مشروع عبر المواصفات الفنية مع مراعاة الواجهات مع الخزانات والمضخات ونظام BOG القائمة.

البيانات اللازمة لتقييم رصيف التعبئة

·         أنواع الصهاريج المستهدفة وأحجامها وتفاصيل وصلات السائل والبخار

·         عدد عمليات التعبئة اليومية وزمن التعبئة المستهدف

·         ضغط التشغيل في خزان التغذية والمضخات القائمة ونطاق تركيب LNG

·         بنية إدارة BOG في المحطة وقدرتها على استيعاب الأبخرة المرتجعة

·         طريقة تحديد الكمية المفضلة: الميزان أو العدّاد أو كلاهما

·         البيانات المطلوبة في المستند التجاري وبنية نظام التحكم في الموقع

صفحات ذات صلة

·         أنظمة تعبئة الصهاريج: سلسلة المكونات وملف التعبئة لنقطة التعبئة بصرف النظر عن نوع السائل.

·         وحدات القياس المبرّدة: تصميم وحدة العدّاد المبرّدة عند اختيار القياس الديناميكي.

·         أنظمة إرجاع الأبخرة في محطات LNG: خط البخار وتوازن الضغط وعلاقته بنظام BOG أثناء التعبئة.

·         وحدات تعبئة وتفريغ LNG المجمّعة: نطاق التوريد عند تسليم معدات التعبئة وحدةً مجمّعة مسبقًا.

·         أنظمة الإيقاف الطارئ والسلامة للتطبيقات المبرّدة: طبقات الإيقاف الطارئ والفصل الطارئ والكشف عند الرصيف.

·         قياس نقل ملكية LNG: تحويل الكتلة المعبأة إلى كمية طاقة تُبنى عليها الفاتورة.

أسئلة شائعة حول تعبئة صهاريج LNG

لماذا يجب تبريد خط تعبئة LNG قبل البدء؟

يتحول LNG إلى بخار عند ملامسته خطًا أو ذراعًا أو جدار صهريج بحرارة المحيط. ولو بدأت التعبئة بالتدفق الكامل على معدات دافئة لارتفع ضغط البخار وأصبح التدفق ثنائي الطور وفقد قياس الكمية موثوقيته. لذلك تبدأ التعبئة بمعدل منخفض ثم يُرفع التدفق تدريجيًا كلما برد النظام.

هل يحتاج كل صهريج LNG إلى وصلة إرجاع الأبخرة؟

لا. فخراطيم أو أذرع إرجاع الأبخرة شائعة في منشآت التعبئة، لكن بعض تصاميم الصهاريج لا تتطلبها. وينبغي للمنشأة أن تحدد منذ البداية أنواع الصهاريج التي ستخدمها. وعند استخدام إرجاع الأبخرة مع القياس بالعدّاد يجب قياس البخار المرتجع وطرحه من الكمية المسلّمة، أما مع الميزان فيظهر أثره في فرق الوزن.

هل يمكن أن يحل العدّاد محل الميزان؟

نعم. فالقياس الديناميكي بعدّادات كوريوليس أو الموجات فوق الصوتية يزداد انتشارًا في تطبيقات LNG صغيرة النطاق. ويتطلب ذلك بقاء السائل أحادي الطور داخل العدّاد، وقياس البخار المرتجع على حدة، واستيفاء نظام القياس لمتطلبات المترولوجيا القانونية السارية. أما الطريقة التي تُبنى عليها الفاتورة فتُحدَّد باتفاق الطرفين.

لماذا لا يُملأ صهريج LNG بالكامل؟

يستمر الصهريج في اكتساب الحرارة أثناء النقل، فيتبخر جزء من السائل ويرتفع الضغط في الخزان. ولذلك يجب ترك فراغ بخار يستوعب هذا التمدد. ويُحدَّد الحد الأقصى للتعبئة قبل كل عملية بناءً على تصميم الصهريج ولوائح النقل، ويُدخَل في نظام التحكم بالتعبئة كقيمة مسبقة.

ذراع تعبئة أم خرطوم مبرّد؟

يعتمد الاختيار على مواضع وصلات الصهريج ومعدل التعبئة وتخطيط الرصيف وراحة المشغّل. فالخراطيم المبرّدة مرنة لكنها تحتاج إلى فحص منتظم بسبب تغيّر الطول والدورات الحرارية بين الحالتين الباردة والدافئة، بينما توفّر الأذرع هندسة ثابتة. وفي الحالتين يجب أن يكون ترتيب الفصل الطارئ والتكامل مع نظام ESD جزءًا من التصميم.