Системы возврата паров на терминалах СПГ

При наливе сжиженного природного газа (СПГ) в автоцистерну линия возврата паров отводит на сторону хранения пары, вытесняемые поступающей жидкостью, а также пары, образующиеся при захолаживании цистерны. Благодаря отдельному паровому соединению давление в цистерне остаётся управляемым, а налив идёт без сброса газа в атмосферу. Обратная сторона проявляется на самом объекте: возвращённые пары повышают давление в резервуаре хранения и увеличивают нагрузку на систему отпарного газа (BOG). Кроме того, это природный газ с энергетической ценностью, и в зависимости от способа определения отпущенного количества его приходится учитывать в коммерческих расчётах.

Технология налива в целом описана на странице о системах налива СПГ в автоцистерны, а измерение непрерывно образующегося отпарного газа — на странице о системах измерения BOG. Здесь речь идёт о самой паровой линии, о балансе давлений и о том, что возвращённые пары означают для системы BOG и для коммерческого учёта.

Возврат паров, рекуперация паров и управление BOG — разные задачи

Эти понятия нередко смешивают, хотя каждое решает свою проблему:

На нефтебазе собранные пары направляются в установку переработки ради снижения выбросов и в учёте количества не участвуют. У СПГ возвращённые пары — это товарный природный газ: попав на объект, он поступает в систему BOG и напрямую расходует её производительность. Поэтому линию возврата паров СПГ проектируют как часть технологической и измерительной системы, а не как природоохранное оборудование.

Откуда берутся возвращаемые пары

·         Вытеснение объёма: жидкость, поступающая в цистерну, выталкивает равный объём паров.

·         Охлаждение внутреннего сосуда: если стенка теплее СПГ, часть поступающей жидкости вскипает при контакте с ней.

·         Захолаживание трубопроводов и стояка: пары, образующиеся в тёплых соединениях в начале налива, также уходят в паровую линию.

Следовательно, количество возвращённых паров не пропорционально просто налитому объёму. Цистерна, пришедшая после длительного рейса с прогретым внутренним сосудом, в первые минуты налива даёт заметно больший пик паров, чем цистерна, прибывшая холодной. Паровую линию и систему BOG проверяют и на этот пиковый режим.

Баланс давлений и производительность налива

Если парам некуда уходить, давление в цистерне растёт, и налив приходится замедлять или останавливать. Потери давления в паровой линии задают перепад между цистерной и резервуаром хранения и тем самым ограничивают достижимую скорость налива. Диаметр линии, размер рукава или стояка и арматура на линии подбираются так, чтобы при целевой производительности этот перепад оставался приемлемым. На стороне хранения стоит отдельно убедиться, что компрессор BOG или другие направления отвода газа справятся с дополнительной нагрузкой в часы налива.

В ряде малотоннажных применений цистерну можно заполнять без паровой линии — верхним распылом, когда поступающая жидкость конденсирует паровое пространство. Возможность такого режима зависит от оснащения цистерны, её начальной температуры и порядка работы, поэтому отказываться от линии возврата паров до определения типов обслуживаемых цистерн не следует.

Что учитывают при проектировании холодной паровой линии

·         Материалы и изоляция: температура возвращаемых паров может быть близка к температуре кипения; трубы и уплотнения выбирают под неё, а изоляция ограничивает теплоприток и обмерзание наружной поверхности.

·         Расчёт пропускной способности: пиковый расход паров при захолаживании и целевая скорость налива рассматриваются вместе.

·         Отсечение и безопасность: паровая линия, как и жидкостная, защищается отсечным клапаном аварийного останова (ESD / ПАЗ) и разрывной муфтой со стороны цистерны; подробности — на странице о криогенных системах аварийного останова.

·         Контроль давления: давление со стороны цистерны и резервуара используется для управления скоростью налива и разрешающими сигналами.

·         Продувка и инертизация: продувка рукава или стояка азотом до и после подсоединения, отвод дренажей в безопасный коллектор.

·         Точка врезки: подключать ли линию к паровому пространству резервуара или к коллектору BOG, решают вместе со схемой регулирования давления в резервуаре.

Пары СПГ при температуре кипения сначала тяжелее воздуха и поднимаются лишь по мере нагрева. Поэтому направлению дренажей и сбросов предохранительных клапанов паровой линии при компоновке уделяют отдельное внимание.

Возвращённые пары в коммерческом учёте

Вместе с парами из цистерны в хранилище возвращается энергия. Рекомендация законодательной метрологии OIML R 117-1:2019 для измерительных систем СПГ запрещает соединение паровых пространств отпускающей и принимающей ёмкостей, если возвращённые пары не измеряются и не вычитаются из отпущенного количества; точность такого измерения паров должна быть лучше 20 %. Проще говоря, в системе налива с коммерческим учётом по счётчику паровая линия либо оснащается измерением, либо не устанавливается. Отраслевой справочник по коммерческому учёту СПГ также указывает, что в энергетическом балансе перекачки учитывается газ, возвращённый другой стороне.

Если количество определяется взвешиванием на автомобильных весах, масса возвращённых паров отражается в разнице взвешиваний. При расчётах по энергии договор устанавливает, как определяется доля возвращённого газа. Эти вопросы подробнее разобраны на странице о системах коммерческого учёта СПГ.

Чем отличается возврат паров СУГ

Сжиженный углеводородный газ (СУГ) хранится жидким под давлением при температуре окружающей среды: там уравнительная линия связывает два сосуда под давлением, а возвращаемые пары имеют температуру окружающей среды. СПГ хранится при давлении, близком к атмосферному, и криогенной температуре. Его пары холодные, требуют соответствующих материалов и изоляции и на объекте напрямую поступают в систему BOG. В обоих случаях при наличии парового соединения нужно определить, как возвращённые пары учитываются коммерчески, но конструкция линии и влияние на объект различаются.

За пределами автоцистерн

Европейский стандарт EN 1473 по проектированию береговых установок СПГ относит к границам установки соединения для автоцистерн и железнодорожных цистерн с возвратом паров, а также манифольд судна. Береговые морские наливные стояки для СПГ сегодня охватывает EN ISO 16904, заменивший отменённый EN 1474-1, а при учёте грузов на борту газовозов наряду с объёмом жидкости учитывается и объём паров. Эта страница посвящена автоцистернам.

Роль TLY Enerji

TLY Enerji выполняет проектирование систем, поставку приборов и арматуры, инжиниринг, монтаж, пусконаладку и техническое обслуживание для объектов налива и слива СПГ в автоцистерны. Применительно к паровой линии это может включать подбор датчиков давления и температуры, отсечных клапанов ESD и, при необходимости, узла измерения возвращённых паров, их интеграцию в систему управления и ввод в эксплуатацию на объекте. Границы поставки определяются в каждом проекте по техническому заданию.

Исходные данные для оценки паровой линии

·         Типы обслуживаемых цистерн и наличие у них парового патрубка

·         Целевая производительность налива и число одновременных наливов

·         Типичное состояние цистерн по прибытии: холодные или частично прогретые

·         Диапазон рабочего давления резервуара и текущая производительность системы BOG

·         Предполагаемая точка врезки и трасса паровой линии

·         Способ определения количества и порядок учёта возвращённых паров по договору

·         Азотное хозяйство, сбросные коллекторы и интерфейс с системой ESD

Связанные страницы

·         Системы измерения отпарного газа (BOG): Измерение в системе BOG, куда поступают возвращённые пары.

·         Налив СПГ в автоцистерны: Технология налива, частью которой является возврат паров.

·         Возврат паровой фазы СУГ: Уравнительная линия для газа под давлением при температуре окружающей среды.

·         Рекуперация и возврат паров растворителей: Чем отличается рекуперация паров ради снижения выбросов.

·         Коммерческий учёт СПГ: Место возвращённого газа в расчётах по энергии.

Вопросы о возврате паров СПГ

Можно ли считать линию возврата паров установкой рекуперации?

Нет. Линия возврата паров лишь выравнивает давление: по замкнутому соединению она возвращает вытесненные пары на сторону отпуска и никак их не перерабатывает. Установка рекуперации паров улавливает пары, собранные при наливе бензина или растворителей, например адсорбцией или конденсацией, чтобы сократить выбросы. На терминале СПГ возвращённые пары — природный газ, который поступает в систему BOG, поэтому здесь речь идёт об управлении BOG.

Обязательно ли измерять возвращённые пары?

Это зависит от цели измерения. В системах налива СПГ с коммерческим учётом по счётчику при наличии парового соединения возвращённые пары нужно измерять и вычитать из отпущенного количества. При взвешивании на весах их масса отражается в разнице взвешиваний, а учёт в энергетическом расчёте определяется договором. С технологической точки зрения знание расхода возвращённых паров помогает управлять нагрузкой на систему BOG.

Куда подключать паровую линию: к резервуару или к коллектору BOG?

Применяются оба варианта. Подключение к паровому пространству резервуара даёт простой баланс давлений, но весь возвращённый газ повышает давление в резервуаре. Подключение к коллектору BOG направляет пары прямо к компрессорам или другим потребителям BOG, однако коллектор и компрессор должны выдержать дополнительную нагрузку во время налива. Решение принимают с учётом регулирования давления в резервуаре, производительности BOG и числа одновременных наливов.

Как прогретая цистерна влияет на налив?

СПГ, поступающий в прогретый внутренний сосуд, частично вскипает при контакте со стенкой. В начале налива это резко увеличивает поток паров в линию возврата и быстро поднимает давление в цистерне, поэтому на этом этапе скорость налива обычно снижают. Объект, рассчитанный только на холодные цистерны, может не справиться с дополнительной нагрузкой на систему BOG.