CC BY
166УДК 621.592
Беляев В.А. студент,
кафедра «Трубопроводный транспорт», ФГБОУ ВО «Самарский государственный технический университет»,
Самара Belyaev V.A. Student,
Department of "Pipeline Transport", FSBEI HE "Samara State Technical University",
Samara,
E-mail: vb13041992@mail.ru
Особенности оборудования, применяемого на заводе «Ямал СПГ» Features of the equipment used at the Yamal LNG plant
Аннотация: В статье приведены особенности технологии и оборудования природного газа на заводе «Ямал СПГ», описан технологический процесс, выявлены основные преимущества применения данной технологии.
Abstract: The article presents the features of the technology and equipment for natural gas liquefaction at the Yamal LNG plant, describes the technological process, and identifies the main advantages of using this technology.
Ключевые слова: СПГ; природный газ; сжиженный природный газ, производство
СПГ.
Keywords: LNG; natural gas; liquefied natural gas; LNG production.
«Ямал СПГ» — один из двух крупнотоннажных заводов по производству сжиженного природного газа (СПГ) существующих в России. Данный промышленный комплекс построен в условиях вечной мерзлоты на севере Ямало-Ненецкого автономного округа на полуострове Ямал вблизи поселка Сабетта и базируется на Южно-Тамбейском месторождении (ГКМ).
Для расширения границ экспорта продукта, добываемый природный газ планировалось поставлять на международный рынок в форме СПГ. СПГ -природный газ, охлажденный до температуры минус 160°С. В процессе охлаждения объем газа уменьшается примерно в 600 раз, помимо этого очищенный газ не самовоспламеняется и не взрывается, что позволяет применять для межконтинентальной транспортировки морские суда. Именно поэтому целью строительства завода на базе Южно-Тамбейского месторождения стало производство сжиженного природного газа. Первая технологическая линия запущена в 2017 году. К 2021 году построено 4 линии три из них производительностью 5,5 млн тонн СПГ в год каждая и четвертая 0,9 млн тонн СПГ в год. Производительность завода по проекту составляет 16,5 млн тонн СПГ в год, до 1,2 млн тонн в год - газового конденсата.
Первые три технологические линии (производительность каждой 5,5 млн тонн СПГ в год) построены с использованием технологии сжижения СПГ AP-C3MR. Так же компания Air Products осуществила поставку трех главных теплообменников, которые предусматривают применение хладагента предварительного охлаждения в процессе сжижения газа.
Рисунок 1 — Технологическая схема производственной линии (1,2 и 3)
завода Ямал СПГ
Технология АР-С3МК включает в себя два этапа охлаждения природного газа: на первом этапе происходит охлаждение газа в трех теплообменниках с
применением независимого парокомпрессионного цикла на пропане (ТО-1, ТО-2, ТО-3), а также охлаждение пропаном смеси хладагентов в двух соседних теплообменниках, на втором - охлаждение природного газа до более низких температур в двузонном многосекционном теплообменнике с использованием цикла на смеси ранее охлажденных хладагентов (СХА) (ТО-4) (Рис. 1).
Углеводородная смесь поступает со скважин на единый интегрированный комплекс подготовки и сжижения природного газа. Затем происходит сепарация на входных сооружениях, а именно отделение от газа механических примесей, газового конденсата, воды, метанола. В состав входных сооружений входят установки регенерации метанола и стабилизации конденсата. Отсепарированный газ поступает на технологические линии сжижения и последовательно проходит очистку от кислых газов и следов метанола, осушку и удаление ртути, извлечение фракций этана, пропана и более тяжелых углеводородов. После чего очищенный газ поступает на предварительное охлаждение и сжижение по технологии Air Products. Готовый СПГ подается на хранение в криогенные резервуары.
Однако несмотря на популярность данной технологии среди производителей СПГ, она имеет существенный недостаток при применении в условиях Арктики, как это выяснилось в процессе эксплуатации. AP-C3MR разработана для экваториального климата, где отвод тепла совершается в диапазоне температур от +45°С до -34°С, в то время как в арктическом климате это диапазон с +10°С и ниже. Таким образом технология не использует холод окружающей природной среды в полной мере, и основная производственная мощность уходит на сжатие смешанного хладагента.
В 2018 основной акционер Ямал СПГ ПАО «НОВАТЕК» запатентовал новую российскую технологию сжижения природного газа «Арктический каскад», главной особенностью которой является обеспечение высокой энергоэффективности за счет максимального использования климатических условий, процесс сжижения предусматривает два этапа.
Четвертая технологическая линия завода, запущенная в 2021 году по технологии «Арктический каскад», стала экспериментальной. Как и положено опытно-промышленному образцу линия была построена с производительность всего 0,9 млн тонн СПГ в год. Такой мощности должно хватить для проверки технологии на практике и возможности ее дальнейшего внедрения.
Теплообменный аппарат для завода «Ямал СПГ» изготовлен на промышленном предприятии «ЗиО-Подольск» по заказу ПАО «НОВАТЕК». Использование оборудования российского производства — еще одна немаловажная особенность завода. Испаритель этана стал частью комплекса сжижения природного газа. В качестве хладагентов используются только холодный арктический воздух, этан, отделяемый от природного газа в процессе, и азот.
Рисунок 2 — Технологическая схема производственной линии 4 завода
Ямал СПГ
1 - газотурбинный двигатель; 2 - компрессор природного газа; 3 - компрессоры азота;
4 - компрессор этана; 5 - аппарат воздушного охлаждения природного газа; 6 - мультипликатор с распределением мощности на все компрессоры; 7 - испарители этана; 8 - теплообменники азот-азот; 9 - концевой многопоточный теплообменник переохлаждения; 10 - турбокомпрессор детандер-компрессорного агрегата; 11 - концевой сепаратор; 12 - насос; 13 - аппарат воздушного охлаждения этана; 14 - аппарат воздушного охлаждения азота; 15 - компрессор отпарного газа.
Природный газ, прошедший предварительную подготовку (очищение от углекислого газа, воды и других загрязняющих примесей) поступает в компрессор 2 (Рис. 2), компримируется до необходимого давления, охлаждается за счет холода окружающей среды в аппарате 5 и подается в испарители этана 7 для предварительного охлаждения. Затем газ с температурой примерно -84°С поступает в теплообменник 9, в котором переохлаждается азотом и отпарным газом до температуры примерно -137°С. После этого давление газа сбрасывается на дросселе до 1,5 атмосфер, температура понижается до -157 °С, далее газожидкостный поток поступает в сепаратор 11. Из сепаратора СПГ перекачивается насосом 12 в резервуары хранения, а несжиженная часть газа - в концевой теплообменник 9, отдает холод сжимаемому потоку газа, сжимается компрессором 15 до давления 30 атмосфер. Часть отпарного газа направляется в топливную сеть завода, а часть поступает на рецикл в начало процесса сжижения [2].
В первом контуре охлаждения хладагент - этан. Этан в газообразном состоянии после испарителей 7, имея различное давление, дожимается до давления 3 МПа в многоступенчатом компрессоре 4, а затем конденсируется в аппаратах воздушного охлаждения 13 при +10°С и ниже. В предварительном контуре охлаждения хладагентом является этан. Газообразный этан от испарителей 7 с различным давлением поступает на многоступенчатый компрессор 4 (компрессоры), дожимается до давления 3 МПа и конденсируется в аппаратах 13 воздушного охлаждения при температуре +10°С и ниже. Жидкий этан направляется обратно в испарители 7, в которых на различных уровнях давления азот охлаждает газ до температуры порядка -84 °С. Данный процесс цикличен.
После компрессоров 3 азот с давлением около 10 МПа проходит аппараты воздушного охлаждения 3, поступает попеременно в испарители 7 и теплообменники азот-азот 8, охладившись обратным потоком азота и в этановых испарителях 7 до -84°С подается на детандер, в качестве нагрузки которого в детандер-компрессорном агрегате 10 служит дожимной компрессор
отпарного газа 15. В детандере давление азота понижается до 2,6 Мпа, а температура - до -140°С. Азот поступает в теплообменник 9, отдав холод потоку сжимаемого газа, проходит теплообменники 8, поступает на компрессор детандер-компрессорного агрегата 10, где давление снижается до 6 МПа, после чего азот направляется на вход компрессора 3, дожимается до 10 Мпа и направляется в цикл [2].
Технологическая схема работает при температурном диапазоне +5°С и ниже. В летний период, когда температура достигает максимальных плюсовых температур, для охлаждения этана используют воды моря, температура которых не поднимается выше 0°С.
В результате применения данной технологии, работающей с использованием комплектующих деталей российского производства упрощен технологический процесс, снижены капитальные затраты на оборудование, а также энергетические затраты, которые составляют всего 220 кВТ/т СПГ, обеспечена стабильная работа при изменении параметров процесса сжижения газа.
Помимо этого в связи с тем, что в технологии «Арктический каскад» в предварительном контуре хладогент - чистый этан, а не смешанный хладагент (СХА), появилась возможность использования простых испарителей вместо сложных многопоточных теплообменников, что расширяет список предприятий, которые способны изготовить нужное оборудование. Подобная локализация производства внутри страны обеспечит развитие технологической базы для СПГ-проектов в России.
Список литературы
1. Статья «Российские производства по сжижению природного газа», Коммуникационное агентство Neftegaz.RU, 11 октября 2019.
2. Описание изобретения к патенту «Способ сжижения природного газа по циклу высокого давления с предохлаждением этаном и переохлаждением азотом «Арктический каскад» и
установка для его осуществления», Коммуникационное агентство Neftegaz.RU, 30 сентября 2021 г. Федеральная служба по интеллектуальной собственности, 16 марта 2017.
