انتقال گاز به روش ال-ان-جي lng

[faridbensaeed]

انتقال گاز به روش LNG
يكي از راه‌هاي جايگزين خطوط لوله براي انتقال گاز، انتقال گاز به صورت LNG‌ است. سه گزينه براي انتقال LNG محتمل است:
· حمل و نقل جاده‌اي
· خطوط لوله LNG
· حمل و نقل دريايي
حمل و نقل جاده‌اي
مايعات تبريدي، مانند هليم مايع، هيدروژن مايع، نيتروژن مايع و اكسيژن مايع، به صورت عادي با كاميون‌ها انتقال داده مي‌شوند. به همين خاطر، حمل و نقل جاده‌اي LNG به همين ترتيب فرايند ساده و رو به پيشرفتي است كه نياز به تكنولوژي جديد ندارد. مصرف‌كننده‌هاي اصلي LNG حمل شده توسط كاميون، ايستگاه‌هاي سوخت‌گيري خودروها و تجهيزات محلي نيازمند سوخت هستند كه به شبكه ملي خطوط لوله گاز طبيعي وصل نيستند.
خطوط لوله LNG
مفاهيم انتقال LNG‌ در خط لوله در فواصل زياد در اوايل دهه 70 مورد بررسي قرار گرفت. پمپ كردن مايع به جاي فشرده‌سازي گاز، اين مفهوم را جذاب مي‌كرد. مطالعات تفضيلي خطوط لوله LNG نشان مي‌داد كه سردسازي در مسير، اغلب براي جداسازي حرارتي است كه توسط اتلاف استحكاكي به وجود مي‌آيد. انتقال LNG‌ در خط لوله معمولا در مناطق مشخصي در فواصل كمتر از 320 كيلومتر از نظر اقتصادي ممكن است.

حمل و نقل دريايي
اولين كشتي حمل LNG از درياچه چارلز در لويزانا به سمت انگلستان با 5000 متر مكعب LNG‌ در سال 1959 حركت كرد. تا پايان سال 2006 حدود 206 كشتي حمل LNG وجود داشت. در حال حاضر بزرگ‌ترين حمل‌كننده‌هاي LNG حدود 165000 متر مكعب ظرفيت دارند و حتي در نظر است كه كشتي‌هايي با ظرفيت 200000 تا 250000 متر مكعب ساخته شود. با اندكي صرفه‌جويي كه با افزايش ظرفيت كشتي‌ها به وجود مي‌آيد، كاهش هزينه‌هاي حمل و نقل باعث شده كه تمايل به ساخت كشتي‌هاي بزرگ‌تر، بيشتر شود.به طور خلاصه چند مورد مهم از ملاحظات مربوط به طراحي كشتي‌هاي حمل LNG در ادامه خواهد آمد.
· چگالي پايين LNG‌ و نياز به جدا كردن آب حفظ كننده تعادل باعث شده كه كشتي بدنه بزرگي با عمق كمتري در آب و بدنه بالاتر از آب بيشتر داشته باشد.
· دماي پايين LNG نيازمند به به كارگيري آلياژهاي خاص و گران در ساختمان مخزن است. براي مخازني كه محافظ ديگري ندارند، تنها آلومينيوم و يا آلياژ فولاد با 9% نيكل مناسب هستند، و همچنين براي تانك‌هاي غشايي، فولاد ضد زنگ و يا اينوار[1] مورد استفاده قرار مي‌گيرد.
· چرخه گرمايي بزرگ محتمل در مخازن ذخيره‌سازي نيازمند تجهيزات پشتيباني براي مخازن بدون محافظ و انعطاف‌پذيري غشا در طراحي‌هاي غشايي است.
· بدنه محفظه‌ها از فولاد كربن‌دار است، به همين خاطر نياز است كه عايق‌كاري حرارتي خوبي بين مخزن و بدنه انجام گيرد. به علاوه، براي مخازن غشايي، عايق‌كاري بايد قادر به پشتيباني از وزن كل محموله باشد.
· تجهيزات بارگيري محموله بايد بسيار با دقت طراحي شوند و انبساط و انقباض حرارتي بايد مورد محاسبه قرار گيرند.
به كارگيري اين اصول براي طراحي حمل‌كننده‌هاي LNG باعث به وجود آمدن چندين شيوه در نگه‌داري LNG شده است، اما اكنون تنها سه سيستم مورد استفاده قرار مي‌گيرند و آنها را مي‌توان در دو گروه مخازن مستقل و مخازن غشايي قرار داد. هر دو گروه مخازن در حال حاضر مورد استفاده قرار مي‌گيرند، حدود نيمي از كشتي‌ها مخازن مستقل و نيمي ديگر مخازن غشايي را به كار گرفته‌اند.
مخازن مستقل
مخازن مستقل خود پشتيبان هستند، قسمتي از بدنه كشتي را تشكيل نمي‌دهند و نياز حياتي به بدنه مقاوم كشتي ندارند. سيستم اصلي مورد استفاده كنوني سيستم ماس است كه توسط ماس روزنبرگ طراحي شده است. در اين سيستم از مخازن كروي آلومينيومي استفاده شده است. 4 مخزن آلومينيومي در محفظه‌هاي خود قرار مي‌گيرند و در مجموع مي‌توانند 125000 متر مكعب LNG را ذخيره‌سازي كنند. اين مخازن در سطح خارجي خود با عايقي شامل رزين فنول و فوم پلي‌يورتان عايق‌كاري شده‌اند و براي نرخ تبخير گاز 15/0% در روز طراحي شده‌اند.
مخازن غشايي
مخازن غشايي خودپشتيبان نبوده و از يك غشاي نازك فلزي فولاد ضد زنگ و يا اينوار تشكيل شده‌اند. اين مخازن توسط بدنه كشتي و يك عايق‌كاري حرارتي محافظت مي‌شوند. هم اكنون، غشاي اينوار مقبوليت بيشتري نسبت به غشاي فولاد ضد زنگ دارد. مقبوليت اينوار به دليل ضريب انتقال حرارت كم آن در محدوده‌هاي عملياتي مخازن است كه اين محدوده دمايي بين 162- تا 82 درجه سانتيگراد است.

تبديل دوباره LNG به گازو بهره برداري
تبديل دوباره LNG ذخيره شده به گاز قدم نهايي در عمليات پيك‌سايي و تجهيزات ترمينال‌هاي تخليه از كشتي‌ها است. تبديل دوباره به گاز يا تبخير كردن با اضافه كردن حرارت از هواي محيط، آب محيط و يا تبخير كننده‌هاي حرارت كامل يا حرارت از راه دور انجام مي‌شود. هزينه‌هاي سيستم‌هاي تبديل دوباره به گاز در كل بخش كوچكي از هزينه‌هاي كلي پلنت‌هاي ذخيره‌سازي را تشكيل مي‌دهد. با اين حال، قابليت اطمينان اين سيستم‌ها بسيار مهم است، زيرا عيب و يا از كار افتادن اين سيستم‌ها، هدف كلي تجهيزات را ناقص مي‌كند. اگر LNG را متان خالص در نظر بگيريم، انرژي مورد نياز براي تبديل مايع به گاز تقريبا 40% ارزش حرارتي ناخالص است.
قسمت تبديل به گاز پلنت پيك‌سايي تنها براي چند روز عمليات در سال طراحي شده است تا كمبودهاي ناشي از پيك‌هاي مصرف را جبران كند. براي كسب قابليت اعتماد كافي، ظرفيت كلي كه به خطوط لوله فرستاده مي‌شود ممكن است به چندين سيستم موازي مستقل تقسيم شود، كه هر كدام توانايي اداره كردن تمام و يا قسمت قابل توجهي از كل تقاضا را دارند.
طراحي‌ قسمت تبديل به گاز براي ترمينال‌هاي تخليه شبيه به پلنت‌هاي پيك‌سايي است، اما ظرفيت اين تجهيزات بسيار بالاتر است، و بخش‌هاي يدكي بيشتري از تجهيزات ممكن است براي كسب قابليت اطمينان مورد نياز باشد. مايع از مخزن به تبخير كننده پمپ مي‌شود. فشار خروجي پمپ بايد به اندازه كافي بالا باشد تا فشار مطلوب گاز براي ورود به سيستم انتقال و توزيع فراهم شود. براي تبخير LNG پرفشار و تبديل LNG‌ به گاز فوق گرم، حرارت اضافه مي‌شود. گازي كه تبخير كننده را ترك مي‌كند، بايد بودار شود زيرا ممكن است در فرايند مايع‌سازي مواد بودار از گاز حذف شده باشند.
بهره‌برداري سرما
يك مشخصه قابل توجه صنعت LNG اتلاف مقادير بزرگي از پتانسيل سردسازي موجود (حدود 40% ارزش حرارتي ناخالص) است. به همين منظور، مشكل بهره‌برداري از سرماي توليد شده از تبخير LNG در طول اين سال‌ها بررسي شده، اما استفاده اقتصادي ماندگار از اين منبع بسيار سخت بوده است. دو شيوه براي بهره‌برداري از سرماي تبخير LNG مورد استفاده قرار گرفته‌اند به شرح زير است:
· استخراج گار از چرخه نيرو كه از سرماي LNG به عنوان منبع گرما استفاده مي‌كند.
· استفاده از LNG به عنوان منبع سرما براي فرايند سردسازي
تنها 4 مورد از 100 مورد از تجهيزات بزرگ تبديل به گاز، از سرماي LNG استفاده مي‌كنند كه موارد زير هستند:
· تجهيزات تحويل LNG در بارسلون اسپانيا كه از فرايند تبريدي LNG براي بازيابي هيدروكربن‌ها از LNG ليبي استفاده مي‌كند.
· يكي از تجهيزات تحويل در اسپتزيا ايتاليا
· يك مورد از تجهيزات ژاپني كه اكسيژن و نيتروژن مايع توليد مي‌كند و همچنين از اين سرما براي سردسازي انبارهاي مواد غذايي منجمد استفاده مي‌كند.
· يك پلنت جداسازي هوا به كمك LNG در فرانسه
افزايش توليد LNG در دهه‌هاي آينده، محرك خوبي براي استفاده از اين سرماي در دسترس است.

ملاحظات اقتصادي
در يك گزارش از موسسه اطلاعات انرژي، جديدترين اطلاعات در مورد هزينه‌هاي LNG بررسي شده است. چهار مرحله در مسير تحويل گاز به مشتري وجود دارد. اين چهار قسمت عبارتند از:
· توليد گاز – انتقال گاز از چاه گاز تا پلنت LNG (به علاوه فرآورش‌هاي مورد نياز) كه حدود 15 تا 20% هزينه‌هاي كلي را تشكيل مي‌دهد.
· پلنت گاز – تصفيه، مايع‌سازي، بازيابي NGL، ذخيره‌سازي و بارگيري LNG كه حدود 30 تا 45% هزينه‌هاي كلي را تشكيل مي‌دهد.
· حمل LNG با كشتي – هزينه ناوگان كشتيراني حدود 10 تا 30% هزينه‌هاي كل را شامل مي‌شود.
· ترمينال‌هاي تحويل – تخليه، ذخيره‌سازي، تبديل دوباره به گاز و توزيع كه حدود 15 تا 25% هزينه‌هاي كلي را تشكيل مي‌دهد.

جدول كاهش هزينه‌هاي پروژه‌هاي LNG بر حسب دلار بر ميليون BTU

تخمین هزینه‌ها در اوایل دهه 1990
تخمین هزینه‌ها در اوایل دهه 2000
هزینه‌های توسعه بالادستی
5/0 – 8/0
5/0 – 8/0
مایع‌سازی
3/1 – 4/1
0/1 – 1/1
حمل و نقل با کشتی
2/1 – 3/1
9/0 – 0/1
تبدیل به گاز
5/0 – 6/0
4/0 – 5/0
هزینه کل
5/3 – 1/4
8/2 – 4/3

شكل اثر متغيرهاي گوناگون روي شرايط اقتصادي تأسيسات LNG را نشان مي‌دهد. تجهيزات مايع‌سازي گاز و هزينه نصب مهمترين پارامتر در اين مسئله هستند. براي ايجاد تأسيساتي كه 4 ميليون تن در سال توليد داشته باشد نيازمند 5/1-1 ميليون دلار سرمايه‌گذاري هستيم. كشتي‌هاي حمل LNG تنها راه اقتصادي براي حمل گاز طبيعي از طريق دريا هستند. اين كشتي‌ها توانايي حمل مقدار زيادي از گاز را در مسافت‌هاي طولاني دارند ولي هزينه بالاي واحدهاي مايع‌سازي و تأسيسات جانبي آن، LNG را براي بسياري از بازارها گران درمي‌آورد. معمولاً در هر جايي كه گاز كشف مي‌شود در نزديك همان محل مصرف مي‌شود ولي هزينه بالاي مايع‌سازي آن از انتقال آن به مناطق دور دست جلوگيري مي‌كند لذا در بسياري از مواقع گاز به دليل اقتصادي نبودن انتقال آن در جاي خود باقي مي‌ماند.

ملاحظات ايمني و محيط زيست

تفاوت اصلي بين ايمني در تجهيزات LNG در مقايسه با پلنت‌هاي معمولي گاز در مقدار معادل بيشتر گاز در كشتي‌ها و در مخازن ذخيره‌سازي است. در ابتدا ما به دو بخش مربوط به كشتي‌ها مي‌پردازيم و سپس انگشت روي مجادله‌هايي خواهيم گذاشت كه پيرامون ترمينال‌هاي جديد احتمالي است.ايمني بخشي از انتقال دريايي LNG است كه اهميت بسيار زيادي به آن داده شده است. علاوه بر مشكلات معمول در مديريت مقادير بسيار بزرگ مواد اشتعال‌پذير، دو مشكل ايمني مختص به LNG‌ است و هر دو به دليل دماي بسيار پايين اين محصول است.
مشكل اول مربوط به مواد ساختمان تجهيزات نگه‌داري LNG است. مواد مربوط به مخازن و تجهيزات نگه‌داري مخازن به دليل مشكلات انبساط و انقباض حرارتي در مسير چرخه حرارتي عادي اين تجهيزات، بايد با احتياط انتخاب شود. خيلي از مواد، به طور خاص كربن استيل به طور خطرناكي در دماهاي پايين شكننده مي‌شود و براي كاربردهاي معمولي غير قابل استفاده مي‌شود. اين مشكل در حمل‌كننده‌هاي بزرگ‌تر و جديدتر LNG حل شده است. بر طبق آمار، بيش از 33000 سفر دريايي حمل‌كننده‌هاي LNG در طول 40 سال گذشته بدون حادثه مهمي انجام شده است.
مشكل دوم كه به موج شوك فشار آب- LNG شناخته مي‌شود ممكن است هنگامي كه مقادير زيادي LNG به سرعت در آب دريا تخليه شود به وجود مي‌آيد، كه اين مشكل در حوادث كشتيراني به وجود مي‌آيد. توجه زيادي به اين پديده شده است زيرا شكل منحصر به فردي دارد. در طي اين حادثه، جوش آمدن سريع كه به دليل اختلاف دماي بسيار زيادي بين LNG و آب اتفاق مي‌افتد، مشكلات بسيار زيادي را به وجود مي‌آورد.
مطلوب‌ترين مكان‌ها براي برپايي تجهيزات تحويل LNG مكان‌هايي با تراكم جمعيتي بالا است، تا هزينه‌هاي لوله‌كشي مينيمم شود. با اين حال، تركيب در نظر گرفتن تهديدات تروريستي و مسئولاني كه خواستار هيچ‌گونه تجهيزاتي در نزديك مكان‌هاي داخلي خود نيستند باعث كاهش به كارگيري اين تجهيزات در نزديكي اين مكان‌ها شده است. گزينه جايگزين براي اين موضوع قرار دادن تجهيزات تحويل LNG در دريا است.
براي رسيدن به تقاضاهاي انرژي و واردات LNG، مردم در همينه زمينه‌ها بايد با يكديگر فعاليت كنند تا ريسك‌هاي صحيح مشخص شده و تصميم‌گيري شود كه آيا اين منبع انرژي ارزش ريسك كردن را دارد يا خير.

[1] Invar - alloy of iron (64% iron, 36% nickel)