Proceso de la terminal receptora de GNL
Al llegar un buque de transporte de GNL, el GNL se transfiere a los tanques de almacenamiento a través de bombas de descarga del buque, brazos de fase líquida del buque y tuberías de descarga. El gas evaporado (BOG) generado durante la descarga se devuelve parcialmente a los tanques de carga del buque de GNL para equilibrar la presión dentro de los tanques. Otra parte del BOG se comprime mediante compresores de BOG y luego se condensa en un recondensador. El BOG condensado, junto con el GNL saliente, se bombea mediante bombas de descarga de alta presión al vaporizador para su regasificación.
El vaporizador convierte el GNL en gas natural gaseoso. A continuación, el gas natural se regula a presión y se mide antes de enviarlo a la red de tuberías de transmisión. Además, también es posible comprimir directamente el BOG a la presión de salida de la tubería mediante compresores de refuerzo, evitando así el proceso de regasificación.
El sistema de regasificación/transmisión de GNL comprende bombas de líquido sumergidas dentro del tanque de almacenamiento de GNL, un recondensador, bombas de descarga de alta/baja presión ubicadas fuera del tanque, un vaporizador e instalaciones de medición.
En condiciones normales de funcionamiento, solo se utiliza el vaporizador de rejilla abierta (ORV) o el vaporizador de contención completa integrado (IFV). Sin embargo, durante el mantenimiento o la reducción de picos de emergencia, se puede utilizar en paralelo el vaporizador de combustión sumergida (SCV).
Clasificación de los vaporizadores de GNL
Los vaporizadores son equipos cruciales en las terminales de recepción de GNL y sus diseños estructurales varían según la fuente de calor que utilizan.
1. Según la tasa de utilización, los vaporizadores se pueden clasificar en vaporizadores de carga base y vaporizadores de afeitado de picos.
2. Según el tipo de fuente de calor, los vaporizadores se pueden clasificar como vaporizadores ambientales (que utilizan fuentes como aire atmosférico, agua de mar o agua geotérmica), vaporizadores de proceso (que utilizan calor de procesos térmicos o químicos) y vaporizadores de encendido directo (que utilizan calor generado por la combustión de combustible).
Tipos comunes de vaporizadores de GNL que se encuentran en las terminales receptoras
Vaporizador de aire ambiental (AAV)
Vaporizador de fluido intermedio (IFV)
Vaporizador de rejilla abierta (ORV)
Vaporizador de combustión sumergida (SCV)
(1) Vaporizador de aire ambiental (AAV)
ElVaporizador de aire ambientalUtiliza el aire atmosférico como fuente de calor para vaporizar GNL.El AAV se caracteriza por su estructura sencilla y sus bajos costes de funcionamiento. Puede utilizar de forma independiente el aire ambiente como fuente de calor, evitando por completo las emisiones de contaminantes y el ruido. Además, puede recoger agua condensada y agua derretida para su uso en producción o doméstico.
Sin embargo, el AAV tiene algunas desventajas. Por ejemplo, en temperaturas ambiente bajas, se necesita un calentador adicional para complementar el calor. También es necesario descongelar regularmente para evitar la formación de hielo en la superficie de los conductos del vaporizador.
Debido al consumo de energía relativamente bajo del calentamiento del aire, el AAV solo es adecuado para sistemas con escalas de instalación más pequeñas y menores requisitos de vaporización de GNL.
(2) Vaporizador de fluido intermedio (IFV)
El IFV utiliza un fluido de transferencia de calor intermedio para mitigar los efectos de la formación de hielo. Los fluidos intermedios más comunes que se utilizan son el propano, el isobutano, el freón y el amoníaco.
En aplicaciones prácticas, este vaporizador funciona en dos etapas. La primera etapa implica el intercambio de calor entre el GNL y el fluido intermedio, mientras que la segunda etapa implica el intercambio de calor entre el fluido intermedio y el fluido fuente de calor.
El IFV ocupa poco espacio y puede proporcionar tasas de vaporización estables. Además, no existe riesgo de congelación del agua de mar. Su ventaja significativa radica en el uso integral de la energía, especialmente para fines de cogeneración (producción combinada de calor y electricidad).
Este tipo de vaporizador ha sido ampliamente adoptado en sistemas de vaporización de GNL de carga base, con un uso significativo en terminales receptoras japonesas.
(3) Vaporizador de rejilla abierta (ORV)
El ORV utiliza agua de mar como fuente de calor y ofrece simplicidad de diseño, operación conveniente y fácil mantenimiento. Es el tipo de vaporizador más común que se utiliza en muchas terminales receptoras de GNL en todo el mundo.
La estructura mecánica de un ORV de GNL es sencilla: las principales interfaces externas incluyen la entrada de GNL, la salida de gas natural vaporizado (GN) y la entrada/salida de agua de mar. Los tubos de intercambio de calor están instalados dentro de una estructura de armazón.
La unidad fundamental del vaporizador es el tubo de transferencia de calor, con múltiples tubos dispuestos en una configuración similar a una placa. Cada tubo está soldado a un cabezal de gas o de líquido para formar una placa de haz de tubos, y varias placas de haz de tubos forman el vaporizador.
El GNL ingresa por la tubería principal inferior y se distribuye en pequeños tubos individuales de intercambio de calor, fluyendo hacia arriba dentro del haz de tubos para el intercambio de calor. En la parte superior del vaporizador, se instala un dispositivo de distribución de agua de mar. El agua de mar ingresa por la parte superior y se distribuye como una película delgada a lo largo de la pared exterior del haz de tubos, transfiriendo calor al gas natural licuado dentro de los tubos, calentándolo y provocando la vaporización. El ORV requiere una instrumentación mínima y es fácil de mantener. Funciona sin llama abierta, lo que garantiza altos estándares de seguridad.
Además, para solucionar los problemas de formación de hielo externo, existe una variante llamada SuperORV. Emplea tubos de transferencia de calor de doble capa, en los que el GNL ingresa al tubo interior a través de un distribuidor inferior, seguido de una vaporización gradual dentro del espacio anular entre los tubos interior y exterior.
(4) Vaporizador de combustión sumergida (SCV)
El SCV consta principalmente de un baño de agua, un quemador, un soplador, un tubo de inyección de gases de combustión, un recinto, un haz de tubos de intercambio de calor y una chimenea. El gas combustible se quema dentro del quemador y el gas de combustión a alta temperatura se descarga en el baño de agua a través del tubo de escape inferior, lo que provoca un movimiento turbulento en el baño de agua.
El GNL dentro de los tubos de intercambio de calor experimenta un intercambio de calor suficiente con el agua muy agitada, lo que da como resultado el calentamiento y la vaporización. Debido al contacto directo y la intensa transferencia de calor entre el gas de combustión de alta velocidad y el baño de agua, el coeficiente de transferencia de calor fuera de los tubos es alto, lo que garantiza una temperatura uniforme en el baño de agua.
SCV ofrece un servicio rápido y conveniente
Comparación deVaporizadores de GNL
En la actualidad, las terminales receptoras de GNL utilizan comúnmente ORV, IFV, SCV y AAV. El AAV tiene más restricciones y se utiliza relativamente menos en las terminales receptoras.
El vaporizador de bastidor abierto (ORV) utiliza agua de mar como medio de calor y es más rentable en comparación con el vaporizador de combustión sumergida (SCV).
Sin embargo, es importante tener en cuenta que el ORV implica mayores costos iniciales de inversión en equipos, incluidas las tomas y salidas de agua de mar, tuberías de agua de mar, bombas de agua de mar y equipos de purificación de agua de mar.
Para las terminales receptoras de GNL de carga base, los vehículos de propulsión a chorro (ORV) deberían ser la opción principal. Sin embargo, estos vehículos tienen limitaciones en casos de temperaturas del agua de mar excesivamente bajas, agua de mar que contiene sustancias nocivas para el equipo o cuando se considera la protección del medio ambiente marino.
El SCV requiere una inversión inicial relativamente menor, ocupa menos espacio y permite un arranque y apagado rápidos. Sin embargo, requiere combustible, lo que genera costos operativos más altos en comparación con el ORV.
El vaporizador de llama sumergida (IFV) utiliza tubos de titanio para el intercambio de calor, lo que permite un funcionamiento seguro y estable incluso en presencia de agua de mar de mala calidad. El principal desafío del IFV es la importante limitación en la selección de fluidos intermedios.
Selección de vaporizadores
La selección de los vaporizadores debe tener en cuenta su capacidad de procesamiento, aplicabilidad, seguridad y confiabilidad, flexibilidad, costos de inversión, condiciones de uso (carga base, reducción de picos, uso de emergencia), factores ambientales y condiciones climáticas. Dependiendo de los requisitos específicos, se pueden elegir vaporizadores adecuados individualmente o en combinación para la aplicación.
1. Capacidad de procesamiento:
La capacidad de procesamiento de un vaporizador debe coincidir con el rendimiento diseñado de la terminal receptora. Si la terminal solo requiere “entrada de líquido, salida de líquido” con gas natural únicamente para consumo en el sitio, o si el volumen de procesamiento anual es pequeño y hay suficiente espacio disponible, se pueden considerar los vaporizadores de aire ambiental (AAV).
2. Adaptabilidad y confiabilidad:
Teniendo en cuenta el "posicionamiento funcional" del terminal receptor, ya sea para carga base, reducción de picos o una combinación de ambos, la adaptabilidad y la fiabilidad del vaporizador se vuelven cruciales. Si se requiere un funcionamiento continuo y fiable, la selección de vaporizadores debe incluir aquellos adecuados para manejar la carga base, así como para la reducción de picos de emergencia, como los vaporizadores de combustión sumergida (SCV) que permiten un arranque y un apagado rápidos.
3. Consideraciones ambientales:
Las condiciones ambientales que rodean la terminal receptora se refieren principalmente a las temperaturas externas (incluidas las temperaturas atmosféricas y del agua de mar) y a la naturaleza y los parámetros del agua de mar. Por ejemplo, al seleccionar vaporizadores de bastidor abierto (ORV), se deben considerar factores como el diámetro y la concentración de partículas sólidas en el agua de mar, la presencia de iones de metales pesados, el valor de pH y otras propiedades químicas del agua de mar.
Consideraciones económicas
El costo de inversión de los vaporizadores constituye una parte importante de la inversión total en una terminal receptora. Al seleccionar vaporizadores, se debe realizar una comparación exhaustiva entre su inversión fija y sus costos operativos.
El vaporizador de bastidor abierto (ORV) utiliza una gran cantidad de agua de mar y tiene ciertos requisitos de calidad para el agua de mar. Tiene mayores costos de inversión e instalación, pero menores costos operativos.
La inversión inicial incluye los costos del equipo vaporizador, las salidas de admisión y descarga de agua de mar, las tuberías de agua de mar, las bombas de agua de mar y el equipo de purificación de agua de mar. Los costos operativos también deben considerar el intervalo y los gastos para volver a aplicar los recubrimientos de protección contra la corrosión a las superficies de transferencia de calor.
En comparación con el vaporizador de combustión sumergida (SCV), el ORV utiliza agua de mar y el consumo operativo consiste principalmente en el consumo eléctrico de las bombas de agua de mar. Por lo tanto, su ventaja radica en unos costes operativos significativamente inferiores, siendo la relación de costes operativos entre los dos tipos de aproximadamente 1:10.
Las SCV se destacan por su inversión total y sus costos de instalación, su tamaño compacto y su flexibilidad operativa. Sin embargo, su principal inconveniente son sus altos costos operativos.
En condiciones ambientales de agua de mar favorables, el uso de ORV es evidentemente la opción más confiable y rentable.
Sin embargo, si la calidad del agua de mar tiene un impacto negativo grave en los materiales utilizados en ORV (por ejemplo, altas concentraciones de sólidos suspendidos grandes en el agua de mar, que pueden afectar significativamente el revestimiento de protección contra la corrosión en las superficies de transferencia de calor y acortar su vida útil), no se debe elegir ORV.
Conclusión
Cada tipo de gasificador tiene sus propias ventajas y desventajas, así como entornos operativos específicos que son adecuados para ellos. Para manejar diversas condiciones en las terminales receptoras de GNL, es una buena opción seleccionar 1-2 tipos de gasificadores para combinar, que puedan aprovechar sus respectivas fortalezas y compensar las limitaciones inherentes.
Por lo general, al configurar gasificadores, se suele requerir una combinación de 1-2 tipos. Actualmente, se prefiere la configuración ORV+SCV al seleccionar gasificadores.
El vaporizador de bastidor abierto (ORV) es adecuado para terminales de recepción con grandes capacidades de procesamiento y bajos costos operativos. El vaporizador de combustión sumergida (SCV) tiene costos operativos relativamente más altos pero una inversión inicial menor y un funcionamiento confiable.
En los casos donde el agua de mar contiene un alto nivel de sedimentos o no cumple con las propiedades químicas requeridas, el vaporizador de fluido intermedio (IFV) puede considerarse como una alternativa.
Actualmente, en China hay 22 terminales de recepción de GNL en funcionamiento y 13 más en construcción a lo largo de la costa. La construcción de terminales de recepción de GNL promoverá en gran medida la importación de recursos de GNL en nuestro país.
Los gasificadores son un componente esencial de las terminales de recepción de GNL, y la selección correcta de los mismos afecta directamente la seguridad, la confiabilidad y los aspectos económicos de las operaciones de la terminal.
