NO323093B1 - Fremgangsmate og system for regassifisering. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører feltet regassifiseringssystemer, og mer bestemt en fremgangsmåte og et system til regassifisering av flytende naturgass (Liquefied Natural Gas, LNG), for installasjon på et havgående fartøy.

Naturgass finnes i underjordiske reservoarer over hele verden. Denne gassen (dvs. metan) er en verdifull handelsvare, og det finnes forskjellige fremgangsmåter og utstyr for utvinning, behandling og transport av denne naturgassen fra dens reservoar til forbrukeren. Det enkleste transportmiddel er en rørledning for å transportere gassen i sin gass-formede tilstand fra reservoaret til forbrukeren. I mange tilfeller er imidlertid reservoa-rene lokalisert i fjerntliggende områder og/eller områder med begrenset adkomst, slik at det å legge en rørledning enten er teknisk meget komplisert og/eller økonomisk ulønn-somt. En meget vanlig teknikk for transport av naturgass fra slike områder er å flyten-degjøre naturgassen ved eller nær utvinningsstedet, og transportere denne fiytendegjorte naturgassen (LNG) til markedet i spesialkonstruerte lagertanker, som ofte er plassert om bord på et havgående fartøy.

Prosessen med flytendegjøring av naturgassen involverer kompresjon og avkjøling av gassen til kryogeniske temperaturer (eksempelvis -160°C). LNG-transportøren må føl-gelig transportere en betydelig mengde flytendegjort gass til sitt bestemmelsessted. På dette bestemmelsesstedet losses LNG'en til spesialtanker på land før den transporteres enten på vei eller med jernbane på LNG-førende kjøretøy, eller fordampes på ny og transporteres eksempelvis med rørledninger.

Det er imidlertid i mange tilfeller mer fordelaktig å fordampe naturgassen på ny om bord på den havgående transportøren før gassen losses inn i rørledninger på land. US patent nr. 6.089.022 (Zednik et al.) beskriver et slikt system og en fremgangsmåte til regassifisering av LNG om bord på et transportfartøy før naturgassen, som er fordampet på ny, overføres til land. LNG'en bringes til å strømme gjennom en eller flere fordam-pere som er posisjonert om bord på fartøyet. Sjøvann som tas fra vannmassene som omgir transportfartøyet bringes til å strømme gjennom en fordamper for å varme og fordampe LNG'en tilbake til naturgass før denne naturgassen losses til anlegg på land.

Zednik et al. viser videre til "TRI-EX" LNG-fordamper av typen mellomliggende fluid (Intermediate Fluid-type LNG vaporizer) som en fordampertype som er i stand til å bru-ke sjøvann som det viktigste varmevekslingsmedium. En slik type fordamper er beskrevet i US patent nr. 6.367.429 (overdratt til Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho), og omfatter i hovedsak et hus med en forvarmingsseksjon og en sluttvarmingsseksjon. Form-varmingsseksjonen har en flerhet av rør som går gjennom den, hvilke fluidmessig forbinder to manifolder som ligger ved hver sin ende av forvarmingsseksjonen, mens sluttvarmingsseksjonen også har en flerhet av rør som går gjennom den, hvilke fluidmessig forbinder to andre manifolder ved hver sin ende av sluttvarmingsseksjonen. Sjøvann, som samles opp direkte fra sjøen som omgir fartøyet, pumpes inn i en manifold og strømmer gjennom rørene i sluttvarmingsseksjonen og in i manifolden før det strømmer gjennom rørene i forvarmingsseksjonen og inn i manifolden, hvorfra sjøvannet avgis tilbake til sjøen.

I bruk strømmer LNG'en fra en trykkøkningspumpe og inn i en krets i sløyfe, hvilken er posisjonert inne i forvarmingsseksjonen i fordamperen, som i sin tur inneholder et

"permanent" bad av et fordampningskjølemiddel (eksempelvis propan) i det nedre parti. Sjøvannet som strømmer gjennom rørene vil "varme" propanen i badet, hvilket bevirker at propanen fordamper og stiger inne i forkjølingsseksjonen. Når propangassen får kon-takt med kretsen i sløyfe avgir den varme til den ekstremt kalde LNG'en som strømmer gjennom kretsen og rekondenserer for å falle tilbake i badet, hvilket tilveiebringer en kontinuerlig sirkulerende "oppvarmings"-syklus for propanen inne i forvarmingsseksjonen.

Selv om de foreliggende regassifiseringssystemer, i likhet med det det er vist til oven-for, virker godt under gitte tilstander er deres bruk og anvendbarhet likevel begrenset av visse begrensninger og ulemper. Det er for eksempel ikke mulig å regulere kondensa-sjonstrykket i de kjente systemer. Videre tillates fordampningskjølemiddelet (eksempelvis propan) i de kjente systemer å fordampe og kondensere på en fri måte; varmeoverfø-ringsprosessen er følgelig relativt langsom og - for å oppnå optimale systemeffektivite-ter - er det påkrevd med store volumer. Dette fører ofte til at regassifiseringssystemene blir svært store og krever en stor del verdifull dekksplass.

JP 57.018.407 og JP 57.081.105 omhandler systemer og fremgangsmåter for fordampning av LNG der det benyttes to varmevekslingsprosesser. I den ene varmeksles LNG og kjølemiddel, mens i den andre varmeveklses sjøvann og kjølemiddel.

Det er derfor et lenge følt behov for et regassifiseringssystem som tillater at kondensa-sjonstrykket enklere kan reguleres, og et system som ermer kompakt og fleksibelt i bruk enn kjente regassifiseringssystemer.

Den foreliggende oppfinnelse løser dette behov ved å tilveiebringe en ny fremgangsmåte og system til regassifisering hvor, under bruk, fordampningskjølemiddelet presses gjennom en fordampnings- og kondensasjonssyklus; og muliggjør regulering av fordampningskjølemiddelets kondensasjonstrykk; hvilket gir et mer fleksibelt og mer kompakt regassifiseringssystem enn de som er ifølge kjent teknikk.

Det er tilbveiebrakt en fremgangsmåte for regassifisering av flytende naturgass (LNG) om bord på et flytende transportfartøy før LNG'en losses som en gass, hvilken fremgangsmåte omfatter: - økning av LNG-trykket og å la LNG'en strømme inn i en LNG/kjølemiddelvarmeveksler hvor LNG'en fordampes; - la fordampet naturgass (NG) strømme inn i en NG/vanndampvarmeveksler, hvor NG'en oppvarmes til før den overføres til land som overhetet damp;

hvor LNG'en i LNG/kjølemiddelvarmeveksleren fordampes ved varmeveksling mot et kjølemiddel som kommer inn i varmeveksleren som en gass og som forlater varmeveksleren i en flytendegjort tilstand;

hvilken fremgangsmåte kjennetegnes ved å la kjølemiddelet strømme i en lukket krets og gjennom minst én kjølemiddel/sjøvannvarme-veksler hvor det flytendegjorte kjøle-middel fordampes før det kommer inn i LNG/kjølemiddel varme veksleren og der trykket i det fordampede kjølemiddelet reguleres.

Utførelser av den oppfunne fremgangsmåte er angitt i de avhengige krav 2 til 10.

Det er også frembrakt et regassifiseringssystem for flytende naturgass (LNG) til installasjon om bord på et flytende transportfartøy, hvilket system omfatter: - en LNG/kjølemiddelvarmeveksler for fordampning av LNG'en; - en trykkøkningspumpe for økning av trykket i LNG'en før den kommer inn i LNG/kjølemiddelvarmeveksleren; - en naturgass (NG)/vanndampvarmeveksler for oppvarming av NG'en før den overføres til land som overhetet damp;

kjennetegnet ved en lukket krets som omfatter minst én kjølemid-del/sjøvannsvarmeveksler for fordampning av det flytendegjorte kjølemiddel før kjøle-middelet bringes til å strømme inn i LNG/kjølemiddelvarme-veksleren, idet kretsen videre innbefatter en ventil for regulering av trykket i det fordampede kjølemiddel, hvorved kjølemiddelets fordampningstemperatur kan reguleres.

Utførelser av det oppfunne system er angitt i de avhengige krav 12 til 19.

En utførelse av den foreliggende oppfinnelse vil bli beskrevet i nærmere detalj for å eksemplifisere dens prinsipper, operasjon og fordeler. Beskrivelsen viser til de følgende tegninger, som ikke nødvendigvis er i målestokk, hvor like deler er blitt gitt like henvis-ningstall: Figur 1 er et eksemplifiserende perspektivriss av et LNG regassifiseringssystem som inkorporerer en utførelse av den foreliggende oppfinnelse; Figur 2 er et forenklet skjematisk flytskjema av regassifiseringssystemet ifølge den foreliggende oppfinnelse; Figur 3 er et forenklet flytskjema av en utførelse av den foreliggende oppfinnelse; og

Figur 4 er et isometrisk riss av en utførelse av den foreliggende oppfinnelse.

En utførelse av regassifiseringssystemet i henhold til den foreliggende oppfinnelse vil nå bli beskrevet i detalj. Regassifiseringssystemet omfatter hovedsakelig to kretser: en kjølemiddelkrets og en naturgasskrets. Propan er ofte foretrukket som et kjølemiddel, men ethvert fluid som har en fordampningstemperatur på cirka. 0°C i trykkområdene 2 til 25 bar kan være egnet.

Som vist på figuren tilføres LNG'en (eksempelvis metan) fra tanker om bord (ikke vist) og inn i en kryogenisk trykkøkningspumpe 110 som øker LNG-trykket, og hvorfra den bringes til å strømme inn i en LNG/kjølemiddelvarmeveksler 230. Temperaturen ved inngang til LNG/kjølemiddelvarmeveksleren er typisk - for flytendegjort metan - i området -160°C ved et trykk på cirka 50 til 130 bar. LNG/kjølemiddelvarmeveksleren 230 kan være av typen kompakt varmeveksler med trykte kretser (printed circuit heat ex-changer, PCHE).

Naturgassen (NG) forlater LNG/kjølemiddelvarmeveksleren 230 i en fordampet tilstand (for metan ved en temperatur i området på cirka -50 til -10°C), og kommer inn i en NG/vanndampvarmeveksler 120, hvor NG'en varmes opp før den transporteres til land som overhetet damp. I tilfellet av metan er damptemperaturen cirka 0°C.

Kjølemiddelkretsen får selektivt sin tilførsel fra en kjølemiddelforsyning 235, og drives av en pumpe 210 gjennom minst én kjølemiddel/sjøvannsvarmeveksler 220a, b før det mates inn i LNG/kjølemiddelvarmeveksleren 230.1 varmevekslingen med LNG'en kondenserer kjølemiddelet og strømmer tilbake til kjølemiddelpumpen før det igjen sendes inn i kjølemiddel/sjøvannsvarmeveksleren(e) hvor det fordampes.

Det oppfunne regassifiseringssystem er følgelig basert på at kjølemiddelet (eksempelvis propan) gjennomgår en faseforandring i LNG/kjølemiddelvarmeveksleren 230 (kondenserer) og i kjølemiddel/sjøvannsvarmeveksleren 220a, b (fordamper). Kjølemiddelet har en høyere temperatur under varmeveksling med sjøvann. Ulikt andre regassifiseringssystemer presser det oppfunne system kjølemiddelet gjennom kjølemiddelkretsen, og det er også mulig å regulere trykket i kjølemiddelet med en ventil 225, som fortrinnsvis er posisjonert mellom kjølemiddel/sjøvannsvarmeveksleren(e) og LNG/kjølemiddelvarmeveksleren 230. Temperaturen i kjølemiddelkondensatet som forlater varmeveksleren 230 reguleres ved hjelp av ventiler 232,233 og en omløpsled-ning 231 på LNG/kjølemiddelvarmeveksleren.

I en utførelse kan LNG regassifiseringssystemet installeres på et regassifiseringsfartøy

for skytteltrafikk (Shuttle Regasification Vessel, SRV) eller flytende regassifiseringsen-heter for lagring (Floating Storage Regasification Units, FSRU). Regassifiseringssystemet og varmevekslerne er spesialkonstruert for marine installasjoner og for kryogeniske arbeidstilstander. Systemet er basert på utprøvd utstyr med omfattende referanser.

Eksempler på varmevekslere som er egnet ved det oppfunne system er konstruert for håndtering av LNG med den følgende typiske sammensetning:

I en utførelse kan grunnleggende inngangsdata være:

KjølemiddeVsjøvannsvarmeveksleren(e) 220a, b for å varme opp kjølemiddelet (eksempelvis propan) mot sjøvann er fortrinnsvis platevarmevekslere eller PCHE istedenfor av typen rørvarmevekslere.

I den beskrevne utførelse;

LNG/kjølemiddelvarmeveksleren 230 er en LNG/propanvarmeveksler av typen

kompakt varmeveksler med trykte kretser (PCHE) av rustfritt stål;

kjølemiddel/sjøvanns varme veksleren(e) 220a, b er halvsveisede propan/sjøvannsplatevarmevekslere i titan, eller PCHE eller helsveisede platevarmevekslere;

NG/vanndampvarmeveksleren 120 er av typen NG/sjøvannrørvarmeveksler; eksempelvis Hamworthy KSE 305/424/120.3/2U Titanium.

LNG-pumpen 110 er en kryogenisk pumpe som nominelt er for 120 bar over-trykk og 450 m<3>/time;

kjølemiddelpumpen 210 er en propanpumpe som nominelt er for 560 n<r>Vtime og maksimum 2,5 bar trykkdifferanse.

Med henvisning til figur 3, som viser et forenklet flytskjema for en utførelse av oppfinnelsen, kommer LNG ved maksimum 130 bar og en temperatur på -160°C inn i LNG/propan PCHE varmeveksleren. Det går ut med en temperatur på -SO til -10°C og kommer inn i LNG/dampvarmeveksleren av typen rørvarmeveksler, hvor den går ut som overhetet damp (5) med en temperatur på cirka 0°C.

I LNG/propan PCHE veksles varme mot propan som sirkulerer i en lukket sløyfe. Propanen kommer inn i PCHE<*>en ved cirka 0°C ved 4,7 bar som gass. I PCHE'en konden-seres propanen, og den forlater PCHE'en som væske ved -5°C. Denne temperaturen reguleres med ventilene 232,233 og en omløpsledning 231 for LNG-strøm til PCHE. Propanen i den lukkede sløyfe blir da pumpet med sirkulasjonspumpen og oppvarmet mot sjøvann i to platevarmevekslere, av halvsveiset type i titan. I disse varmevekslerne fordamper propanen ved cirka 0°C før den returnerer som gass til PCHE'en.

Sammenliknet med kjent teknikk brukes det halvsveisede platevarmevekslere mellom

propanen og sjøvannet, og det kan brukes en mindre propansirkulasjonspumpe (kun en).

I halvsveisede platevarmevekslere (eller PCHE eller helsveisede) vil propan fordampes ved cirka 0°C. Varmeveksleren likner standard platevarmevekslere med pakninger, men annenhver kanal er sveiset. Dette gjør det mulig å håndtere aggressive medier som propan, og man har fortsatt fordelen med enkel adkomst for rengjøring på sjøvannssiden.

En egnet type halvsveiset platevarmeveksler er:

Den foregående beskrivelse og utførelsene av den foreliggende oppfinnelse skal forstås kun som illustrasjoner av søknaden vedrørende oppfinnelsens prinsipper. Det foregående er ikke ment å begrense omfanget av kravene, idet den sanne idé og omfanget av den foreliggende oppfinnelse er definert i kravene.

Claims (19)

1. Fremgangsmåte for regassifisering av flytende naturgass (LNG) om bord på et flytende transportfartøy før LNG'en losses som en gass, hvilken fremgangsmåte^omfatter: - økning av LNG-trykket og å la LNG'en strømme inn i en LNG/kjølemiddelvarmeveksler (230) hvor LNG'en fordampes; - la fordampet naturgass (NG) strømme inn i en NG/vanndampvarmeveksler (120), hvor NG'en oppvarmes til før den overføres til land som overhetet damp; hvor LNG'en i LNG/kjølemiddelvarmeveksleren (230) fordampes ved varmeveksling mot et kjølemiddel som kommer inn i varmeveksleren som en gass og som forlater varmeveksleren i en flytendegjort tilstand; hvilken fremgangsmåte er karakterisert ved å la kjø-lemiddelet strømme i en lukket krets og gjennom minst én kjølemiddel/sjøvannvarme-veksler (220a, b) hvor det flytendegjorte kjølemiddel fordampes før det kommer inn i LNG/kjølemiddelvarmeveksleren og der trykket i det fordampede kjølemiddelet reguleres (225).

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at trykket reguleres av en ventil (225) i kjølemiddelkretsen.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at kjølemiddeltemperaturen reguleres ved hjelp av et omløp (231,232,233) på LNG/kjølemiddelvarmeveksleren.

4. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at antallet kjølemiddel/sjøvannsvarmevekslere er to.

5. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at kjølemiddelet er propan.

6. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at kjølemiddelet er et medium som har en koketemperatur på 0°C ved ethvert trykk mellom 2 og 25 bar.

7. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at LNG/kjølemiddelvarmeveksleren er en kompakt varmeveksler med trykte kretser (PCHE) av rustfritt stål.

8. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at NG/vanndampvarmeveksleren er en SS316 rørvarmeveksler.

9. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at den minst ene kjølemiddel/sjøvannsvarmeveksler er minst én titanplatevarmeveksler.

10. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at kjølemiddelet bringes til å strømme gjennom kretsen med et pumpemiddel (210).

11. Regassifiseringssystem for flytende naturgass (LNG) til installasjon om bord på et flytende transportfartøy, hvilket system omfatter: - en LNG/kjølemiddelvarmeveksler (230) for fordampning av LNG'en; - en tryldoakningspumpe (110) for økning av trykket i LNG'en før den kommer inn i LNG/kjølemiddelvarmeveksleren; - en naturgass (NG)/vanndampvarmeveksler (120) for oppvarming av NG'en før den overføres til land som overhetet damp; karakterisert ved en lukket krets som omfatter minst én kjølemiddel/sjøvannsvarmeveksler (220a, b) for fordampning av det flytendegjorte kjølemiddel før kjølemiddelet bringes til å strømme inn i LNG/kjølemiddelvarme-veksleren (230), idet kretsen videre innbefatter en ventil (225) for regulering av trykket i det fordampede kjølemiddel, hvorved kjølemiddelets fordampningstemperatur kan reguleres.

12. Regassifiseringssystem som angitt i krav 11, karakterisert ved at kjølemiddelkretsen omfatter minst to kjølemiddel/sjøvannsvarmevekslere (220a, b).

13. Regassifiseringssystem som angitt i krav 11, karakterisert v e d at kjølemiddeltemperaturen reguleres ved hjelp av et omløp (231,232,233 på LNG/kjølemiddelvarmeveksleren.

14. Regassifiseringssystem som angitt i krav 11, karakterisert ved at kjølemiddelet er propan.

15. Regassifiseirngssystem som angitt i krav 11, karakterisert v e d at kjølemiddelet er et medium som har en koketemperatur på 0°C ved ethvert trykk mellom 2 og 25 bar.

16. Regassifiseirngssystem som angitt i krav 11, karakterisert ved at LNG/kjølemiddelvarmeveksleren er en kompakt varmeveksler med trykte kretser (PCHE) av rustfritt stål.

17. Regassifiseirngssystem som angitt i krav 11, karakterisert ved atNG/varmdampvarmevekslerenerenSS316rørvarmeveksler.

18. Regassifiseirngssystem som angitt i krav 11, karakterisert ved at den minst ene kjølemiddel/sjøvannsvarmeveksler er minst én titanplatevarmeveksler.

19. Regassifiséringssystem som angitt i krav 11, karakterisert v e d at kjølemiddelet bringes til å strømme gjennom kretsen med et pumpemiddel (210).