Processus du terminal de réception de GNL
À l'arrivée d'un navire de transport de GNL, le GNL est transféré dans des réservoirs de stockage par des pompes de déchargement du navire, des bras de navire en phase liquide et des pipelines de déchargement. Le gaz évaporé (BOG) généré pendant le déchargement est partiellement renvoyé dans les réservoirs de cargaison du navire de GNL pour équilibrer la pression à l'intérieur des réservoirs. Une autre partie du BOG est comprimée par des compresseurs BOG puis condensée dans un recondenseur. Le BOG condensé, ainsi que le GNL sortant, sont pompés par des pompes de décharge haute pression dans le vaporiseur pour la regazéification.
Le vaporiseur convertit le GNL en gaz naturel gazeux. Le gaz naturel est ensuite régulé en pression et dosé avant d'être envoyé dans le réseau de gazoducs de transport. De plus, il est également possible de comprimer directement le GNL à la pression de sortie du gazoduc à l'aide de compresseurs d'appoint, contournant ainsi le processus de regazéification.
Le système de regazéification/transmission de GNL comprend des pompes à liquide immergées à l'intérieur du réservoir de stockage de GNL, un recondenseur, des pompes de refoulement haute/basse pression situées à l'extérieur du réservoir, un vaporisateur et des installations de mesure.
Dans des conditions de fonctionnement normales, seul le vaporisateur à crémaillère ouverte (ORV) / vaporisateur à confinement complet intégré (IFV) est utilisé. Cependant, lors de la maintenance ou de l'écrêtement des pointes de consommation en cas d'urgence, le vaporisateur à combustion immergée (SCV) peut être utilisé en parallèle.
Classification des vaporisateurs de GNL
Les vaporisateurs sont des équipements essentiels dans les terminaux de réception de GNL, et leurs conceptions structurelles varient en fonction de la source de chaleur qu'ils utilisent.
1. En fonction du taux d'utilisation, les vaporisateurs peuvent être classés en vaporisateurs à charge de base et en vaporisateurs à écrêtement des pointes.
2. En fonction du type de source de chaleur, les vaporisateurs peuvent être classés en vaporisateurs ambiants (utilisant des sources telles que l'air atmosphérique, l'eau de mer ou l'eau géothermique), vaporisateurs de processus (utilisant la chaleur provenant de processus thermiques ou chimiques) et vaporisateurs à feu direct (utilisant la chaleur générée par la combustion de carburant).
Types courants de vaporisateurs de GNL trouvés dans les terminaux de réception
Vaporisateur d'air ambiant (AAV)
Vaporisateur de fluide intermédiaire (IFV)
Vaporisateur à rack ouvert (ORV)
Vaporisateur à combustion submergée (SCV)
(1) Vaporisateur d'air ambiant (AAV)
LeVaporisateur d'air ambiantutilise l’air atmosphérique comme source de chaleur pour vaporiser le GNL.L'AAV se caractérise par une structure simple et des coûts d'exploitation faibles. Il peut utiliser de manière autonome l'air ambiant comme source de chaleur, évitant ainsi complètement les émissions de polluants et de bruit. De plus, il peut collecter l'eau condensée et l'eau glacée fondue pour la production ou l'utilisation domestique.
Cependant, le système AAV présente quelques inconvénients. Par exemple, lorsque la température ambiante est basse, un chauffage supplémentaire est nécessaire pour compléter la chaleur. Un dégivrage régulier est également nécessaire pour éviter la formation de glace sur la surface des tuyaux du vaporisateur.
En raison de l'apport énergétique relativement faible du chauffage de l'air, l'AAV ne convient qu'aux systèmes avec des échelles d'installation plus petites et des besoins de vaporisation de GNL plus faibles.
(2) Vaporisateur de fluide intermédiaire (IFV)
Le VCI utilise un fluide caloporteur intermédiaire pour atténuer les effets du givrage. Les fluides intermédiaires couramment utilisés sont le propane, l'isobutane, le fréon et l'ammoniac.
Dans les applications pratiques, ce vaporisateur fonctionne en deux étapes. La première étape implique un échange de chaleur entre le GNL et le fluide intermédiaire, tandis que la deuxième étape implique un échange de chaleur entre le fluide intermédiaire et le fluide source de chaleur.
Le système IFV occupe un espace réduit et peut fournir des taux de vaporisation stables. De plus, il n'y a aucun risque de gel de l'eau de mer. Son avantage majeur réside dans l'utilisation complète de l'énergie, en particulier à des fins de cogénération (chaleur et électricité combinées).
Ce type de vaporisateur a été largement adopté dans les systèmes de vaporisation de GNL à charge de base, avec une utilisation importante dans les terminaux de réception japonais.
(3) Vaporisateur à rack ouvert (ORV)
L'ORV utilise l'eau de mer comme source de chaleur et offre une conception simple, un fonctionnement pratique et une maintenance aisée. Il s'agit du type de vaporisateur le plus utilisé dans de nombreux terminaux de réception de GNL dans le monde.
La structure mécanique d'un ORV GNL est simple, avec des interfaces externes principales comprenant l'entrée de GNL, la sortie de gaz naturel vaporisé (GN) et l'entrée/sortie d'eau de mer. Les tubes d'échange de chaleur sont installés dans une structure à ossature.
L'unité fondamentale du vaporisateur est le tube de transfert de chaleur, avec plusieurs tubes disposés en forme de plaque. Chaque tube est soudé à un collecteur de gaz ou à un collecteur de liquide pour former une plaque de faisceau de tubes, et plusieurs plaques de faisceau de tubes forment le vaporisateur.
Le GNL entre par le tuyau principal inférieur et est distribué dans des petits tubes d'échange de chaleur individuels, circulant vers le haut dans le faisceau de tubes pour l'échange de chaleur. Au sommet du vaporiseur, un dispositif de distribution d'eau de mer est installé. L'eau de mer entre par le haut et est distribuée sous forme de film mince le long de la paroi extérieure du faisceau de tubes, transférant la chaleur au gaz naturel liquéfié à l'intérieur des tubes, le chauffant et provoquant la vaporisation. L'ORV nécessite une instrumentation minimale et est facile à entretenir. Il fonctionne sans flamme nue, garantissant des normes de sécurité élevées.
De plus, pour résoudre les problèmes de givrage externe, il existe une variante appelée SuperORV. Elle utilise des tubes de transfert de chaleur à double couche dans lesquels le GNL pénètre dans le tube intérieur par un distributeur inférieur, suivi d'une vaporisation progressive dans l'espace annulaire entre les tubes intérieur et extérieur.
(4) Vaporisateur à combustion immergée (SCV)
Le SCV se compose principalement d'un bain-marie, d'un brûleur, d'un ventilateur, d'un tuyau d'injection de gaz de combustion, d'une enceinte, d'un faisceau de tubes d'échange de chaleur et d'une cheminée. Le gaz combustible est brûlé à l'intérieur du brûleur et les gaz de combustion à haute température sont évacués dans le bain-marie par le tuyau d'échappement inférieur, provoquant un mouvement turbulent dans le bain-marie.
Le GNL à l'intérieur des tubes d'échange de chaleur subit un échange thermique suffisant avec l'eau fortement agitée, ce qui entraîne un réchauffement et une vaporisation. En raison du contact direct et du transfert de chaleur intense entre les gaz de combustion à grande vitesse et le bain-marie, le coefficient de transfert de chaleur à l'extérieur des tubes est élevé, ce qui garantit une température uniforme du bain-marie.
SCV offre un service rapide et pratique
Comparaison deVaporisateurs de GNL
Actuellement, les terminaux de réception de GNL utilisent généralement des ORV, des IFV, des SCV et des AAV. L'AAV est soumis à davantage de restrictions et est relativement moins utilisé dans les terminaux de réception.
Le vaporisateur à rack ouvert (ORV) utilise l'eau de mer comme moyen de chauffage et est plus rentable que le vaporisateur à combustion immergée (SCV).
Cependant, il est important de considérer que l'ORV entraîne des coûts d'investissement initiaux plus élevés en termes d'équipement, notamment les sorties de prise et de rejet d'eau de mer, les conduites d'eau de mer, les pompes à eau de mer et l'équipement de purification de l'eau de mer.
Pour les terminaux de réception de GNL de base, le choix principal devrait être le véhicule ORV. Cependant, le véhicule ORV présente des limites en cas de températures de l'eau de mer excessivement basses, d'eau de mer contenant des substances nocives pour l'équipement ou en cas de considération de la protection de l'environnement marin.
Le SCV nécessite un investissement initial relativement faible, occupe un encombrement plus réduit et permet un démarrage et un arrêt rapides. Cependant, le SCV nécessite du carburant, ce qui entraîne des coûts d'exploitation plus élevés par rapport à l'ORV.
Le vaporisateur à flamme immergée (IFV) utilise des tubes en titane pour l'échange de chaleur, permettant un fonctionnement sûr et stable même en présence d'une mauvaise qualité d'eau de mer. Le principal défi avec l'IFV est la limitation importante dans la sélection des fluides intermédiaires.
Sélection de vaporisateurs
Le choix des vaporisateurs doit tenir compte de leur capacité de traitement, de leur applicabilité, de leur sécurité et de leur fiabilité, de leur flexibilité, de leurs coûts d'investissement, des conditions d'utilisation (charge de base, écrêtement des pointes, utilisation d'urgence), des facteurs environnementaux et des conditions climatiques. En fonction des exigences spécifiques, les vaporisateurs adaptés peuvent être choisis individuellement ou en combinaison pour l'application.
1. Capacité de traitement :
La capacité de traitement d'un vaporisateur doit correspondre au débit prévu du terminal de réception. Si le terminal ne nécessite que du gaz naturel « en entrée et en sortie » pour la consommation sur place, ou si le volume de traitement annuel est faible et qu'il y a suffisamment d'espace disponible, des vaporisateurs à air ambiant (AAV) peuvent être envisagés.
2. Adaptabilité et fiabilité :
En considérant le « positionnement fonctionnel » du terminal récepteur, qu'il s'agisse de la charge de base, de l'écrêtement des pointes ou d'une combinaison des deux, l'adaptabilité et la fiabilité du vaporisateur deviennent cruciales. Si un fonctionnement continu et fiable est requis, la sélection des vaporisateurs doit inclure ceux qui sont adaptés à la gestion de la charge de base ainsi qu'à l'écrêtement des pointes d'urgence, tels que les vaporisateurs à combustion immergée (SCV) qui permettent un démarrage et un arrêt rapides.
3. Considérations environnementales :
Les conditions environnementales entourant le terminal de réception se réfèrent principalement aux températures externes (y compris les températures atmosphériques et de l'eau de mer) et à la nature et aux paramètres de l'eau de mer. Par exemple, lors de la sélection des vaporisateurs à rack ouvert (ORV), des facteurs tels que le diamètre et la concentration de particules solides dans l'eau de mer, la présence d'ions de métaux lourds, la valeur du pH et d'autres propriétés chimiques de l'eau de mer doivent être pris en compte.
Considérations économiques
Le coût d'investissement des vaporisateurs constitue une part importante de l'investissement global d'un terminal de réception. Lors du choix des vaporisateurs, il convient de procéder à une comparaison complète entre leur investissement fixe et leurs coûts d'exploitation.
Le vaporisateur à rack ouvert (ORV) utilise une grande quantité d'eau de mer et présente certaines exigences de qualité pour l'eau de mer. Ses coûts d'investissement et d'installation sont plus élevés, mais ses coûts d'exploitation sont plus faibles.
L'investissement initial comprend les coûts de l'équipement de vaporisation, les sorties d'admission et d'évacuation d'eau de mer, les conduites d'eau de mer, les pompes à eau de mer et l'équipement de purification de l'eau de mer. Les coûts d'exploitation doivent également tenir compte de l'intervalle et des dépenses liées à la réapplication des revêtements de protection contre la corrosion sur les surfaces de transfert de chaleur.
Par rapport au vaporisateur à combustion submergée (SCV), l'ORV utilise de l'eau de mer et la consommation opérationnelle se compose principalement de la consommation électrique des pompes à eau de mer. Par conséquent, son avantage réside dans des coûts d'exploitation nettement inférieurs, le rapport des coûts d'exploitation entre les deux types étant d'environ 1:10.
Le SCV se distingue par son faible coût d'investissement et d'installation, sa taille compacte et sa flexibilité opérationnelle. Cependant, son inconvénient majeur est son coût d'exploitation élevé.
Dans des conditions environnementales favorables en eau de mer, l’utilisation d’ORV est évidemment l’option la plus fiable et la plus rentable.
Cependant, si la qualité de l'eau de mer a un impact négatif grave sur les matériaux utilisés dans les ORV (par exemple, des concentrations élevées de gros solides en suspension dans l'eau de mer, qui peuvent affecter considérablement le revêtement de protection contre la corrosion sur les surfaces de transfert de chaleur et raccourcir leur durée de vie), les ORV ne doivent pas être choisis.
Conclusion
Chaque type de gazéificateur présente ses propres avantages et inconvénients, ainsi que des environnements d'exploitation spécifiques qui lui sont adaptés. Pour gérer diverses conditions dans les terminaux de réception de GNL, il est judicieux de sélectionner 1-2 types de gazéificateurs à combiner, qui peuvent tirer parti de leurs atouts respectifs et compenser les limitations inhérentes.
En règle générale, lors de la configuration des gazéificateurs, une combinaison de types 1-2 est généralement requise. Actuellement, la configuration ORV+SCV est préférée lors de la sélection des gazéificateurs.
Le vaporiseur à crémaillère ouverte (ORV) est adapté aux terminaux de réception avec de grandes capacités de traitement et de faibles coûts d'exploitation. Le vaporiseur à combustion immergée (SCV) présente des coûts d'exploitation relativement plus élevés mais un investissement initial plus faible et un fonctionnement fiable.
Dans les cas où l’eau de mer contient un niveau élevé de sédiments ou ne répond pas aux propriétés chimiques requises, le vaporisateur de fluide intermédiaire (IFV) peut être considéré comme une alternative.
Actuellement, 22 terminaux de réception de GNL sont en service en Chine, et 13 autres sont en cours de construction le long des côtes. La construction de terminaux de réception de GNL favorisera considérablement l'importation de ressources de GNL dans notre pays.
Les gazéificateurs sont un élément essentiel des terminaux de réception de GNL, et la sélection correcte des gazéificateurs affecte directement la sécurité, la fiabilité et les aspects économiques des opérations du terminal.
