NO20121093A1

NO20121093A1 - Fremgangsmate for oppstart av et anlegg for flytende naturgass (LNG)

Info

Publication number: NO20121093A1
Application number: NO20121093A
Authority: NO
Inventors: Sivert Vist; Tore Loland; Morten Svenning; Silja Eriksson Gylseth
Original assignee: Statoil Petroleum As
Priority date: 2010-02-26
Filing date: 2012-09-26
Publication date: 2012-09-26
Also published as: CA2790824C; BR112012021416B1; WO2011104358A2; US10907896B2; NO20121095A1; BR112012021416A2; RU2561958C2; BR112012021417B1; RU2568357C2; BR112012021417A2; AU2011219783B2; CA2790824A1; WO2011104359A2; WO2011104359A3; AU2011219782B2; AP2012006480A0; US20130036763A1; RU2012140960A; RU2012140959A; US10527346B2

Description

Fremgangsmåte for oppstart av et anlegg for flytende naturgass (LNG)

Beskrivelse

Den foreliggende oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte for oppstart av et anlegg for flytende naturgass (LNG), og et korresponderende LNG-anlegg.

Når et anlegg for flytende naturgass (LNG) er varmt (f.eks. ved omgivelsestemperatur) etter en produksjonsstans, må anlegget kjøles gradvis ned for å unngå termiske spenninger i varmevekslere som brukes til å kjøle ned naturgassen til ca. -160 °C. Denne prosessen kan typisk ta fra flere timer opp til ca. 1-2 dager, og utføres ved å sirkulere et kuldemedium eller kjølemedium i gassfase gjennom kjølekretsene til varmevekslerne. For å kjøle ned alle de relevante komponentene og for å ha et kjølelegeme for kuldemediet er en strømning eller strøm av naturgass også tilveiebrakt gjennom anlegget, typisk ca. 1-5 % av full produksjonshastighet.

Strømningshastigheten til naturgass ved anleggets innløp kan imidlertid noen ganger ikke senkes til en hvilken som helst hastighet. Dette betyr at den minste strømningshastigheten for naturgass kan være høyere enn den ønskede hastigheten. Dette betyr igjen at overflødig gass må brennes av før den når kondenseringsenheten med varmevekslerne. Den overflødige gassen brennes typisk av oppstrøms av anleggets kondenseringsenhet. Hvis for eksempel naturgassens strømningshastighet ved innløpet er 30 % av full produksjonshastighet, må 25 % brennes av. Følgelig går naturgass til spille, og utslipp øker.

Videre kan LNG-skipsregulariteten være lav for flytende LNG-anlegg eller LNG-anlegg bygget i arktiske eller avsidesliggende områder. Følgelig kan lasting av LNG fra LNG-lagertanker til skip ikke alltid utføres når det er ønskelig, og det er en risiko for at lagertankene fylles opp. I tillegg kan tilførselen av naturgass til anlegget avbrytes, eller det kan være et internt avbrudd på anlegget, for eksempel i C02-fjerningsenheten. Alle disse situasjonene kan avhjelpes ved å stenge av anlegget og senere starte det opp på nytt. Avstenging og gjenoppstårting av anlegget er imidlertid tidkrevende, kostbart og øker spenningsbelastningen på utstyr på anlegget.

Den foreliggende oppfinnelsen har som et formål å tilveiebringe en forbedret fremgangsmåte og LNG-anlegg, som i det minste delvis kan løse de ovennevnte problemene.

Dette, og andre formål som vil fremgå av den følgende beskrivelsen, oppnås ved fremgangsmåten og LNG-anlegget ifølge de vedlagte selvstendige kravene. Utførelsesformer er fremstilt i de uselvstendige kravene.

Ifølge et aspekt ved den foreliggende oppfinnelsen er det tilveiebrakt en fremgangsmåte for oppstart av et LNG-anlegg, der anlegget inkluderer en kondenseringsenhet anordnet i en (hoved)strømningsbane for anlegget, hvori fremgangsmåten omfatter: å fjerne LNG fra en første lokasjon i strømningsbanen nedstrøms av kondenseringsenheten; å fordampe fjernet LNG, eller varme opp fjernet LNG slik at fjernet LNG omformes til gassfase; og å tilbakeføre fordampet eller omformet LNG til strømningsbanen ved en andre lokasjon oppstrøms av kondenseringsenheten.

Ved å resirkulere LNG i stedet for å bruke naturgass direkte fra anleggets innløp ved oppstart er ingen avbrenning nødvendig. Følgelig reduseres eller elimineres utslipp relatert til avbrenning.

Den foreliggende fremgangsmåten kan videre omfatte å øke trykket i fjernet LNG, for eksempel ved å pumpe opp fjernet LNG til et trykk på ca. 5-10 MPa før fordamping eller omforming av den fjernede LNG-en. Fjernet LNG kan alternativt først fordampes og deretter komprimeres i en kompressor til anleggets innløpstrykk, men dette alternativet krever mer energi og er følgelig mer kostbart.

Videre kan fordampet eller omformet LNG tilbakeføres eller returneres ved en hastighet under anleggets fulle produksjonshastighet.

I en eller flere utførelsesformer av den foreliggende oppfinnelsen kan LNG, under oppstart av anlegget, fjernes fra en LNG-lagertank på anlegget, eller fra en gjennomgangsledning (eng: rundown line) til anleggets lagertank. Videre kan fordampet eller omformet LNG tilbakeføres til strømningsbanen oppstrøms av en forkjølingsenhet på anlegget, men nedstrøms av en (annen) gassforbehandlingsenhet på anlegget. Gassforbehandlingsenheten kan for eksempel være en tørke- og kvikksølvfjerningsenhet eller en C02-fjerningsenhet. Fordampet eller omformet LNG kan også tilbakeføres oppstrøms av gassforbehandlingsenhetene. Fordampet eller omformet LNG tilbakeføres her ved en hastighet som tilsvarer ca. 1-10 % av anleggets fulle produksjonshastighet. I denne utførelsesformen anvendes den tilbakeførte fordampede eller omformede LNG-en som et kjølelegeme (varmeabsorberende fluid) for varmevekslere i kondenseringsenheten.

Videre, under nedkjøring av anlegget, kan LNG fjernes fra minst én av: en ledning mellom kondenseringsenheten og en endeavgassings- eller N2-fjerningsenhet på anlegget; endeavgassings- eller N2-fjerningsenheten på anlegget; en LNG-lagertank på anlegget; og en gjennomgangsledning til lagertanken på anlegget. LNG fjernet fra ledningen mellom kondenseringsenheten og en endeavgassings- eller N2-fjerningsenhet har vanligvis ikke blitt trykkavlastet, og følgelig trengs det mindre energi for å pumpe opp den fjernede LNG-en til et ønsket trykk. I endeavgassings- eller N2-fjerningsenheten og i LNG-lagertanken er LNG vanligvis ved / trykkavlastet til omgivelsestrykk. Videre kan fordampet eller omformet LNG tilbakeføres til strømningsbanen mellom et innløp og en gassforbehandlingsenhet på anlegget. Gassforbehandlingsenheten kan være en C02-fjerningsenhet, men kan også være en tørke- og kvikksølvfjerningsenhet eller en forkjølingsenhet. Fordampet eller omformet LNG tilbakeføres her ved en hastighet som tilsvarer ca. 30 % av anleggets fulle produksjonshastighet, eller ved en hastighet som er lik anleggets nedkjøringshastighet. Anleggets nedkjøringshastighet er den lavest mulige stabile produksjonshastigheten. Ved å resirkulere LNG ved nedkjøring i stedet for å stenge av anlegget oppnås en mer effektiv drift av anlegget. Spesielt spares tiden det tar å gjenoppstarte anlegget (vanligvis ca. 24 timer), og man unngår slitasje på anlegget under avstengning og gjenoppstårting.

Ifølge et annet aspekt ved den foreliggende oppfinnelsen er det tilveiebrakt et anlegg for flytende naturgass (LNG) som omfatter: en kondenseringsenhet anordnet i en strømningsbane for anlegget; første middel for å fjerne LNG fra en første lokasjon i strømningsbanen nedstrøms av kondenseringsenheten; én av en fordamper tilpasset for å fordampe fjernet LNG og et varmeapparat tilpasset for å varme opp fjernet LNG, slik at fjernet LNG omformes til gassfase; og andre middel for å tilbakeføre fordampet eller omformet LNG tii strømningsbanen på en andre lokasjon oppstrøms av kondenseringsenheten. Dette aspektet kan fremvise lignende trekk og tekniske virkninger som det tidligere diskuterte aspektet ved oppfinnelsen. LNG-anlegget kan videre omfatte styringsmiddel tilpasset eller konfigurert for å styre minst én/ett av de første midlene, fordamperen eller varmeapparatet, og de andre midlene under oppstart av LNG-anlegget.

Disse og andre aspekter ved den foreliggende oppfinnelsen vil nå bli beskrevet i mer detalj, med henvisning til de vedlagte tegningene som viser de nåværende foretrukne utførelsesformene av oppfinnelsen.

Fig. 1 er et blokkdiagram av et LNG-anlegg ifølge kjent teknikk.

Fig. 2 er et blokkdiagram av et LNG-anlegg ifølge en utførelsesform av den foreliggende oppfinnelsen. Fig. 3 er et blokkdiagram av et LNG-anlegg ifølge en annen utførelsesform av den foreliggende oppfinnelsen. Fig. 1 er blokkdiagram av et LNG-anlegg 10' ifølge kjent teknikk. Anlegget 10' omfatter, i rekkefølge: et innløp 12' for å motta naturgass, en C02-fjerningsenhet 14', en tørke- og kvikksølvfjerningsenhet 16', en forkjølings- eller kjøleenhet 18', en kondenseringsenhet 20' og en LNG-lagertank 22'. En hovedstrømningsledning 24' går fra innløpet 12' tii LNG-lagertanken 22. Den generelle driften av et slikt LNG-anlegg er kjent for fagpersonen og vil ikke bli beskrevet i ytterligere detalj her.

I en kjent oppstartsprosedyre avbrennes naturgass nedstrøms av C02-fjerningsenheten 14', som illustrert i fig. 1 ved henvisning F. Avbrenning av naturgass fører imidlertid til tap av naturgass og uønskede utslipp.

Fig. 2 er et blokkdiagram av et LNG-anlegg 10 ifølge en utførelsesform av den foreliggende oppfinnelsen. LNG-anlegget 10 i fig. 2 omfatter, i rekkefølge: et innløp 12 for å motta naturgass, en C02-fjerningsenhet 14, en tørke- og kvikksølvfjerningsenhet 16, en forkjølings- eller kjøleenhet 18, en kondenseringsenhet 20, en endeavgassings- eller N2-fjerningsenhet 21 og en

LNG-lagertank 22. En hovedstrømningsledning eller -bane 24 går fra innløpet 12, gjennom de diverse enhetene 14-21, og til LNG-lagertanken 22. En gjennomgangsledning til LNG-lagertanken 22 er angitt med 25.

I tillegg omfatter anlegget 10 en LNG-pumpe 26 og en LNG-fordamper 28. LNG-pumpen 26 er i fluidkommunikasjon med LNG-lagertanken 22 via ledning 30, og med LNG-fordamperen 28 via ledning 32. Videre er LNG-fordamperen 28 i fluidkommunikasjon med hovedstrømningsledningen 24 ved en lokasjon 34 mellom den siste av gassforbehandlingsenhetene 14-16, nemlig tørke- og kvikksølvfjerningsenheten 16, og forkjølingsenheten 18 via ledning 36. LNG-pumpen 26 er tilpasset for å pumpe opp LNG fjernet fra LNG-tanken 22 via ledning 30 til et trykk på ca. 5-10 MPa. Fordamperen 28 er tilpasset for å fordampe den fjernede (og trykksatte) LNG-en ved oppvarming under det kritiske trykket for LNG. Ledningene kan for eksempel være rør, rørledninger eller lignende.

Under oppstart av anlegget 10 (innledende oppstart eller gjenoppstått av anlegget 10), dvs. når temperaturen på varmevekslere i kondenseringsenheten 18 er over en produksjonstemperatur (de kan for eksempel være ved omgivelsestemperatur) etter f.eks. en produksjonsstans, avstenges den ordinære gasstrømningen ved innløpet 12, og LNG fjernes eller trekkes ut fra LNG-lagertanken 22 og tilveiebringes til LNG-pumpen 26 ved hjelp av ledning 30. Fjernet LNG pumpes deretter opp til et trykk på ca. 5-10 MPa ved hjelp av LNG-pumpen 26. Den trykksatte LNG-en tilføres deretter via ledning 32 til LNG-fordamperen 28 der den fordampes og følgelig omformes til gassfase. Deretter blir den fordampede LNG-en matet eller tilbakeført eller på annen måte returnert inn i hovedstrømningsbanen 24 via ledning 36.

Den tilbakeførte fordampede LNG-en transporteres eller resirkuleres deretter i hovedstrømningsbanen 24 gjennom kondenseringsenheten 20 for å avkjøle varmevekslere (ikke vist) i kondenseringsenheten 20. Den resirkulerende naturgassen fungerer som et kjølelegeme for et kuldemedium i varmevekslerne og anvendes følgelig ikke direkte som et kuldemedium i varmevekslerne.

Fremgangsmåten ifølge denne utførelsesformen fortsetter inntil varmevekslerne når en produksjonstemperatur, typisk fra ca. -35 °C i forkjølingsenheten 18 ned til under -100 °C i kondenseringsenheten 20, og deretter følger den regulære produksjonsprosessen.

LNG-pumpen 26, LNG-fordamperen 28 og ledningene 30, 32, 36 i fig. 2 er dimensjonert og/eller styrt slik at fordampet LNG tilbakeføres ved en hastighet som tilsvarer ca. 1-10 %, eller spesifikt 1-5 %, av anleggets 10 fulle eller regulære produksjonshastighet. Slik styring kan utføres av et styringsmiddel (ikke vist) på anlegget 10.

Fig. 3 er et blokkdiagram av et LNG-anlegg 10 ifølge en annen utførelsesform av den foreliggende oppfinnelsen. LNG-anlegget 10 i fig. 3 omfatter, i rekkefølge: et innløp 12 for å motta naturgass, en C02-fjerningsenhet 14, en tørke- og kvikksølvfjerningsenhet 16, en forkjølings- eller kjøleenhet 18, en kondenseringsenhet 20, en endeavgassings- eller N2-fjerningsenhet 21 og en LNG-lagertank 22. En hovedstrømningsledning eller -bane 24 går fra innløpet 12, gjennom de diverse enhetene 14-21, og til LNG-lagertanken 22. Ledningen mellom kondenseringsenheten 20 og endeavgassings- eller N2-fjerningsenheten 21 er angitt med 23, og en gjennomgangsledning til LNG-lagertanken 22 er angitt med 25.

I tillegg omfatter anlegget 10 en LNG-pumpe 26 og en LNG-fordamper 28. LNG-pumpen 26 er i fluidkommunikasjon med endeavgassings- eller N2.fjerningsenheten 21 via ledning 30, og med LNG-fordamperen 28 via ledning 32. Videre er LNG-fordamperen 28 i fluidkommunikasjon med hovedstrømningsledningen 24 ved en lokasjon 38 mellom innløpet 12 og den første gassforbehandlingsenheten, nemlig C02-fjerningsenheten 14, via ledning 40. LNG-pumpen 26 er tilpasset for å pumpe opp LNG fjernet fra LNG-tanken 22 via ledning 30 til et trykk på ca. 5-10 MPa. Fordamperen 28 er tilpasset for å fordampe den fjernede (og trykksatte) LNG-en, under det kritiske trykket for LNG. Ledningene kan for eksempel være rør, rørledninger eller lignende.

Under nedkjøring av anlegget 10, f.eks. når LNG-tanken 22 er full, eller når det er et avbrudd eller betydelig reduksjon i tilførselen av naturgass gjennom innløpet 12, avstenges den ordinære gasstrømningen ved innløpet 12 med eller uten hensikt, og LNG kan fjernes eller trekkes ut fra endeavgassings- eller N2-fjerningsenheten 21 og tilføres LNG-pumpen 26 ved hjelp av ledning 30. Fjernet LNG pumpes deretter opp til et trykk på ca. 5-10 MPa ved hjelp av LNG-pumpen 26. Den trykksatte LNG-en tilføres deretter via ledning 32 til LNG-fordamperen 28 der den fordampes og følgelig omformes til gassfase. Deretter blir den fordampede LNG-en matet eller tilbakeført eller på annen måte returnert inn i hovedstrømningsbanen 24 via ledning 40.

Den tilbakeførte fordampede LNG-en transporteres eller resirkuleres deretter i hovedstrømningsbanen 24 for å holde anlegget 10 i drift ved en redusert hastighet. LNG-pumpen 26, LNG-fordamperen 28 og ledningene 30, 32, 40 i fig. 3 er dimensjonert og/eller styrt slik at den fordampede LNG-en tilbakeføres ved en hastighet som tilsvarer ca. 30 % av anleggets 10 fulle eller normale produksjonshastighet, eller ved en hastighet som er lik anleggets 10 nedkjøringshastighet. Slik styring kan utføres av de ovennevnte styringsmidlene.

Fremgangsmåten ifølge denne utførelsesformen fortsetter inntil LNG kan lastes fra lagertanken 22 som vanlig, eller tilførselen av naturgass ved innløpet 12 gjenopptas, for eksempel, og full produksjon på anlegget 10 kan fortsette.

Ledningene 42 og 44 kan alternativt tilveiebringes for å tilføre fordampet LNG også ved andre lokasjoner. Fordampet LNG kan for eksempel tilføres via ledning 42 i tilfelle C02-fjerningsenheten 14 ikke fungerer som den skal, eller via ledning 44 i tilfelle tørke- og kvikksølvfjerningsenheten 16 er i uorden. Videre kan LNG alternativt tas fra ledning 23 mellom kondenseringsenheten 20 og endeavgassings- eller N2-fjemingsenheten 21 via ledning 46, eller fra LNG-lagertanken 22 via ledning 48. De valgfrie og alternative ledningene er illustrert med stiplede linjer i fig. 3, og ledningene kan for eksempel være egnede rør, rørledninger eller lignende.

LNG-anlegget 10 ifølge den foreliggende oppfinnelsen har typisk en minimumskapasitet på 1 MTPA (million tonn per år). Den foreliggende oppfinnelsen kan imidlertid også anvendes på anlegg med en kapasitet på ned til 0,1 MPTA, for eksempel.

Fagpersonen vil forstå at den foreliggende oppfinnelsen på ingen måte er begrenset til utførelsesformene som er beskrevet ovenfor. Tvert imot er mange modifikasjoner og variasjoner mulig innenfor omfanget av de vedlagte patentkravene.

For eksempel, i stedet for å fordampe fjernet LNG, kan fjernet LNG varmes opp, typisk over dens kritiske trykk, slik at LNG-en endres eller går over til gassfase. I et slikt tilfelle kan fordamperen 28 erstattes med et varmeapparat tilpasset for å varme fjernet LNG slik at den fjernede LNG-en omformes til gassfase.

Claims

1. Fremgangsmåte for oppstart av et anlegg (10) for flytende naturgass (LNG), der anlegget inkluderer en kondenseringsenhet (20) anordnet i en strømningsbane (24) for anlegget, hvori fremgangsmåten omfatter: å fjerne LNG fra en første lokasjon (22; 21) i strømningsbanen nedstrøms av kondenseringsenheten; å fordampe fjernet LNG, eller varme opp fjernet LNG slik at fjernet LNG omformes til gassfase; og å tilbakeføre fordampet eller omformet LNG til strømningsbanen ved en andre lokasjon (34; 38) oppstrøms av kondenseringsenheten.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, videre omfattende: å øke trykket i fjernet LNG.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 2, hvori trykket til fjernet LNG økes ved å pumpe opp fjernet LNG til et trykk på ca. 5-10 MPa før fjernet LNG fordampes eller omformes.

4. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av de foregående kravene, hvori fordampet eller omformet LNG tilbakeføres ved en hastighet under anleggets fulle produksjonshastighet.

5. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av de foregående kravene, utført under oppstart av anlegget.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 5, hvori LNG fjernes fra en LNG-lagertank (22) på anlegget eller fra en gjennomgangsledning (23) til anleggets lagertank.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 5 eller 6, hvori fordampet eller omformet LNG tilbakeføres til strømningsbanen oppstrøms av en forkjølingsenhet (18) på anlegget, men nedstrøms av en gassforbehandlingsenhet (16) på anlegget.

8. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 5-7, hvori fordampet eller omformet LNG tilbakeføres ved en hastighet som tilsvarer ca. 1-10 % av anleggets fulle produksjonshastighet.

9. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 5-8, hvori tilbakeført fordampet eller omformet LNG anvendes som et kjølelegeme for varmevekslere i kondenseringsenheten.

10. Anlegg (10) for flytende naturgass (LNG), som omfatter: en kondenseringsenhet (18) anordnet i en strømningsbane (24) for anlegget; første middel (30) for å fjerne LNG fra en første lokasjon (22; 21) i strømningsbanen nedstrøms av kondenseringsenheten; én av en fordamper (28) tilpasset for å fordampe fjernet LNG og et varmeapparat tilpasset for å varme opp fjernet LNG slik at fjernet LNG omformes til gassfase; og andre middel (36; 40) for tilbakeføring av fordampet eller omformet LNG til strømningsbanen ved en andre lokasjon (34; 38) oppstrøms av kondenseringsenheten.

11. LNG-anlegg ifølge krav 10, videre omfattende styringsmiddel tilpasset for å styre minst ett av de første midlene, fordamperen eller varmeapparatet, og de andre midlene under oppstart av LNG-anlegget.