NO337280B1 - Forbedring ved luftkjølte varmevekslere - Google Patents

Description

Teknisk felt

[0001] Foreliggende oppfinnelse vedrører forbedringer i forbindelse med luftkjølte varmevekslere, og mer spesifikt, varmevekslere anordnet på flytende prosessanlegg. Mest spesifikt, angår oppfinnelsen forbedringer i forbindelse med luftkjølte varmevekslere på LNG-prosessanlegg som er

anordnet på offshore flytere.

Bakgrunn

[0002] Naturgass blir viktigere som verdens energibehov øker. Naturgass er lett tilgjengelig, særlig med de nye teknologiene nå benyttes for å hente ut og benytte skifergass. Naturgass er mye renere forbrenning enn olje og kull, og har ikke fare eller avfall deponering problemer forbundet med kjernekraft. Etterforbrenningsutslipp av klimagasser fra naturgass er lavere enn for olje, og bare om lag en tredjedel av utslippene fra kull.

[0003] Det er betydelig internasjonal handel med naturgass, og prisen varierer betydelig i ulike deler av verden. En stor del av denne handelen er i form av flytende naturgass (LNG). LNG blir produsert ved hjelp av to hovedbehandlingstrinn. Det første trinnet er gass forbehandling for å fjerne komponenter som kan størkne når de blir avkjølt til kryogeniske temperaturer, hovedsakelig sure komponenter og vann. Sporelementer, hovedsakelig kvikksølv som kan danne amalgam - spesielt med aluminium prosesskomponenter - blir også fjernet fra gassen.

[0004] Tunge hydrokarbonfraksjoner eller kondensat (NGL) kan fjernes fra gassen i den første eller andre av de to LNG behandlingstrinn. Det andre behandlingstrinnet er hovedsakelig kondensering av den rensede gass, som består hovedsakelig av metan. Metanet, sammen med små mengder av tyngre komponenter er flytende ved atmosfærisk trykk og omkring - 163° C. Etter flytendegjøring blir LNG fraktet til bestemmelsesstedet og omgjort til gass.

[0005] Behandling av naturgass for å produsere LNG har tradisjonelt blitt gjort på store landbaserte anlegg, som inkluderer de to trinnene forbehandling og LNG på samme sted. Den siste utviklingen i teknologi og markeder har aktivert bygging av LNG-anlegg på flytende konstruksjoner, en utvikling som har inspirert flytting av en vesentlig del av LNG prosessanlegg offshore til flytende naturgass kondenseringsanlegg (FLNG).

[0006] FLNGene er vanligvis laget for å være plassert i en avstand fra en kyst og er forbundet med naturlig gass ved rørledninger. FLNGene er typisk også designet for å fungere som bufferlagere for LNG og som terminaler for lasting av LNG tankskip som brukes til transport av LNG til markedene.

[0007] Den siste utviklingen mot FLNGs har gjort offshore naturgassressurser mer tilgjengelig for markedet, og har resultert i en reduksjon av kapitalkostnader for å etablere et LNG-anlegg. Andre viktige drivere for offshore LNG-inkludere reduksjon av landbaserte miljøvirkninger; reduksjon av arealbruk problemer for utstyr og infrastruktur; og redusert sannsynlighet for motstand fra lokalsamfunnene. Hele FLNG anlegget kan bygges ved verft, som er effektiv og forbedrer kvalitetskontroll, kostnadskontroll og reduserer byggetid. FLNG-er er også mobile og kan flyttes til alternative steder hvis det er nødvendig.

[0008] Mange studier av FLNG teknologier har blitt utført i løpet av de siste par tiårene. For tiden er flere prosjekter i gang over hele verden. Til dags dato har selve byggingen startet for tre enheter: Shell Prelude prosjektet, Exmar / Pacific Rubicales lekter prosjektet, og Petronas FLNG 1 prosjektet.

[0009] I disse og andre prosjekter, vil både gass pre-prosessering og kondensering typisk være plassert på dekket av FLNG. Plassen under dekk blir brukt for LNG lagring og marine-spesifikt utstyr. Arealet som er tilgjengelig på et FLNG-dekk er vanligvis bare omkring 20% av arealet som brukes til tilsvarende anlegg på land. Blant andre design-begrensninger, representerer dette redusert arealet for prosessen et sikkerhetsspørsmål, herunder nærhet til boligkvarter og begrenset plass for sikkerhetsbarrierer. Det er også av betydning at det også begrenser størrelsen på prosessanlegg og mulighetene for å utnytte stordriftsfordeler.

[0010] Følgelig, i tillegg til sikkerhetsspørsmål, medfører kondenserings-prosessen miljøproblematikk. Flytendegjøringsprosessen genererer store mengder varme, som må overføres til miljøet. Med dagens design, trenges store mengder sjøvann for kjøleformål ombord FLNGen, vann som deretter slippes tilbake til sjøen ved en høyere temperatur. Dette kan være skadelig for marint liv, da det på grunn av mekaniske spenninger i sjøvann rør, pumper og annet utstyr, brukes giftige kjemikalier for å hindre begroing, og den økede temperatur vann. I kystnære farvann, der marine livet er rikt, tillater visse jurisdiksjoner ikke bruk av sjøvann for kjøling i det hele tatt, med andre forventes å følge.

[0011] Alternativet til sjøvannskjøling er luftkjøling. Imidlertid krever luftkjøling vesentlig mer plass enn sjøvannskjøling. Denne plass er proporsjonal med kjølebehovet og den Logaritmisk Gjennomsnittlige tetemperaturforskjellen (LMTD) mellom luften og prosessvæsken som skal kjøles. Fotavtrykk av et godt designet luftkjøling system, typisk med en LMTD på 30<0>C, kan være i størrelsesorden 1000 m<2>per 100MW kjølingbehov. Dette er en utfordring, spesielt når det er tilgjengelig plass bare er omkring 20% av plassen som brukes på land for tilsvarende anlegg.

[0012] Kondenseringsanlegg er vanligvis enten effektive grunnlastsystemer eller mindre effektive, men enklere peak-shaving systemer. Kjente kjølemidler, for eksempel hydrokarboner eller nitrogen, sirkulerer i kjølesystemer som omfatter kompressorer, luftkjølte varmevekslere, og LNG-vekslere. Avhengig av kjølesystemet som kjølemedier, kan kjølemediet bli eller ikke bli kondensert i luftkjølerne før de blir ført til LNG-vekslere.

[0013] I normale situasjoner, vil det være ønskelig eller nødvendig for å kjøle / kondensere kjølemediene til omkring 30 ° til 40 ° C før kjølemediet føres til LNG-vekslere. Imidlertid, i tempererte områder, kan design omgivelses-lufttemperaturen være forholdsvis høy (for eksempel 32 ° C (90 ° F)) eller høyere, og det er forventet at tilnærmingen temperaturen for den luftkjølte varmevekslere bør være minst 10 °C, fortrinnsvis 15 °C eller mer.

[0014] Ingeniører innen feltet vil vite at dette problemet kan løses ved å drive kompressor mellom-trinns-kjølerne ved høyere temperaturer, og komprimere kjølemidlene, spesielt et kjølemiddel som skal kondenseres, til høyere trykk enn normalt. All kjøling og kondensering skjer derfor ved høyere temperaturer, noe som muliggjør luft-kjøling med høy LMTD og høy luftkjøler tilnærmingstemperaturer selv i tempererte områder. Dessverre, reduserer alt dette i betydelig grad kondenseringseffektiviteten, øker energibehovet og øker dermed kjølebehovet, som delvis motvirker strategien ved økning av LMTD og oppnå luftkjøling.

[0015] Tabell 1, se nedenfor, illustrerer dette ved å sammenligne arbeid og kjølebehov for to flytendegjøringsprosesser med vann- og luftavkjøling. Flytendegjøringhastigheten er 400 metriske tonn per time, fødegassen er ved 60 bar og 25 ° C, og består av 98 mol% metan, 1,5 mol-% etan og 0,5 mol% propan

[0016] Som det fremgår av tabell 1, er kjølebehovet for luftkjølte systemer er

vesentlig høyere enn kjølebehovet for et vannkjølt system.

[0017] Luftkjøling som sådan er velkjent teknologi, og er mye brukt på land for kraftverk, bygninger og mange andre formål. Figur 1 illustrerer en luftkjøler 1 anordnet på et stativ 2. Innkommende luft for kjøling strømmer inn i

luftkjøleren nedenfra som antydet med pilene 3, og utgående luft, og oppvarmet, blir luft slippes ut ved toppen av kjøleren som vist med pilene 4. varmeoverføringsmedium sirkulasjon er indikert med linjer 5. Luften

suges inn fra undersiden, ved hjelp av en vifte. Denne luft passerer over en spiral, som inneholder prosessvæsken som skal kjøles. Den luft som strømmer ut fra luftkjøleren er normalt varmere enn den omgivende luft, og vil ha en tendens til å stige på grunn av den lavere densitet. Imidlertid kan en del av den utgående oppvarmede luft strømmer tilbake inn i luftinntaket og dermed redusere avkjølingseffektiviteten.

[0018] På en flyter, med ulike vindretninger og store matriser av luftkjølere, vil en slik resirkulering være sannsynlig, og ville være skadelig for ytelsen til luftkjølesystemet. På land er dette problemet er delvis løst ved å spre luftkjølere over et stort område, og ved å tilveiebringe en høy lufthastighet ut av kjølerne.

[0019] Luftkjølere er også utsatt for begroing eller avsetning av forurensninger på varmeveksleranordninger overflater slik som rør eller finneforsynte rør som inneholder varmeoverføringsmedium. På flytere, kan slike forurensninger være salt, røyk eller oljetåke. Dette reduserer varmeoverførings-effektiviteten. I mange situasjoner er slik begroing spådd på forhånd, og kjølere er overdimensjonert tilsvarende. Med begrenset plass på en flyter, kan slik overdimensjonering ikke være praktisk. Det er kjent at gassturbiner i kyst- eller offshore-områder har lignende problemer. I dette tilfellet, har løsningen vært å anbringe inntaksluftfiltre.

[0020] En ytterligere utfordring er bestemmelse av design-lufttemperaturen. I mange områder er den årlige gjennomsnittlige lufttemperaturen mye lavere enn sommer topptemperaturen. Videre kan sommer topptemperaturen oppstå bare noen få dager i året. Det kan være meget ønskelig å dimensjonere luftkjølere basert på en gjennomsnittlig temperatur i stedet for topptemperaturen, siden dette kan redusere antall luftkjølere.

[0021] Imidlertid, betyr dette at på varme dager kan kjølekapasiteten bli sterkt redusert. I noen tilfeller er dette problemet løst ved hjelp av en design lufttemperatur som er lavere enn årlig topptemperatur, og ved hjelp av en vanndusj ved luftkjølerinntaket på meget varme dager. Dette reduserer temperaturen til akseptable nivåer, fordi luftens våttemperatur vanligvis er lavere enn den tørre luftens temperatur.

[0022] Den viktigste faktoren som avgjør økonomien i et FLNG er LNG-produksjonsraten. Høyere produksjonsrate krever forholdsmessig mer kjøling og øker luftkjøleren fotavtrykk tilsvarende.

[0023] Alt dette viser at det er meget ønskelig å ha så mye luftkjølekapasitet som

mulig, særlig på FLNGs hvor plassen er begrenset.

[0024] En nylig tilpasning av FLNG, som øker den tilgjengelige plassen på en floater, er en kystnær flytendegjørings-, lagrings- og losse- (CLSO) anordning. CLSO-tilpasningen adresser FLNG plassbegrensninger, sikkerhet, miljøhensyn og alle viktigste, prosesseringskapasiteten. Det første behandlingstrinn, gass pre-prosessering, blir i hovedsakelig utført på land, på separate terminaler eller på dedikerte flytende systemer, i stedet for som opptar verdifull plass på FLNG. Den pre-prosesserte gassen føres deretter til en eller flere flytende CLSOer, som nå har mye mer dekksplass tilgjengelig. Ekstra dekksplass på CLSO, frigjort ved å fjerne pre-prosessering, kan brukes for ekstra sikkerhet. Den ekstra dekksplass åpner også muligheten for å bruke luft-kjøling i stedet for sjøvannskjøling, noe som løser problemene ved sjøvannsinntaket og tilhørende miljøproblemer. Imidlertid ville det være bedre å bruke denne plass for ekstra produksjonskapasitet, uten å falle tilbake på sjøvannskjøling, om mulig. Videre finnes muligheter for høyere kapasitet for flytendegjøring med resulterende økonomiske fordeler.

[0025] En stor CLSO kan f.eks. ha en lengde på 350 m og bredde på 60 m, svarende til skrogdimensjonene til eksisterende, vellykkede fartøysdesign. Dekksplassen er derfor omkring 20.000 m<2>. Ønsket produksjon kan være i størrelsesorden 1.000 tonn LNG per time for denne størrelsen CLSO. Ifølge tabell 1, vil dette for et luftkjølt grunnlastsystem, kreve minst 600 MW kjøling. Med luftkjølere som krever omkring 1000 m2 per 100 MW kjøling, vil dette kreve 6.000 m<2>dekksareal eller om lag en tredjedel av CLSO dekk.

[0026] Gitt disse kravene, medfører luftkjølere plassert på dekk visse problemer hva angår design og økonomi: det vil være svært vanskelig å sikre at alle kjølere få frisk luft og ikke luft som er delvis resirkulert og at det derfor for blir varmt for effektiv drift; for et så stort utvalg av kjølere, levering av inntaksluftfiltre og vannspreder på varme dager ville blitt uhåndterlig; og siden LNG produksjonskapasitet er avhengig av tilgjengelig plass luftkjølere, hvis den plasseres direkte på dekket, vil i betydelig grad redusere tilgjengelig for LNG-kapasitet plass.

[0027] En alternativ utforming er å lokalisere luftkjølere en på en utligger 6 anordnet på en side av skroget 7 slik som vist i figur 2. For en flyter av den størrelse nevnt ovenfor, har braketten til å være omtrent 17 m bred i hele lengden av floater, f.eks. omtrent 350 m, for å tilveiebringe et areal på 6,000 m2. I tillegg til dette, kan områder for luft kjøligere tilgang måter være nødvendig for vedlikehold. Dette er ikke veldig praktisk. I tillegg vil luftkjølere bli utsatt for salt sjøvann tåke. Behovet for å gi filtre og friskt vann spray på kjølerne på varme dager vil ytterligere komplisere dette design tilnærming.

[0028] Alternative konfigurasjoner er vist i figurene 3 og 4. Disse konfigura-sjonene hever andre problemer, slik som høyde, varm luft blåses inn i dekket av flyteren eller ikke-symmetrisk moment som skapes av luftstrømmen fra kjølerne. Luft resirkulering, noe som er skadelig for den luft kjøler effektivt, ville være et problem i alle disse tilfellene.

[0029] Fra GB903397A er det kjent en luftkjølersammenstilling omfattende et flertall luftkjølere hvor luftkjølerne er anordnet i to parallelle rader vid siden av hverandre på en hovedsakelig horisontal plate med sidevegger hvor den horisontale platen og sideveggene danner et innsugingskammer, som trekker inn luft i store langsgående åpninger i sideveggene.

[0030] N0328852B, beskriver en flyter av to konverterte LNG-tankere for å gi et katamaranskrog. Noen av LNG-lagringstankene er tatt bort for å gi plass til LNG prosesseringsutstyr. Det benyttes her vann for kjøling for fremstillling av LNG.

[0031] En hensikt med den foreliggende oppfinnelse er derfor å tilveiebringe

forbedringer i luft kjøler effektivt for slike flytere som beskrevet ovenfor. Oppsummering av oppfinnelsen

[0032] I henhold til et første aspekt, den foreliggende oppfinnelse vedrører en luftkjøleren sammenstilling som omfatter et flertall av luftkjølere,karakterisert vedat de luftkjølere er anordnet på en kanal, kanalen har form av et rett prisme som har en polygonal tverrsnitt, og hvor kanalen har ett luftinntak for å ta i kjøleluft for å bli distribuert til alle luftkjølere. Arrangement av luftkjølere med en kanal som har en luftinnløp, og hvor luften føres inn gjennom luftinnløpet blir distribuert til alle luftkjølere er anordnet på røret, gjør det mulig å styre inntaket av luft og for å fastslå at luft oppvarmet ved avkjøling av luftkjølere er ikke resirkuleres tilbake til luftkjølerne for å redusere avkjølingseffektiviteten derav. I tillegg kontrollert inntak av luft for kjøling tillater fjerning av sjøvann, faste stoffer etc. fra kjøleluften for å unngå avsetning av salt og andre faste stoffer på varmevekslerflatene, noe som kan resultere i redusert effektivitet av disse.

Følgelig kan vedlikehold for fjerning av faststoff fra

varmevekslingsoverflatene bli vesentlig redusert.

[0033] Ifølge en utførelsesform er lengdeaksen av kanalen er i det vesentlige horisontalt anordnet. Kanalen er fortrinnsvis innrettet i det vesentlige horisontalt for å kontrollere høyden av konstruksjonen. For bruk ombord flytere, som beskrevet her, har høye konstruksjoner skal holdes på et minimum for å unngå ustabilitet i den flytende konstruksjon og for å holde vindfløyeffekten lav.

[0034] Ifølge en utførelsesform er luftinnløpet er forsynt med en eller flere vifte(r). Vifter i luftinntaket er foretrukket å forsikre seg om at luft føres inn i kanalen via luftinntaket, bare. Viften(e) danner et visst overtrykk inne i kanalen i forhold til omgivelsene, for å unngå ukontrollert inntrengning av luft gjennom andre åpninger i kanalen. I tillegg er viftene er viktig for å overvinne trykkfallet over ethvert utstyr for fjerning av vann og / eller faststoffer fra den innkommende luften.

[0035] Luftinnløpet kan være forsynt med separatorer for separering av væske og partikler fra den innkommende luften. Innholdet av væsker, slik som saltvann, og faste stoffer i den innkommende luften må holdes lavt for å unngå salt og andre faste stoffer å avsette eller slå seg ned på varmevekslerflatene til luftkjølere. Separatorene er et middel for nevnte reduksjon.

[0036] Ifølge en utførelsesform er luftinnløpet er forsynt med en eller flere sprøytemunnstykke(r) for fukting og kjøling av innkommende luft. Kontrollert innføring av vann i form av spray kan være foretrukket for å øke fuktigheten i luften, og dermed varmekapasiteten av denne for å øke effektiviteten av luftkjøleren.

[0037] Et filter for fjernelse av små vanndråper kan være anordnet nedstrøms for

spray dyse(r).

[0038] Ifølge et andre aspekt ved den foreliggende oppfinnelse vedrører en flyter for LNG-produksjon som omfatter et flertall av luftkjølere for å oppnå den kjølekapasitet er nødvendig,karakterisert vedat luftkjøleren er anordnet på en kanal, hvor kanalen har form av en rett prisme med et mangekantet tverrsnitt, og hvor kanalen har ett luftinntak for å ta i kjøleluft for å bli distribuert til alle luftkjølere.

[0039] Ifølge en utførelsesform er flyteren forankret via en svivelfortøyning eller et tårn, hvor flyteren blir tillatt å dreie etter været for å holde luftinnløpet mot vinden. Ved å holde flyteren på plass ved hjelp av en forankret turretkolonne, hvor en lagringsanordning gjør det mulig for flyteren å dreie seg etter været ved å bevege seg rundt turretkolonnen, og et fluidoverføringssystem som omfatter en svivel med tilhørende utstyr, hvor flyteelementet og kanalluftinnløpet kan være holdt hovedsakelig motvinds. Ved å holde flyteelementet og således luftinnløpet mot vinden sikres at den kaldeste luften som er tilgjengelig føres inn i luftinntaket, og at luften som er oppvarmet i luftkjølerne og slippes ut i omgivelsene, ikke blir returnert inn i kanalen og til slutt luftkjølere, da dette ville resultere i varmere luft i kanalen og således lavere kjøleeffekt.

[0040] Ifølge en utførelsesform, er flyteren en langstrakt skipsformet flyter som har en baugende og en akterende, hvor tårnet og svivelen er anordnet i baugenden av flyteelementet og hvor kanalen er anordnet i det vesentlige parallelt med lengdeaksen til flyteren.

[0041] Ifølge et tredje aspekt vedrører foreliggende oppfinnelse en fremgangsmåte for fremstilling av LNG fra naturgass ombord i en flyter, som er kjennetegnet ved følgende trinn:

- Bringe forbehandlet naturgass ombord i en flyter,

- Avkjøling av naturgassen for å fremstille LNG ved gjentatte sykluser bestående av komprimering, avkjøling og ekspansjon av et kjølemiddel og varmeutveksling mellom det kalde kjølemiddel og naturgassen for å avkjøle naturgassen,

Kjennetegnet ved at nedkjøling av kjølemiddelet under produksjon av LNG blir utført ved hjelp av luftkjølere er anordnet på en eller flere kanaler som er anordnet slik at alle luftkjølere mottar luft fra innsiden av nevnte ene eller flere kanal (er), og hvor den luft som brukes i luftkjølere blir frigitt til omgivelsene gjennom luftkjøleren(e).

[0042] Ifølge en utførelsesform, er kanalen(e) er orientert slik at luftinnløpet derav er mot vinden i forhold til luftkjølerne er anordnet på røret.

Kort beskrivelse av tegninger

[0043] Figur 1 viser en tradisjonell anordning av et luftkjølerstativ, og luftstrømmen inn og ut av luftkjøleren; Figur 2 illustrerer luftkjølere arrangert på en horisontalt ordnet cantilever; Figur 3 viser luftkjølere arrangert på en skrå cantilever; Figur 4 viser en alternativ cantilever ha både horisontale og skrå områder for arrangement av kjølere; Figur 5 illustrerer bevegelse av et turret-forankret fartøy eller flyter som respons på vind; Figur 6 er et tverrsnitt gjennom en kjølerkanal i henhold til foreliggende oppfinnelse; Figur 7 er et tverrsnitt av en alternativ kjølerkanal ifølge foreliggende oppfinnelse; Figur 8 er et sideriss av kjølerkanalen i henhold til den foreliggende oppfinnelse anordnet på en flyter; og Figur 9 er et fugleperspektiv på kjølere og flyter som vist i figur 8. Detaljert beskrivelse av oppfinnelsen

[0044] LNG-anlegg med produksjon tilhørende kraftproduksjon vil i henhold til den foreliggende oppfinnelse være plassert på offshore flytere 10 som vist på figurene 5, 8, 9. Flyteelementet er fortrinnsvis skip-formet, dvs. utformet som et langstrakt flytende "skrog", som har et baugformet fremre ende og en bakre ende. Flyteren 10 er forankret med en eller flere ankere som er forbundet til flyteren via en turret, forankret med ankerliner C, og tilhørende lager- og dreiesystem 11 anordnet ved eller nær baugen til flyteren. Fagmannen vil forstå at betegnelsen "turret" er brukt for å omfatte en dreieskive-forankring og laste- / lossesystem som er mye brukt i offshorevirksomhet, og andre tilsvarende løsninger som kan benyttes for å forankre et skip slik at fartøyet kan rotere med vind og som omfatter rørforbindelser.

[0045] Fortrinnsvis blir gassen som skal avkjøles og flytendegjort forhåndsbehandlet med en eller flere av de følgende prosesser: - Gassnøytralisering, det vil si fjerning av uønskede sure gasser fra naturgassen, - Dehydrering, det vil si fjerning av vann som ellers kan føre til dannelse av hydrater fra gass,

- Hg fjerning,

- Helt eller delvis NGL behandling, det vil si separering av NGL fra gassen og / eller mottak av NGL separert fra gassen på flytere, og fraksjonering av NGL til salgbare produkter, typisk etan, propan, butan og tyngre C5 + fraksjonen, og

- Komprimering av det pre-prosessert naturgass.

[0046] Forhåndsbehandling utføres for å redusere prosesseringen ombord på flyteren til kun flytendegjøringen, og for å unngå separering av NGL som må behandles separat.

[0047] Den forbehandlet naturgass som skal flytendegjøres tilføres via et gassrør 9 (se figur 8) forbundet med turreten og svivelen 11. Flyteren 10 er fri til å

rotere ved kraft til vinden om turreten, så at flyteren 10 vil dreie med vinden som antydet med pilene 12 ved hjelp av virkningen av vinden angitt ved 13, for å holde baugen i det vesentlige opp mot vinden. Ikke vist trustere kan anordnes på flyteren å justere retningen på floater i tilfelle at vinden er for svak til å snu flyteren til den foretrukne retningen. Fagmannen vil også forstå at det kan være foretrukket å plassere flyteren, slik at baugen ikke peker direkte opp mot vinden, men avviker med en vinkel på f.eks.5 til 20 grader fra motvind retningen, for å tillate at eventuelle gasslekkasjer på dekk å blåse bort fra dekket delvis sideveis.

[0048] LNG gjort flytende ombord på flyteren kan lagres i buffertanker i flyterens skrog og lastes for eksport til ikke illustrerte LNG tankskip gjort fast til flyteren for å laste LNG, og deretter transportere LNG til sin destinasjon. Normalt vil slike LNG tankskip fortøye til den ene siden av flyteren.

[0049] Flytendegjøringen vil bli gjennomført ved hjelp av kjente teknologier, enten effektive grunnlastkondenseringsanlegg eller enklere «peak sheaving» LNG-teknologi. Flytendegjøringsprosesser blir drevet av kompressorer med inter- og etter-kjølere, der kompressorer og kjølere redusere entalpien til kjølemiddelet (ene).

[0050] Lav-entalpi kjølemiddelet (ene) blir innføres i LNG veksleren(e) hvor den forbehandlede gass er forhåndskjølt, flytendegjort og underkjølt. Den resulterende LNG er stabil ved atmosfæretrykk og omtrent -163 ° C. Kjølemediet, som har høyere entalpi når man går ut LNG veksleren (e), føres tilbake til kompressorens sugeside.

[0051] Luftkjølere er i henhold til den foreliggende oppfinnelse anordnet på en eller flere luftkjølerkanal(er) 15 anordnet langs den ene siden av flyteren. Luftkjølerkanalen 15 kan ha et hvilket som helst passende tverrsnitt. Luftkjølerkanalen 15 har fortrinnsvis en rett, polygonal prismeform, og har en i hovedsaken horisontal lengdeakse. De viste utførelsesformer i figurene 8 og 9, har rektangulære eller rombiske tverrsnitt, men fagmannen vil forstå at forskjellige polygonale tverrsnitt er aktuelle. Lengden på luftkjølekanalen kan tilsvare den totale lengden av flyteren, men kan være noe kortere, slik som 2 til 20% kortere enn den flyter. Luftkanalen har et luftinntak åpning 14 i enden stenger til fronten, eller bøye seg, den flyter, og en luftuttak 21 åpning på slutten nærmest aktenfor floater 10.

[0052] På grunn av vindinnretningen av flyteren, vil luftinntaksåpningen 14 være mot vinden, og luftutløpet er unna vinds, noe som sikrer at luften som frigjøres fra luftkjølere ikke blir returnert i luftkjølere. Dette optimaliserer luftkjøleeffekt.

[0053] Et værdeksel 17 er fortrinnsvis anordnet foran luftinntaksåpningen 14 for å stanse eller betydelig redusere inntrengning av sjøvann inn i luftkanalen 15. En fagperson vil forstå at værdekselet 17 med fordel omfatte et metallgitter eller en skjerm anordnet slik at luft tillates å strømme gjennom, men som stopper en vesentlig del av vannet som følge av luftstrømmen. Nedstrøms av værdekselet 17, er separatorer 18 er anordnet for å stoppe vann faststoffer, dråper og smådråper over en gitt størrelse. Fortrinnsvis blir dråper og faste stoffer er større 50 mikron i diameter stoppet. Mer foretrukne blir faste stoffer og dråper med en størrelse større enn 30, for eksempel 20 mikron, stoppet av værdekselet og separatorer. Separatorene 18 kan være en hvilken som helst form for pakking er kjent av fagfolk for å være anvendelig for nevnte oppgave.

[0054] Spraydyser 19 til fukting av den innkommende luft kan være anordnet nedstrøms for separatorene 18. Vannet som brukes til fukting er ferskvann eller avsaltet vann for å unngå saltavsetninger på innsiden av kanalen 15. Et filter 20 er fortrinnsvis anordnet nedstrøms for spraydysene for å fjerne overflødig dråper fra sprayen. Ved å sprøyte vann inn i luftstrømmen, kan luften avkjøles fra tørrtemperatur til våttemperatur, noe som kan redusere temperaturen ved for eksempel ca. 5 ° C. Vannet som brukes til sprøyting bør være destillert vann, transportert til flyteren på et forsyningsfartøy.

[0055] En eller flere vifte(r) 16 er anordnet i luftinntaket 14 for kanalen 15 for å sikre tilstrekkelig luftstrøm inn i kanalen 15. Den viste viften(e) 16 er anordnet nedstrøms av filter 20. Viften(e) 16 kan alternativt være anordnet mellom separatorene 18 og filteret 20.

[0056] Luftkjølere 1 er anordnet på sideveggene til luftkjølerkanalen 15, slik at luft for kjøling av kjølerne 1 trekkes ut fra innsiden av luftkjølekanalen 15, og slippes ut i omgivelsene. Denne ordningen, sammen med vindinnstillingen av flyteren, sikrer at varm luft som slippes ut fra luftkjølere ikke resirkuleres inn i samme eller i en naboluftkjøler.

[0057] Lameller 21 er fortrinnsvis anordnet ved den aktre ende av kanalen 15, for å sikre et lite overtrykk inne i kanalen i forhold til det omgivende trykk. Ved å holde et overtrykk inne i kanalen av f.eks.0.002 bar, kan luft som trenger inn i kanalen, bortsett fra gjennom luftinntaket 14, unngås. Lamellene 21, eller et annet egnet kontrollorgan, kan justeres for å opprettholde et slikt lavt overtrykk.

[0058] For å kunne bruke luftkjølere i det hele tatt, flytendegjøringsanlegget være tilpasset at kjølevæsken i kompressorens inter- og etterkjølersystemer er varmere enn normalt, og må derfor være i stand til å overføre spillvarmen til varm omgivende luft. Fagfolk vet hvordan du gjør dette, men å gjøre slikt vil alltid øke den spesifikke kompressoreffekten og dermed kjøleeffekten.

[0059] Den økte kompressoreffekten og økt kjøleeffekt bærer store kostnader i form av redusert LNG-kapasitet, spesielt på en CLSO der tilgjengelig kraft og plass er begrenset. Sammenlignet med å bygge en andre flyter, vil det være mye mer kostnadseffektivt dersom kompressoreffekten kunne reduseres, selv når luftkjølere er brukt, og å øke kondenserings-kapasiteten tilsvarende.

[0060] Kompressoreffekten vil bli redusert hvis luftkjølekapasitet økes ved å øke antall luftkjølere, hvis begroing av luftkjøler varmeoverføringsflatene reduseres, og hvis resirkulering av varm luft over luftkjølere er minimert i all slags vær forhold. I tillegg blir luftkjølekapasiteten økes hvis lufttemperaturen er redusert, for eksempel på varme dager, med vanndusj, som reduserer temperaturen fra den tørrtemperaturen til den lavere våttemperaturen.

[0061] Denne kjøligere arrangement øker tilgjengelig for luftkjølere vesentligste plass, i forhold til normal bruk der luften slippes ut i oppover retning. Denne kjøler arrangement konstaterer også at den varme luft ikke blir omdirigert inn i luftkjølere, så kjøleluften føres inn i kanalen ved toppenden. Ved å rette strømmen eller frigitt varm luft oppover og nedover, vil ikke tverrgående rettede krefter som kan rotere flyteren bli skapt av luftkjølerne. Fagmannen vil forstå at kanalen 15 kan være anordnet på utsiden av dekket av flyteelementet som beskrevet, eller kan være anordnet over dekket. I tillegg kan mer enn en kanal være anordnet på en flyter, for eksempel to eller flere luftkanaler, i henhold til behov for dette.

[0062] Avhengig av konfigurasjonen til kanalen 15, kan luftkjølere 1 være anordnet på to eller flere av overflatene av luftkanalen 15. Figur 7 illustrerer en luftkanal som har et rombisk tverrsnitt, og hvor lengdesnitt gjennom den motsatte hjørner av tverrsnittet er henholdsvis vertikalt og horisontalt. Luftkjølerne 1 er anordnet på alle fire sidevegger i kanalen 15 som vist i figur 7, og luftkjølere er anordnet symmetrisk om horisontale lengdesnitt gjennom den øvre og nedre hjørner av kanalen, slik at sideveis rettede krefter som følge av handling av vifter i luftkjølere, motvirke hverandre, og ikke resulterer i tverrgående krefter på flyteren.

[0063] Den resulterende fremherskende vindretning i forhold til flyteren sikrer at den varme luft som forlater luftkjølerne er blåse bort fra luftinntaket til kanalen 15. Som nevnt ovenfor, er det turret- og svivelarrangement 11 på flyteelementet 10 gjør det mulig for flyteren å dreie etter vinden slik at baugen i det vesentlige er rettet opp mot vinden, slik som rett mot vinden eller avvik f.eks. 2 til 20 ° vindretningen. Fortrinnsvis er kanalen og luftkjølerne anordnet le, eller unnavindssiden ved bunn eller vindretningen side til flyteren dersom flyteren har en orientering som avviker fra å peke rett mot vinden. Det kan være foretrukket å anordne turreten, eller å konstruere flyteren, slik at flyteren ikke dreier med vinden slik at baugen er rett mot vinden. Et avwik fra rådende innkommende vindretning f.eks. fra 5 til 15 grader fra en posisjon rett mot vinden, kan det være foretrukket for

å sikre seg om at enhver gass på grunn av gasslekkasjer på flyteelementet blåses delvis sideveis og bort fra luftkjølere, ikke inn på flytedekket. En automatisk orientering ved å virke som værhane som avviker fra direkte motvind, som beskrevet her kan oppnås ved å anordne turreten på den ene side av lengdeaksen av flyteren, og / eller ved hjelp at overbygningen ombord på flyteelementet virker som et vindseil for å dreie flyteelementet til en side.

[0064] Fagmannen vil forstå detaljene og variasjoner for den forankrede turret, lagringsarrangementet for at flyteren skal innrette seg etter vinden, og turreten som muliggjør gassoverføring fra den faste rørledning retning inn i det variable retningen til flyteren, som alle er vist som element 11 i figur 5.

[0065] Lufkjøligerefekt kan beskrives ved følgende ligning:

Q = UA<*>LMTD

hvor

Q = effekt, W

UA = luftkjølerstørrelse, W / ° C

LMTD = logaritmisk midlere temperaturforskjellen (mellom luft og prosessvæske i luftkjølere)

[0066] Som et eksempel ville luftkjølere med og UA av 1.4e + 6 W/°C okkupere et fotavtrykk område på 300m<2>. Dersom LMTD er 30 ° C, vil den totale kjøleeffekten være 42 MW. Dersom LMTD for disse kjølere blir redusert til 15 ° C, blir effekt eller kapasitet for avkjøling prosessvæsker redusert til 21 MW. Men i dette tilfellet vil prosessfluid eller kjøletemperaturen være mye nærmere den lufttemperatur, dvs. kaldere. Dette vil i de fleste tilfeller forbedre prosesseffektiviteten betydelig. Effekten til luftkjølere blir redusert ved å redusere LMTD, men kan økes i henhold til oppfinnelsen ved hjelp av kanalen med ledig plass både oppover og nedover, doble antall luftkjølere. Så blir effekten brakt tilbake opp til 42 MW, under samtidig opprettholdelse av LMTD på 15 ° C, og de tilsvarende kaldere kjølemiddel-temperaturer.

[0067] Et annet eksempel viser driftsbetingelsene for kanalen for en bestemt luftkjølingeffekt. Med utgangspunkt i en flyter 350 m lang, med en 300 m rektangulær kanal 15m bred og 12m høy. Det totale arealet for luftkjølere, forutsatt god plass for tilgang og vedlikehold, er 3000 m<2>for luftkjølere vendt oppover, og det samme for luftkjølere vendt nedover. Det totale luftkjølerenarealet er 6000 m<2.>Dette gir en total UA på 1,4 E + 6 x (6000/300) W / ° C, eller 28 MW / ° C. Videre er LMTD 22 ° C, noe som gir en total kjøleeffekt på 28 x 22 MW eller 616 MW.

[0068] For e7 grunnlast LNG-system med kapasitet 400 tonn LNG per time, er kjøleeffekten 236,9 MW i henhold til tabell 1. Med en kjølekapasitet på 616 MW, er produksjonskapasiteten 400 x (616 / 236,9) metriske tonn per time, eller omkring 1040 tonn LNG per time.

[0069] Tabell 2 gir en oversikt over kanal og luftkjølernes driftsbetingelser for dette eksempelet. Massestrømmen av luft er 12 300 kg / s og lufthastigheten ved innløpskanalen er 57 m / s. Denne hastigheten blir gradvis redusert til nær null ved den bakre kanalutløpet grunnet luftforbruket til luftkjølerne. Det totale trykkfall i kanalen innløpet og kanalen i seg selv er ca. 0.006 bar. En 8,5 MW vifte er nødvendig for å overvinne dette trykkfall.

[0070] En svært effektiv luftkanal inntaksfilter har vært antatt, i likhet med filtre som brukes i gassturbiner i kystnære områder. Et mindre effektivt filter eller en forstørret luftinntak vil redusere trykkfallet og redusere vifteeffektbehov, for eksempel til 2 eller 3 MW. Luftmengden er stor, men kan reduseres ved å øke lufttemperaturøkningen i luftkjølerne. Dette vil redusere lufthastigheten i kanalen, og redusere vifteeffekten ytterligere.

[0071] En fagperson innen feltet vil vite at økning av lufttemperaturen i luftkjølere kan skje ved å redusere antallet av trinn i et tog av kompressorer og mellomkjølere i kjølesystemet, slik som fra tre til to trinn, samtidig som den totale trykkøkningen opprettholdes. Dette vil i betydelig grad øke utløpstemperaturen fra det (de) gjenværende kompressortrinnet (ene), mater luftkjølere med mye varmere prosessfluid, som derfor kan varme opp luften til en høyere temperatur. Som en illustrasjon, i stedet for å varme opp luften fra 20 ° til 80 ° C, den kan oppvarmes fra 20 ° til 140 ° C, noe som reduserer luftstrømmen med omtrent 50%. Kompressorer som kan arbeide med færre trinn og høyere trykkøkning over hvert trinn kan for eksempel benytte supersoniske sjokkbølgeteknologi i stedet for konvensjonell turbo-kompressor teknologi

[0072] Et tredje eksempel viser hvordan kompressoreffekten blir redusert ved økning av tilgjengelig areal for luftkjøling, for eksempel i en kanal, hvor luft fra luftkjølerne kan slippes vertikalt nedover i tillegg til vertikalt oppover. Kompressoren kan være en integrert del av en naturgasskondenserings-prosess eller en generell gasskompresjonsprosess.

[0073] Anta et kompressorsystem som omfatter en førstetrinns kompressor, en luftkjølt intercooler, en andretrinns kompressor og en luftkjølt etterkjøler. Metan blir komprimert fra 2 til 6 bara i det første trinn, og 6 til 11,5 bara i det andre trinn. Metanstrømningshastigheten er 1,0 e + 6 kg / time. Trykkfallet i luftkjølerne er minimal og derfor ignorert i dette eksemplet.

[0074] Kompressortrinnl har en effekt på 69,8 MW i alle tilfeller. Luftkjøler 1 har en UA på 1,4 E + 6 W / ° C når den tilgjengelige plass er 300 m2. Når fotavtrykk øker, øker UA og luftstrømmen proporsjonalt. Resultatet av dette er at metan avkjøles mer, til en temperatur som ligger nærmere innløpslufttemperatur. I tilfelle 1, er metantemperaturen 60 ° C etter intercooler. I tilfelle 2, som har 50% mer luft kjølekapasitet, er metan temperatur 40°C ut av intercooler. I tilfelle 3, med to ganger kjøleareal tilgjengelig i forhold til tilfellet 1, er metantemperaturen senket til 29 ° C på nedstrømssiden av mellomkjøleren.

[0075] Desto kaldere metanet som strømmer til kompressortrinn 2 er, desto lavere er volumet, og effekten til kompressor 2 avtar derfor fra 44,3 til 40,2 MW, eller med omkring 10%, når luftenkjølingskapasiteten blir økt med en faktor på to.

[0076] Kompressor etterkjøler kapasiteten er også økt fra tilfelle 1 til tilfelle 3. Det blir en lavere metan innløpstemperatur, 126,6 ° C i tilfelle en, 104,4 ° C i tilfelle to, og 92,0 ° C i tilfelle tre med største intercooler. Resultatet av dette, samt øket etterkjøler kapasitet, er betydelig redusert etterkjøler utløpstemperatur, som starter ved 60,4°C i tilfelle 1, 35,7°C i tilfelle 2 og 25,9°C i tilfelle 3. Hvis den komprimerte og avkjølte metan brukes i et kuldeanlegg, vil kaldere gass fra tilfelle 3 være langt mer effektiv.

[0077] Et fjerde eksempel er en kompressor etterkjøler, avkjølt med vann som sirkulerer mellom etterkjøleren og luftkjøleren. Denne indirekte kjøling av den komprimerte gassen kan forenkle systemet og forbedrer dens sikkerhet. Dette eksempelet viser at indirekte kjøling er mer effektiv, og etterkjøleren blir mye mindre, når luften kjølekapasitet økes i henhold til oppfinnelsen.

[0078] Betrakt en kompressor, som komprimerer 1,0 E + 6 kg / time metan fra 2 til 6 bara. Etterkjøleren er en metan / vann varmeveksler. Kaldt vann strømmer inn i etterkjøleren, hvor den oppvarmes. Det varme vannet pumpes deretter til en luftkjøler, som fjerner den samme mengde energi som tilføres i metan / vann etterkjøleren. Resultatene er vist i tabell 4.

[0079] Kompressordriften er det samme for tilfellene 1, 2 og 3. Avkjølingen av metan i etterkjøleren er også den samme, selv om fordelen med større luftkjøleren kan ha blitt brukt for å kjøle metan til en nedre temperatur.

[0080] Fordelen med større luftkjølere i dette eksempel er, som tabell 4 viser, å tilveiebringe kaldere kjølevann til metan / vann-varmeveksleren. Dette betyr at, for det samme tjeneste, blir den LMDT av vann / metanvarmeveksleren øket fra 7,5 ° C i tilfelle 1, til 28,9 ° C i tilfelle 2 og videre til 36,4 ° C i tilfelle 3. Varmeveksleren UA, eller størrelse, blir tilsvarende redusert. Dette sparer plass og kostnader i kompressoren etterkjøler-varmeveksleren. Luftkjøler fotavtrykket, gjort mulig i henhold til foreliggende oppfinnelse, øker luftstrømmen og luftkjøleren UA proporsjonalt fra tilfelle 1 til tilfellene 2 og 3. Som en følge av størrelsen av prosessutstyr, i dette tilfelle reduseres vann/metan varmeveksleren reduseres og frigjør verdifull plass på flyterens dekk.

[0081] Et femte eksempel er en dampsyklus, som brukes til strømforsyning av mange flytere. Dette eksempel viser at dampsyklusen blir mer effektiv, og utgangseffekt øker, når luftkjølekapasiteten økes i henhold til oppfinnelsen. Lavtrykksdamp fra en dampturbin strømmer til en luftkjøler der dampen kondenserer. Kondensatet pumpes til en varmekilde, typisk en kjele, hvor det fordampes, og super-oppvarmet. Høytrykksdampen driver dampturbinen.

[0082] Resultatene er vist i tabell 5.1 likhet med eksemplene tre og fire, økes luftkjøleren fotavtrykk fra 300 til 450 m2 og 600 m2 for henholdsvis tilfellene 1, 2 og 3.

[0083] Varmeeffekt og trykk og temperatur fra kjelen er de samme i hvert enkelt tilfelle. Dampbetingelsene vil derfor ikke påvirke systemets effektivitet. For ekspanderen eller dampturbinen, minsker utløpstrykk når luftkjølekapasiteten økes fra tilfelle 1 til tilfelle 2 og 3. Som en følge av dette økes utgangseffekt 6,18 til 6,64 og 6,86 MW når den tillatte fotavtrykket for luftkjøler økes med henholdsvis 50 og 100%. Dette er en 11% økning i strømforbruket. Det er ingen signifikant virkning på kondensatpumpe, med unntak av en liten reduksjon i strømningshastigheten for kondensatet i tilfellene 2 og 3.

[0084] For en fagmann på området, og avhengig av tillatelser og miljømessige forhold, vil det være mulig å optimalisere systemet ved delvis bruk av sjøvann for kjøling, eksempelvis ved hjelp av et neddykket rør i hvilket varmt vann innføres, strømmer og kjøles ved varmeledning til den omgivende sjøvann, slippes tilbake og returneres til prosessen for gjenbruk som kjølevæske, etter ulike fordeling av NGL fraksjoneringsoppgaver mellom terminalen og CLSO, og ved bruk av alternative flytendegjøringsprosesser slik som N2 kjølemiddel for mindre systemer. I tillegg kan flyteren turret og tilhørende svivel være plassert i baugen eller på fordekket; den tilgjengelige plassen i cantilever og / eller kanal, frigjort ved å montere noen luftkjølere for vertikalt nedad rettet utslipp av luft, kan brukes til annet utstyr; kanalen kan ha rektangulær, rombiske eller annen form; luftkjølekapasitet kan bli øket ved å montere noen kjølere andre steder på flyteren; en avstand kan gis fra luftkanalen til de første luftkjølere for ytterligere hindre luftresirkulering; og sekvensen av apparater i kanalinnløpet kan modifiseres, for eksempel ved hjelp av kjølere for å kjøle luften i stedet for vannspray.

Claims (11)

1. En luftkjølersammenstilling som omfatter et antall luftkjølere (1),karakterisertved at luftkjølere (1) er anordnet på en kanal (15), at kanalen har form av et rett prisme som har et mangekantet tverrsnitt, og hvor kanalen har ett luftinntak (14) for å ta inn kjøleluft for distribusjon til alle luftkjølere (1).

2. Luftkjølersammensstillingen ifølge krav 1,karakterisert vedat lengdeaksen til kanalen er i det vesentlige horisontalt anordnet.

3. Luftkjølerarrangementet ifølge krav 1 eller 2,karakterisert vedat luftinntaket (14) er forsynt med en eller flere viften (e) (16).

4. Luftkjølersammenstillingen som angitt i hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat luftinnløpet (14) er forsynt med separatorer (18) for separering av væske og partikler fra den innkommende luften.

5. Luftkjølersammenstillingen som angitt i hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat luftinnløpet (14) er forsynt med et eller flere sprøytemunnstykke (r) (19) for fukting og kjøling av innkommende luft.

6. Luftkjølersammenstillingen ifølge krav 5,karakterisert vedat et filter (20) for fjerning av små vanndråper er anordnet nedstrøms for sprøytemunnstykket (ene) (19).

7. En flyter (10) for LNG-produksjon som omfatter et flertall av luftkjølere (1) for å oppnå den kjølekapasitet er nødvendig,karakterisert vedat luftkjølerne (1) er anordnet på en kanal (15), at kanalen har form av en rett prisme med en mangekantet tverrsnitt, og hvor kanalen har ett luftinntak (14) for å ta inn kjøleluft for å bli distribuert til alle luftkjølerne (1).

8. Flyteren ifølge krav 7,karakterisert vedat flyteren (10) er forankret ved hjelp av en turret og svivel (11), hvor flyteren blir tillatt å dreie etter vinden for å holde luftinnløpet (14) mot vinden.

9. Flyteren ifølge til krav 7 eller 8,karakterisert vedat flyteren er en langstrakt skipsformet flyter som har en baugende og en aktre ende, hvor turreten og svivelen (11) er anordnet i baugenden av flyteren, og der kanalen er anordnet i det vesentlige parallelt med lengdeaksen til flyteren.

10. Fremgangsmåte for fremstilling av LNG fra naturgass om bord på en flyter,karakterisert vedfølgende trinn: • bringe forbehandlet naturgass ombord på en flyter, • avkjøling av naturgassen for å fremstille LNG ved gjentatte sykluser bestående av komprimering, avkjøling og ekspansjon av et kjølemiddel og varmeveksling mellom det kalde kjølemiddel og naturgassen for å avkjøle naturgassen, karakterisert vedat nedkjøling av kjølemiddelet under produksjon av LNG er utført ved hjelp av luftkjølere som er anordnet på en eller flere kanaler som er anordnet slik at alle luftkjølere mottar luft fra innsiden av den nevnte ene eller flere kanal (er), og hvor den luft som brukes i luftkjølere blir frigitt til omgivelsene gjennom luftkjøleren (e).

11. Fremgangsmåten ifølge krav 10,karakterisert vedat kanalen (e) (er) orientert slik at luftinnløpet derav er mot vinden i forhold til luftkjølerne som er anordnet på røret.