حرق الغاز الطبيعي السائل

توفر صناعة الغاز الطبيعي المسال احتياجات متنوعة تتراوح من إنتاج الكهرباء إلى المواد الخام لإنتاج الهيدروجين وبديل نظيف للنقل. مع توسع الصناعة ، تعد التطورات التكنولوجية في جميع أنحاء سلسلة قيمة الغاز الطبيعي المسال ذات أهمية قصوى للمساعدة في هذا النمو.

في منشأة التسييل النموذجية ، يتم تسييل الغاز الطبيعي عند -259 درجة فهرنهايت (-162 درجة مئوية). يحتل الغاز الطبيعي المسال الناتج 1/600 عشر من حجم الغاز الطبيعي ، مما يجعله أكثر كفاءة للنقل إلى الأسواق الرئيسية حيث لن يكون الغاز الطبيعي متاحا بسهولة. بالإضافة إلى ذلك ، يعد الغاز الطبيعي المسال أمرا بالغ الأهمية لتوصيل الغاز الطبيعي إلى المواقع النائية دون الوصول إلى خطوط الأنابيب.

تتكون صناعة الغاز الطبيعي المسال من مختلف القطاعات التي تشكل سلسلة قيمة الغاز الطبيعي المسال ، بما في ذلك إنتاج الغاز الطبيعي ومرافق التسييل والنقل والشحن والتخزين وإعادة التحويل إلى غاز. تتطلب العديد من هذه المرافق نظام توهج للتعامل مع تيارات النفايات بسبب الصيانة أو اضطرابات العملية أو الإغاثة في حالات الطوارئ.

تم تصميم نظام التوهج لحرق تيارات النفايات هذه بأمان لتقليل التأثير البيئي للمرافق. يعد الاحتراق الفعال للميثان المنتج في منشأة نموذجية أمرا مهما لأن الميثان غير المحترق له إمكانات الاحترار العالمي (GWP) البالغة 25 ، مقارنة بأحد منتجات الاحتراق ، ثاني أكسيد الكربون ، الذي يحتوي على GWP واحد. عادة ، تم تصميم أنظمة التوهج هذه للتعامل بكفاءة مع تيارات النفايات الغازية فقط. تنص API 521 على ما يلي: "يمكن أن تتسبب القطرات السائلة الكبيرة وتحميل السائل في إطلاق الدخان أو القطرات السائلة (المحترقة أو غير المحترقة) من التوهج أو التلف الميكانيكي".

يمثل الحرق العديد من تحديات الامتثال ، مثل تحقيق متطلبات الانبعاثات المرئية المسموح بها ، وتلبية متطلبات الضوضاء والإشعاع ، وتحديات المرافق - مثل تخصيص مساحة كافية لنظام التوهج ومساحته المعقمة. تقيد المنطقة المعقمة الوصول بسبب إشعاع اللهب المفرط أو مستويات الضوضاء. بالإضافة إلى ذلك، يجب تصميم التوهج للعمل عبر النطاق المتوقع لسيناريوهات قدرة الإغاثة. في أنظمة حرق الغاز النموذجية ، يجب أولا تبخير أو فصل تيارات المعالجة السائلة ، مثل تلك الموجودة في منشأة للغاز الطبيعي المسال ، باستخدام شكل من أشكال الأسطوانة قبل إرسال التيار الغازي إلى التوهج. هذا يمكن أن يؤدي إلى تعقيد وتكلفة إضافية للنظام.

كما سيتم استكشافه في بقية هذه المادة ، Zeeco صممت واختبرت شعلة تتعامل بكفاءة مع تيارات النفايات السائلة وبالتالي توفر العديد من الفوائد ، مثل خفض تكاليف المنشأة ، وتحسين سلامة المصنع والموظفين ، وتقليل التأثير البيئي.

تحميل

اختبار ناجح على نطاق واسع

استجابة لطلب العميل للحصول على نظام مضيئة قادر على التعامل مع تيارات النفايات السائلة ، Zeeco طورت نظام توهج بالضغط وأجرت اختبارا واسع النطاق باستخدام الغاز الطبيعي المسال في مقرها الرئيسي في بروكن أرو ، أوكلاهوما ، الولايات المتحدة. كان اختبار التوهج ناجحا وفتح الباب أمام العديد من الفرص والتطبيقات الجديدة لهذه التكنولوجيا في صناعة الغاز الطبيعي المسال.

تم تسليم الغاز الطبيعي المسال إلى Zeeco في مقطورة مزدوجة الجدار معزولة بالفراغ ، والتي تم توصيلها لاحقا برأس اختبار التوهج. أرسلت المضخة الموجودة على متن المقطورة الغاز الطبيعي المسال إلى طرف التوهج من خلال رأس الفولاذ المقاوم للصدأ وطرف التوهج. تم تسجيل درجة حرارة وضغط تيار النفايات لتحديد الطور (أي الغاز ، على مرحلتين ، السائل). عندما بدأ الاختبار ، وكان رأس التوهج في درجة الحرارة المحيطة ، كان تيار النفايات غازيا. مع تبريد الرأس ، انتقل تيار النفايات إلى مرحلتين ثم سائل - مع الحفاظ على لهب مستقر لا يدخن طوال العملية بأكملها. من المهم ملاحظة أن تصميم التوهج أظهر احتراقا فعالا في جميع أنحاء النطاق الكامل لظروف التشغيل. تحمل طرف التوهج الظروف القاسية والدورة الحرارية خلال العديد من الاختبارات الأولية ثم من خلال الاختبار النهائي للعميل الذي شهده العملاء ، دون أي ضرر ميكانيكي. من أجل توفير أقوى تصميم لطرف التوهج السائل ، Zeeco يستخدم الصب لتقليل عدد اللحامات في المنطقة المتأثرة بالحرارة ولتوفير متطلبات الانحلال الميكانيكي.

اعتبارات التصميم

الشاغل الرئيسي مع طرف التوهج السائل هو أنه يمكن أن يؤدي إلى رذاذ من السوائل المحترقة التي يمكن أن تصل إلى مستوى سطح الأرض وتخلق خطرا على السلامة. يعالج الانحلال الفعال لتيار النفايات السائلة هذه المشكلة عن طريق تقسيم تيار السائل إلى قطرات صغيرة ، وبالتالي زيادة كل من مساحة سطح السائل ومعدل الاحتراق. التوتر السطحي واللزوجة والكثافة هي خصائص السوائل الأساسية التي تؤثر على حجم قطرات السائل الناتجة وخصائص نمط الرش. تم تصميم نظام التوهج لضمان تحقيق الانحلال السليم الناجم عن الضغط لخصائص تيار نفايات معين.

الانحلال بالضغط يعني أن الانحلال يتم توليده بواسطة طاقة تيار النفايات نفسه ولا يتطلب أي وسيط تفتيت مثل البخار أو الهواء المضغوط. طريقة أخرى شائعة للتفتيت هي تفتيت الغاز عالي الضغط. هذا هو المكان الذي يتم فيه تقسيم السائل إلى قطرات صغيرة عن طريق حقن الهواء أو البخار أو الغاز الطبيعي في تيار السائل. تتمثل الفائدة الرئيسية لتفتيت الضغط في أنه يمكن أن يعمل دون الحاجة إلى مرافق إضافية وبنية تحتية مقابلة ، مما يساعد على تقليل تكاليف رأس المال والتشغيل المرتبطة بنظام التوهج.

يعد استقرار اللهب أمرا بالغ الأهمية للتشغيل الآمن لنظام التوهج والتدمير المناسب لتيارات النفايات. يعني اللهب المستقر أن التوهج يظل مشتعلا طوال ظروف التصميم التشغيلية والبيئية. تعتبر تيارات النفايات الخالية من الدهون (أي قيمة التسخين المنخفضة) و / أو سرعة خروج تيار النفايات العالية من الأسباب النموذجية للهب غير المستقر. يمكن أن يؤدي فقدان استقرار اللهب إلى تيارات نفايات غير محترقة وتأثيرات بيئية سلبية ومخاوف تتعلق بالسلامة. يستخدم نظام التوهج السائل المتفتت بالضغط الذي تم تطويره لهذا التطبيق الملكية Zeeco آليات لضمان لهب مستقر. يصف القسم 521 ، القسم 5.7.2.4 ملاحظات مختلفة لتحديد استقرار اللهب (أي تردد منخفض ، يرتبط ضجيج القصف بلهب غير مستقر عندما تنبض جبهة اللهب). استنادا إلى الملاحظات المرئية والمسموعة المسجلة أثناء الاختبار ، حافظ نظام التوهج على لهب مستقر أثناء الانتقال من إطلاق الغاز الطبيعي إلى الغاز الطبيعي / السائل على مرحلتين ثم الغاز الطبيعي المسال المبرد فرعيا.

مزايا إضافية

يمكن أن توفر التطورات في أنظمة التوهج العديد من الفوائد عند بناء منشأة جديدة أو تحديث منشأة قائمة. الموضوع الذي يتطلب اهتماما كبيرا هو الضوضاء الناتجة عن المعدات. تساهم المنافيخ والضواغط ومجففات الهواء والسخانات والمشاعل وغيرها من المصادر في مستويات الضوضاء المهنية التي يجب مراعاتها لضمان استخدام معدات الحماية الشخصية واللافتات المناسبة عند الضرورة. في بعض الحالات ، يتم تحديد ارتفاع التوهج أو نصف القطر المعقم حول التوهج بواسطة حدود الضوضاء. لذلك ، فإن تقليل مستوى ضوضاء التوهج هو فائدة كبيرة لصحة العمال وفرصة محتملة لتوفير التكاليف.

في الواقع ، ذكرت OSHA أن "الضوضاء العالية يمكن أن تخلق ضغوطا جسدية ونفسية ، وتقلل من الإنتاجية ، وتتداخل مع التواصل والتركيز ، وتساهم في الحوادث والإصابات في مكان العمل من خلال جعل من الصعب سماع إشارات التحذير". يمكن أن يساعد الحد من التلوث الضوضائي ، خاصة في المناطق المكتظة بالسكان ، في الحفاظ على علاقات إيجابية مع الشركات والمجتمعات المجاورة ، مما ينعكس بشكل جيد على المنشأة. Zeecoتقنيات إحراق السوائل للتخلص بأمان من تيارات النفايات مع توليد تلوث ضوضاء أقل من الحرق الغازي التقليدي ، مما يؤدي إلى الحد الفوري من ضوضاء المنشأة والفوائد المجتمعية المحتملة على المدى الطويل.

يمكن تقسيم الضوضاء الناتجة عن سيناريو الاشتعال إلى فئتين: ضوضاء الاحتراق وضوضاء الطائرات. تحدث ضوضاء الاحتراق بسبب توسعات وانقباضات منتجات الاحتراق بسبب الاختلافات المحلية في إطلاق الحرارة في جميع أنحاء اللهب. هذه التوسعات والانقباضات تولد موجات ضغط ينظر إليها على أنها ضوضاء من قبل الأذن البشرية. ترجع الضوضاء النفاثة (أي ضوضاء التهوية) إلى زيادة سرعة السوائل من خلال فتحة. يمكن وصف الضوضاء النفاثة بأنها ضوضاء مضطربة ، وهي نبضات في تيار التدفق الناجم عن الاضطراب ، وضوضاء موجة الصدمة عندما تصل سرعة الخروج إلى السرعة الصوتية (أي يصبح التدفق مختنقا) عند مخرج التوهج.

تنبع فائدة أنظمة التوهج السائل من السوائل ذات السرعات الصوتية الأعلى بكثير مقارنة بالغازات. على سبيل المثال ، تبلغ سرعة الصوت في غاز الميثان 925 قدما / ثانية (عند -259 درجة فهرنهايت) بينما تبلغ سرعة الميثان السائل 4658 قدما / ثانية (عند -274 درجة فهرنهايت). أيضا ، السوائل لها كثافة أعلى من الغازات ، مما يعني أن سرعة خروج السوائل أقل عند نفس معدل تدفق الكتلة. بالنظر إلى السرعة الصوتية الأعلى للسوائل وسرعة الخروج المنخفضة لمعدل تدفق كتلة معين ، تولد أنظمة التوهج السائل الحد الأدنى من الضوضاء النفاثة. تم تأكيد ذلك من خلال اختبار التوهج الذي أجراه Zeeco، مما يدل على أن التوهج السائل المتفتت بالضغط ينتج ضوضاء أقل بكثير من التوهج الغازي عند نفس معدل تدفق الكتلة. يوضح الجدول 1 مقارنة بين نتائج اختبار السائل المتناثر بالضغط والنتائج المتوقعة لنظام التوهج الغازي التقليدي.

هناك اعتبار آخر للمرافق وهو بصمة المعدات والتكاليف المرتبطة بها للمعدات مثل الأنابيب والدعامات وغيرها من العناصر المساعدة. على سبيل المثال ، فإن تقليل قطر الأنبوب له فوائد عديدة ، بما في ذلك انخفاض إجمالي وزن مادة الأنابيب ؛ انخفاض كبير في متطلبات رف الأنابيب ؛ تركيب أسهل - نظرا لوجود مواد أقل للتعامل معها ولحام أقل بسبب أقطار الأنابيب الأصغر ؛ انخفاض حجم العناصر المصاحبة (أي الصمامات والشفاه) ؛ وانخفاض البصمة الإجمالية للمعدات. تنطبق فوائد تقليل قطر الأنبوب أيضا على ناهض التوهج الذي يمكن أن يصل طوله إلى عدة مئات من الأقدام ، مع تقليل العرض وتقليل منطقة الرياح مما يقلل من التكلفة الرأسمالية لنظام التوهج. كما ذكرنا سابقا ، نظرا لكثافتها الأكبر ، يمكن لتيارات النفايات السائلة استخدام أنابيب ذات قطر أصغر مقارنة بالجداول الغازية لمعدل تدفق كتلة معين.

لوضع هذه الوفورات المحتملة في النظام في منظورها الصحيح ، فإن مقارنة نظام الغاز الطبيعي المسال لحرق السائل ونظام الغاز الطبيعي المسال لحرق الغاز هو مثال مفيد. باستخدام معدل تدفق قدره 700000 رطل / ساعة ، تبلغ التكلفة التقديرية لنظام الغاز الطبيعي المسال لحرق السوائل 750000 دولار أمريكي. وفي الوقت نفسه ، يقدر نظام الغاز الطبيعي المسال لحرق الغاز في ظل نفس ظروف العملية بمبلغ 900000 دولار أمريكي. هذه التكاليف هي تقديرات لتوفير نظام التوهج فقط ولا تشمل الوفورات من الرؤوس ودعامات الرأس. بالإضافة إلى توفير تكاليف رأس المال ، يمكن لأنظمة حرق الغاز الطبيعي المسال السائل المجزأ بالضغط أن تقلل من الضوضاء والتكلفة الإجمالية للملكية بمرور الوقت.

استنتاج

تعتبر التطورات التكنولوجية ضرورية للحفاظ على التقدم الذي أحرزته صناعة الغاز الطبيعي المسال على مدى السنوات ال 50 الماضية ، فضلا عن تعزيز تطورها في المستقبل. نظام التوهج السائل المتناثر بالضغط للغاز الطبيعي المسال ، كما تم تصميمه واختباره بواسطة Zeeco، واحدة من أحدث التطورات التي تساهم في تقدم الصناعة ، حيث تقدم حلا لحرق الغاز الطبيعي المسال قادرا على التعامل مع الغاز الطبيعي المبرد بشكل موثوق ضمن ظروف التشغيل القاسية والمبردة. مع استمرار نمو شعبية الغاز الطبيعي المسال كبديل نظيف واقتصادي للوقود الأحفوري الآخر ، سيتم إحراز المزيد من التقدم حتما ، مما يدفع صناعة الغاز الطبيعي المسال إلى المراحل التالية من التطوير.

ببليوغرافيا

• "أنظمة تخفيف الضغط وتخفيف الضغط: معيار API 521" ، معهد البترول الأمريكي ، (2014).
• "الغاز الطبيعي المسال: فهم الحقائق الأساسية"، وزارة الطاقة الأمريكية، (آب/أغسطس 2005).
• "مواضيع السلامة والصحة | التعرض للضوضاء المهنية - الآثار الصحية | إدارة السلامة والصحة المهنية"، وزارة العمل الأمريكية، www.osha.gov/SLTC/ noisehearingconservation/healtheffects.html.
• "مفهوم ونظرية الانحلال" ، GRACO ، تدريب wwwd.graco.com/ / concept_and_theory / الانحلال٪ 20v2.pdf.
• VASILYEV, A, Y., ET AL., 'Classification of Atomization Devices', Journal of Physics: Conference Series, vol. 1359, (2019), p. 012131., doi:10.1088/1742-6596/1359/1/012131.
• اتصال تغير المناخ ، climatechangeconnection.org/ الانبعاثات / مكافئات co2 / .
• BIES، D.A.، و HANSEN، C.H.، "نظرية وممارسة التحكم في الضوضاء الهندسية"، Spon Press/Taylor & Francis، (2009).
  تحميل