🧊 СПГ-терминалы и установки сжижения

Модуль #216. Проектирование и расчёт смет СПГ-объектов: терминалы регазификации (FSRU плавучие или onshore), установки сжижения природного газа (Mid-scale 1-3 млн т/год, small-scale 0.1-0.5 млн т/год). Криогенные резервуары полного сдерживания (Full Containment) Ø80 м H=42 м, T=−162°C. Теплоизоляция перлит/полиуретан, теплоприток ≤0.05%/сутки BOG. СНиП 2.05.13, EN 14620, NFPA 59A, API 625.

1. Схема СПГ-завода Mid-scale

Технология сжижения C3MR (Air Products) или DMR (Shell):

Приём газа (P=6-8 МПа), сепарация и осушка от воды/H₂S/CO₂.
Осушка цеолитом (точка росы <−70°C) — обязательно перед криогенной.
Удаление ртути на серном адсорбенте (Hg→HgS).
Предохлаждение пропановой смесью до −33°C (C3MR ступень 1).
Основное сжижение смешанным хладагентом MR (N₂/C1/C2/C3) до −162°C.
Сепарация флэш-газа (BOG) и его рекомпрессия.
Хранение в криогенных резервуарах Full Containment.
Отгрузка: газовоз LNG carrier 150-180 тыс. м³ через эстакаду.
Утилизация BOG (boil-off gas, ~0.05-0.15%/сут от V_резерв).

Упражнение 1 — Тип резервуара

Резервуар для хранения СПГ 180 000 м³ в порту регазификации. Какой тип конструкции по EN 14620 / API 625 безопаснее?

Single Containment: одна стенка низкоуглерод. стали, грунтовая обваловка снаружиDouble Containment: 2 стальные стенки, внешняя играет роль защитнойFull Containment 9% Ni-сталь + предв. напряж. ж/б наружный купол: внутренняя 9%Ni 30 мм (T=−162°C) + перлит + полиуретан, внешняя ж/б оболочка преднапряж. удерживает 100% объём при разгерметизации + защита от внешних воздействий (купол ракет, удары); самый дорогой, но обязательный по NFPA 59A для крупнотоннажных проектов и портовых терминаловMembrane (мембранный): тонкая мембрана из инвара (36% Ni), наружный бетон. Дешевле, но не Full Containment

Упражнение 2 — Объём резервуара 180 000 м³

Резервуар Ø80 м (внутр.) с высотой стенки H=39 м. Купол сферический. Какой полезный объём СПГ (м³)?

V_полезн = π × R² × H_заполн − V_тех_объём
заполнение 85%, остаток 15% — для теплового расширения + BOG-камера

Подсказка: π × 40² × 39 × 0.85 = 167 000 м³ полезный (от номинального ~196 000 м³). Это эквивалент 80 000 т СПГ (плотность 0.42-0.46 т/м³).

Упражнение 3 — Бюджет СПГ-завода 2 млн т/год

ССЦ + импорт: установка сжижения C3MR (Air Products) + основной хладагент — 165 млрд тг, 2 криогенных резервуара 100 000 м³ Full Containment — 95 млрд тг, эстакада отгрузки газовозов + причал глубоководный 14 м — 78 млрд тг, компрессорная BOG + утилизация хладагента — 42 млрд тг, электростанция собств. + аварийные ДГУ — 38 млрд тг, факельная высокого/низкого давления — 28 млрд тг, водозабор + опреснение + противопожарная вода + ESD-система — 32 млрд тг, ОЗХ + АБК + лаборатория + охрана — 42 млрд тг. Стоимость?

Цель: ~520 млрд тг (допуск ±10%). 165+95+78+42+38+28+32+42 = 520 млрд тг. Глобально удельная капёмкость СПГ ~$1500-3000/т, для 2 млн т/год = $3-6 млрд (1.4-2.8 трлн тг).

Упражнение 4 — ESD и пожарная безопасность

Аварийная остановка завода СПГ (ESD — Emergency Shutdown). Что обязательно по NFPA 59A?

Достаточно одной кнопки общей остановки на пульте оператораТолько сирена + датчики газа без автоматической остановкиESD только для криокамеры, без остановки технологииИерархия ESD-уровней 1/2/3 (от частичной остановки секции до полного блэкаута), детектор газа CH₄/H₂S по периметру каждые 10-15 м (порог 20%/40%/60% НКПВ), детекторы пламени F&G (УФ+ИК), 4-х уровневая защита: сепаратор → блокировка → ESD-1 → блэкаут с депрессуризацией. Каждый ESD-сценарий моделируется в HAZOP/SIL. Класс безопасности SIL-3 (PFD=10⁻³−10⁻⁴), резервированные контроллеры Triconex/HIMA, аварийные клапаны Class V с пружинным возвратом, защитные стены H=15 м между секциями, противопожарная вода 1500 м³/ч × 2 ч, NFPA 59A + API 14C + IEC 61511

Нормативы: EN 14620 (LNG Tanks), NFPA 59A (LNG Production), API 625 (Tanks), IEC 61511 (SIL), CN РК 4.02-07, API 521 (Pressure Relief).

Реальные объекты: Atyrau LNG (проект КазМунайГаз — small-scale), Sabine Pass LNG (США), Yamal LNG (Россия), Qatargas, ADGAS Das Island.