Proyecto técnico-económico del diseño de una planta de regasificación de gas natural

Abstract

Introducción El presente proyecto tiene como objetivo el estudio de una planta de regasificación de gas natural, la definición de la instalación y la justificación de los cálculos de los diferentes equipos destinados para la producción de gas natural proveniente del gas natural licuado, situado en Bélgica. Para ello se considerarán dos fluidos de trabajo, GNL (gas natural licuado) procedente de los buques metaneros y BOG (boil‐off gas) resultante de la evaporación del GNL. Se estudiarán ambos fluidos en las situaciones más desfavorables. Estas situaciones se identificarán mediante la ayuda de tablas de densidad y viscosidad. Cabe destacar que quedarán fuera del alcance de dicho proyecto la instalación eléctrica y monitorización del proceso. Pero sí se realizará un estudio acerca del consumo energético llevado a cabo por los intercambiadores de calor del proceso. Dado que procede de una fuente de calor externa a la planta, se considerará el diseño de una red MER (redes de intercambiadores con máximo ahorro energético) con el objetivo de reducir los costes asociados a esta aportación de calor. También se tendrá en cuenta las emisiones de CO2. Metodología y resultados Como primer paso se realizará un estudio de los equipos requeridos para el proceso. Se identificarán las distintas corrientes involucradas en el proceso de producción del gas natural, así como sus condiciones de trabajo, condiciones de proceso y demás dispositivos que hacen posible el correcto procedimiento de la planta. El proceso comienza desde la descarga del GNL procedente de un buque metanero al tanque de almacenamiento hasta su producción y envío a red de distribución. A dicha red de distribución será enviado tanto el gas natural generado en la estación de vaporización como el BOG generado en el proceso de almacenamiento del tanque e impulsado por los compresores. El proceso constará de un tanque encargado de almacenar el GNL, un conjunto encargado de separar el GNL del BOG (formado por un separador y su correspondiente intercambiador de calor situado aguas arriba del mismo), un recondensador que actuará como licuador y una estación de vaporización sumergida encargada de producir el gas natural enviado a distribución. El movimiento del GNL a través del proceso será llevado a cabo por las bombas, dejando a los compresores la misión de impulsar el BOG. Se identificarán lo datos de partida, datos que aparecerán en los anexos a la memoria. Se anotarán las condiciones exteriores (temperatura y humedad). Se tomarán los coeficientes de transmisión que aparecen en la hoja de datos de partida así como también los parámetros de operación más importantes que permitan el correcto funcionamiento de los equipos a su máxima eficiencia. Obtenidos todos estos datos, se comenzará a calcular el resto de parámetros necesarios para el proceso, desde la impulsión del GNL desde el tanque hasta su envío a distribución. Conforme se vayan obteniendo los cálculos, se irán diseñando en paralelo los planos llamados P&ID, los cuales mostrarán los equipos, líneas, válvulas, instrumentos y demás elementos involucrados en el proceso. Dichos planos contendrán información relevante de los equipos (características y parámetros fundamentales), tuberías (diámetro, servicio y aislamiento), válvulas e instrumentos. Se establecerá la velocidad máxima a la que deberá circular el fluido por la red de tuberías. Se establecerán depósitos (y recirculaciones de caudal) en puntos clave de la planta para conseguir el abastecimiento de caudal a todos los sistemas de manera constante evitando flucutaciones que ocasionen incidencias en la producción, pudiendo ocasionar problemas en el suministro de gas natural al cliente. Los equipos, a excepción del tanque y los sitemas de vaporización, serán seleccionados mediante catálogos de fabricante. La manera oficial de hacerlo será la redacción de una requisición para cada equipo en la cual aparcen los parámetros que definen a dicho equipo. Conocidos todos los parámetros de operación, se desarrollarán los listados de líneas, equipos, válvulas e instrumentos. Dichos documentos permitirán el control de todos los dipositivos,así como también desempeñarán la función de mostrar los parámetros más representativos resumidos en un documento. Dichos listados servirán como guía para montaje de la instalación, como inventario de materiales para los operarios en planta y guía para monitorizar el proceso. La segunda parte del proyecto está basada en el estudio del máximo ahorro energético posible. Esto se conseguirá disminuyendo la cantidad de calor externo requerido por los intercambiadores de calor. Para ello se desarrollará un procedimiento capaz de aumentar al máximo nivel posible el calor intercambiado entre las distintas corrientes del proceso. Dicho procedimiento se denomina Pinch Analysis. Los ahorros económicos justificarán dicha elección, creando una red de intercambiadores denominada MER (maximum energy recovery). Los resultados del Pinch Analysis serán empleados para sustituir la caldera de fuel‐oil existente (encargada de aportar ese calor externo al proceso) por una nueva tecnología capaz de emplear un combustible más económico y menos contaminante respecto a sus emisiones de CO2. Finalmente se seleccionarán, con la ayuda de catálogos de fabricantes, los modelos exactos de los equipos con el fin de conseguir todas las características necesarias y el precio unitario de cada elemento con el fin de calcular el presupuesto del proyecto. Se estimará el presupuesto total de la instalación, partiendo del precio unitario y número de unidades de esas características que se van a emplear. El presupuesto resultante será de 76.144.351,45 €. Finalmente se redactará un pliego de condiciones, el cual fijará las pautas que se han de cumplir en el desarrollo de la obra, así como también el respectivo control de calidad de la misma, entrega de materiales y demás aspectos técnicos y temas relacionados con las relaciones entre el ofertante, el contratista y la Dirección Facultativa.

This project aims to study and design a natural gas regasification plant, its installation definition and the calculation of the different equipment involved in the natural gas production process from liquid natural gas. The facility is located at Belgium. Two different working fluids will be considered, LNG (Liquid Natural Gas) from the jetty and BOG (Boil‐Off Gas), resulting from the evaporation of the LNG due to heat exchange and fluid motion. Both fluids will be considered in the most unfavorable working conditions related to the fluid viscosity and density table identification. Monitoring and electrical installations will be out of the scope of this project. The energy duty consumption carried out by the heat exchangers will be undertaken during the process performance. The heat required by the process operating conditions comes from a light fuel‐oil boiler located close to the regasification plant facilities. This heat becomes costly for the process, so this external heat supplied by the boiler will be reduced. In order to achieve that purpose, a MER (Maximum Energy Recovery) heat exchangers network will be designed. Methodology and results The first step is to stablish and to identify the different equipment required by the process. Different currents involved in the operation will be identified, as well as the environment conditions, process parameters and other devices that make the right performance possible. The process starts with the LNG downloaded to the storage tank from the ships, which arrive at the jetty place. The last step of the process is the production of natural gas (and the BOG from compressors) and sending to the distribution network. The process consists on a tank in charge of the storage of the LNG, a set in charge of the separation of BOG and LNG (this set consists on a heat exchanger and a separator device downstream the previous heat exchanger), a recondenser (which will make all the fluid in liquid phase) and a submerged vaporize station in charge of producing natural gas from the recondenser. The motion of the LNG along the process will be undertaken by pumps while the BOG motion will be undertaken by the compressors. Initial data will be identified and shown in the memory annexes as well as the environmental conditions (temperature and humidity of the ambient). Heat transmission coefficients are shown in the initial data sheet as well as the core parameters that will allow the appropriate performance of the selected equipment at their maximum efficiency. After the data mentioned above statement, the rest of the operating parameters will be calculated, starting with the initial impulsion by the LNG storage pumps and ending with the natural gas production at the vaporization system. During the calculation process, the corresponding P&IDs (Process and Instrumentation Diagram) will be designed. This kind of document shows all the equipment, lines and the rest of devices (including valves and instruments) involved in the process. These drawings will contain relevant information related to the equipment (features and main parameters), piping (diameter and the corresponding isolation), valves and instruments (which will act through the valves). The maximum fluid speed through the lines admissible will be established according to the minimum pressure drop and the maximum equipment efficiency performance. Vessels and recirculation lines will be implemented in order to guarantee the continuous and appropriate performance avoiding fluctuations that could cause potential incidents during the process. These incidents can cause problems in the natural gas supply to the customer. All the equipment, apart from the storage tank and the vaporization system, will be selected with the different manufacturers’ catalogue. The official procedure consists on the technical requisition document where all the equipment parameters will be present and given to the manufacturer. After the calculations and P&IDs design, the equipment, line, instrumentation and valves lists will be develop. Those documents will allow to have an inventory list of all devices implemented in the process showing the main parameters summarized in a document. These lists will be useful as a guideline during the installation and precomissioning by the operators. The second part of the project will consists on the study of potential energy savings. This state will be achieved by decreasing the duty of external heat required by the heat exchangers during the process operation. For this purpose, the Pinch Analysiss method will be used in order to increase the heat exchange between the different streams involved. Economic savings will be the motivation of this method of implementation, which will modify the existing network. Pinch Analysis results will be used in order to replace the existing heat source (light fuel‐oil boiler) by a new technology capable of using a cheaper fuel and reducing the CO2 emissions. The final budget of the installation, based on the unit price and number of units of these characteristics will be estimated. The resulting budget will be 76.144.351,45 €. Finally, a conditions specification will be made, which shall determine the conditions that may be reached in the work development, as well as the respective quality control, the delivering of materials and other aspects and issues related to the relationship between the bidder, the contractor and the management.