من البئر إلى محطة توليد الكهرباء: دور وحدات تنقية الغاز الطبيعي وتحويله إلى غاز مسال (LNG)

تنقية الغاز الطبيعي في الأنظمة المركبة على وحدات محمولة (Skid-Mounted) للتأهب لإنتاج الغاز المسال (LNG)

إزالة الماء وثاني أكسيد الكربون (CO2) وكبريتيد الهيدروجين (H2S) لتلبية مواصفات غاز التغذية الخاص بالغاز المسال (LNG) حول مجموعات المولدات الغازية

تقوم أنظمة تنقية الغاز المثبتة على منصات بنقل إزالة الماء وثاني أكسيد الكربون (CO2) وكبريتيد الهيدروجين (H2S) من الغاز الطبيعي قبل تحويله إلى الحالة السائلة. ويُعد وجود كبريتيد الهيدروجين مشكلة خاصة لأنه يتسبب في تآكل خطوط الأنابيب ويخلق مخاطر أمان جسيمة. ويمثل بخار الماء مصدر قلق آخر لأنه يمكن أن يؤدي إلى تراكم الجليد عند انخفاض درجات الحرارة أثناء عملية التبريد. تعتمد معظم الأنظمة الوحداتية على تقنيات مثل امتصاص الأمين وتقنية الفصل بالغشاء لتقليل مستويات الشوائب إلى أقل من 50 جزءًا في المليون لثاني أكسيد الكربون وأقل من 4 أجزاء في المليون لكبريتيد الهيدروجين، وهو ما يستوفي المتطلبات المنصوص عليها في معايير ISO 13686. ووجدت دراسة حديثة أجريت في عام 2023 حول النهج الوحداتية لمعالجة الغاز أن هذه الوحدات المثبتة على منصات قللت فعليًا من تكاليف المعالجة الأولية بنسبة تتراوح بين 15 و20 بالمئة مقارنةً بالأساليب التقليدية الثابتة.

تنقية الغاز باستخدام المذيبات الكيميائية والفيزيائية في الوحدات الوحداتية

تعمل بعض المذيبات الكيميائية مثل ميثيل ثنائي إيثانول أمين، المعروف باسم MDEA، بشكل جيد جدًا على إزالة كبريتيد الهيدروجين وثاني أكسيد الكربون عند التشغيل تحت ضغوط تزيد عن خمسين بار. وتشكل هذه المذيبات خيارات ممتازة في الحالات التي نحتاج فيها إلى إزالة الشوائب من الغازات ذات المحتوى المنخفض نسبيًا من CO2. ولكن عند التعامل مع غازات التغذية التي تحتوي على تركيزات عالية من ثاني أكسيد الكربون، تُستخدم مذيبات فيزيائية مثل سيلاكسيول. فهي قادرة على التعامل مع أحجام أكبر بكثير وتتطلب طاقة أقل أثناء عملية الت регـينيرation. وقد اتجهت الصناعة مؤخرًا نحو تصاميم أنظمة وحداتية. وتشتمل هذه الأنظمة على دورة إعادة تنشيط المذيب بالكامل ضمن وحدات مدمجة. ويقلل هذا النهج من متطلبات المساحة بنسبة حوالي أربعين بالمئة مقارنة بالطرق التقليدية. كما أنه يجعل التركيب ممكنًا حتى في المواقع التي يصعب الوصول إليها دون الحاجة إلى استثمارات ضخمة مقدمة في البنية التحتية.

تقنيات التجفيف: تجفيف الجلايكول والامتزاز في الأنظمة المركبة على منصات

تُقلل إزالة محتوى الماء باستخدام جلايكول ثلاثي الإيثيلين (TEG) من كمية الماء إلى أقل من 0.1 رطل/مليون قدم مكعب قياسي، مما يمنع تكوّن الهيدرات أثناء التبريد. وللأغراض التي تتطلب جفافاً شديداً (<0.01 جزء في المليون من H2O)، تُستخدم وحدات امتزاز الشبكات الجزيئية المحمولة على منصات، والتي تعتمد على 3—4 أنواع من الزيلوليت في تشكيلات تبديل الضغط. وتُحقق هذه الوحدات المدمجة نقاط ندى تقل عن -100°فهرنهايت، وهي قيمة حاسمة لضمان استقرار عمليات تحويل الغاز الطبيعي للسائل (LNG).

مستويات تحمّل الشوائب والامتثال للمعايير الدولية للغاز الطبيعي المسال (LNG)

يجب أن يلتزم غاز التغذية الخاص بالغاز الطبيعي المسال (LNG) بحدود صارمة للشوائب لضمان سلامة العملية وطول عمر المعدات:

تفي منصات التنقية المعيارية بهذه المعايير من خلال أنظمة تحكم متكاملة ومراقبة آلية، مما يضمن الامتثال المستمر تحت ظروف تغذية متغيرة.

القياس الفوري لمكونات الغاز الطبيعي قبل عملية التسييل

تحلل أجهزة التحليل الطيفي بالليزر المتسلسلة وأجهزة كروماتوغراف الغازات التركيب كل 30–60 ثانية، مما يوفر تحققًا مستمرًا من بقاء ثاني أكسيد الكربون وكبريتيد الهيدروجين والرطوبة ضمن الحدود المسموح بها. ويمنع هذا التغذية المرتدة الفورية إنتاج غاز مسال غير مطابق للمواصفات، وتمكّن التعديلات الفورية لمعايير التنقية، وبالتالي تحسين الأداء اللاحق في تطبيقات مثل توليد الطاقة.

تقنيات تسييل الغاز الطبيعي المسال في تصاميم مدمجة ومنصوبة على شاحنات

دورات التبريد: أنواع خليط مبرد والأنواع المبردة مسبقًا في المصانع الوحدوية

تُعد أنظمة الغاز الطبيعي المسال المثبتة على منصات اليوم تستخدم بشكل جيد دورة العامل المبرد المختلط أو دورة MR للوصول إلى درجات الحرارة المنخفضة للغاية، حوالي ناقص 162 درجة مئوية. السر يكمن في خلط هيدروكربونات مختلفة مع بعض الغازات الخاملة أيضًا. ويؤدي هذا المزيج فعليًا إلى تقليل استهلاك الطاقة بنسبة تتراوح بين 15 إلى 20 بالمئة عند مقارنته باستخدام نوع واحد فقط من العامل المبرد. وعند النظر إلى الأنظمة الأصغر التي تعالج أقل من 100 طن يوميًا، يمكن لهذه الأنظمة المبردة مسبقًا باستخدام العامل المبرد المختلط تحقيق مستويات ممتازة من الكفاءة الطاقية تصل إلى حوالي 0.28 كيلوواط ساعة لكل كيلوجرام من الغاز الطبيعي المسال المنتج. وقد أظهرت دراسة أجريت عام 2021 مدى تحسن هذه العمليات عندما يتم تحسينها بشكل مناسب لتناسب الظروف الواقعية.

التبريد الكريوجيني وقطارات التبريد لإنتاج الغاز الطبيعي المسال بكفاءة

الابتكارات الرئيسية في قطارات التبريد القائمة على المنصات تعزز الكفاءة والموثوقية:

تتيح هذه المكونات لأنظمة الوحدات الانزلاقية إسالة من 60 إلى 800 طن متري يوميًا (TPD) مع الامتثال لمعايير السلامة API 625.

اعتبارات التصميم للوحدات الانزلاقية لتسييل الغاز الطبيعي المسال

أربعة عوامل رئيسية تُشكل تصميم وحدات الغاز الطبيعي المسال المدمجة:

• تحكم الاهتزاز : تخفف النابضات الحلزونية من اهتزازات الضاغط عند سعة أقل من 5 ميكرومتر
• مقاومة درجات حرارة البيئة المحيطة : الحفاظ على تبريد بدرجة -160°م عند درجات الحرارة الخارجية التي تصل إلى 50°م
• نشر سريع : تقلل الوحدات المجمعة مسبقًا من تركيب الموقع إلى أقل من 14 يومًا
• قابلية التوسع : تسمح الوحدات المتوازية بتوسيع السعة دون الحاجة إلى إعادة تصميم النظام

يضمن دمج أجهزة استشعار التركيب في الوقت الفعلي تشغيلًا مستقرًا على الرغم من التقلبات في جودة الغاز المُدخل، وخاصةً في الحفاظ على مستويات أول أكسيد الكربون أقل من 50 جزءًا في المليون.

المعالجة المعيارية المتكاملة: دمج عمليتي التنقية والسائلة في هيكل واحد

تدمج أنظمة الغاز الطبيعي المسال الحديثة القائمة على الهياكل (Skid) عمليتي التنقية والسائلة في وحدات موحدة، مما يبسط عملية تحويل الغاز الطبيعي الخام إلى غاز طبيعي مسال جاهز للأنابيب. توفر هذه الوحدات المتكاملة وفورات في المساحة بنسبة تتراوح بين 30 و50% مقارنة بالأنظمة التقليدية، مع الالتزام بمعايير ISO 16961 وGPA 2143-16 الخاصة بمصادر تغذية الغاز الطبيعي المسال.

التكامل المعياري لعمليات إزالة الرطوبة وإزالة غازات الحمض والتحكم في نقطة الندى

تجمع الأنظمة المتقدمة القائمة على الهياكل (Skid) بين إزالة الرطوبة باستخدام الجلايكول وإزالة غازات الحمض باستخدام الأمين في وحدة واحدة مدمجة، مما يقلل تعقيد خطوط الأنابيب بنسبة 60% في عمليات النشر الميداني. وتصل وحدة متكاملة نموذجية إلى ما يلي:

• محتوى الماء ≤ 0.1 رطل/مليون قدم مكعب قياسي عبر وحدات تلامس ثلاثي إيثيلين جلايكول (TEG)
• تقليل H2S إلى أقل من 4 جزء في المليون من خلال تنقية الأمين القابل لإعادة التنشيط
• التحكم بنقطة تكاثف الهيدروكربونات عند -40°ف باستخدام تمدد جول-تومسون

بيانات الصناعة من تقرير معالجة الغاز الوحدوي 2024 تشير إلى أن هذه الوحدات المتكاملة تقلل استهلاك الطاقة في المعالجة الأولية بنسبة 18٪ من خلال الدمج الحراري المُحسّن.

الترشيح المتقدم وإزالة الزئبق في أنظمة الوحدات متعددة الوظائف

يضمن الترشيح المتعدد المراحل أن يفي الغاز الطبيعي المسال النهائي بمتطلبات النقاء الصارمة:

يقلل هذا النهج الطبقي تركيزات الزئبق إلى أقل من 0.005 µg/Nm³، أي بنسبة 50٪ أكثر صرامة من المواصفات المعتادة للأنابيب. يدعم التكوين المدمج ما يصل إلى أربع عمليات تنقية ضمن هيكل متنقل بأبعاد 12م × 3م، مما يجعله مثاليًا لمواقع توليد الطاقة النائية.

التطبيقات المنخفضة: تخزين الغاز الطبيعي المسال، والنقل، وتوليد الطاقة

وحدات تخزين وتحميل الغاز الطبيعي المسال في محطات متنقلة ونائية قائمة على الهياكل المتنقلة

تعتمد أنظمة تخزين الغاز الطبيعي المسال الوحداتية على خزانات تبريد مزدوجة الجدران مع عزل فراغي بينهما للحفاظ على درجات الحرارة منخفضة جدًا، أي أقل بكثير من -160 درجة مئوية. يساعد هذا التكوين في التحكم بظاهرة التبخر بحيث تقل عن 0.1٪ يوميًا، وهي نتيجة مثيرة للإعجاب حقًا. يأتي النظام مزودًا بأذرع تحميل متكاملة ووحدات لاسترداد البخار، مما يجعل نقل الغاز الطبيعي المسال أكثر أمانًا عند تحويله إلى حاويات ISO أو إلى السفن. وفقًا لأحدث أبحاث السوق في أواخر عام 2024، أصبحت هذه الحلول المتنقلة للتخزين ضرورية للعمليات في الحقول الغازية النائية، حيث إن بناء البنية التحتية التقليدية ستكلف حوالي 34٪ أكثر من مجرد نشر هذه الوحدات المتنقلة.

مجموعات المولدات الغازية مدعوم بالغاز الطبيعي المسال المنقى من أنظمة الوحدات المعيارية

يحتوي الغاز الطبيعي المسال المُنقى من خلال أنظمة الوحدات النقالة عادةً على أقل من 50 جزءًا في المليون من محتوى الماء وأقل من 4 أجزاء في المليون من مجموع الكبريت، مما يجعله خيارًا ممتازًا لتشغيل وحدات توليد الكهرباء بالغاز. وعند استخدام هذه الوقود النظيف في محطات الدورة المركبة، يمكن تحقيق كفاءة حرارية تصل إلى حوالي 58%، وهي نسبة أفضل بكثير من الكفاءة التي تحققها معظم مولدات الديزل من حيث الانبعاثات لكل وحدة من الطاقة المنتجة. مع تزايد المخاوف بشأن الحفاظ على شبكات كهربائية مستقرة مع انتشار مصادر الطاقة المتجددة بشكل أكبر، يتوقع الخبراء أن سوق التوليد باستخدام الغاز الطبيعي المسال قد يصل إلى أكثر من 255 مليار دولار أمريكي على مستوى العالم بحلول نهاية هذا العقد، وفقًا لبيانات BusinessWire للعام الماضي.

دمج أنظمة الغاز الطبيعي المسال المثبتة على وحدات نقالة في سلسلة القيمة للغاز الطبيعي

يؤدي دمج وحدات التنقية والسائلة والتخزين في نظام متكامل إلى تقليل وقت التطوير في مشاريع الغاز الطبيعي المسال متوسطة الحجم، حيث ينخفض من حوالي 36 شهرًا إلى 8 أشهر فقط في العديد من الحالات. وقد لاحظ مشغلو الحقول انخفاض التكاليف التشغيلية بنسبة تقارب 19٪، نظرًا لأن هذه التجهيزات الوحداتية تُبسّط الصيانة الدورية عبر جميع الوحدات بشكل كبير. ومن خلال النظر في اتجاهات القطاع، نلاحظ تحولًا حقيقيًا نحو الحلول القائمة على الوحدات (Skid-based) لتحويل الغاز المهدر إلى أرباح. وتُظهر الأرقام ذلك بوضوح - إذ أن أكثر من 70٪ من مشاريع الغاز الطبيعي المسال العائمة التي تم إطلاقها بعد عام 2022 تعتمد النهج الوحداتي بدلًا من البناء من الصفر. ويُعد هذا أمرًا منطقيًا إذا ما أخذنا في الاعتبار البُعد الكبير للعديد من هذه المخزونات الغازية.

دراسة حالة: نشر وحدات الغاز الطبيعي المسال الخاصة بمزوّد رائد في مجال الأتمتة في حقول نائية

تم تشغيل وحدة تسييل الغاز الطبيعي المسال في القطب الشمالي عام 2023 عند درجات حرارة محيطة تبلغ -45°م، وحققت توافرًا بنسبة 98.7٪ عبر 15 وحدة نمطية. وقد قللت الضوابط الآلية من احتياجات الطاقم بنسبة 60٪ مع الحفاظ على تسرب الميثان بأقل من 0.25٪، مما يفوق محطات المعالجة التقليدية من حيث التحكم في الانبعاثات بنسبة 41٪—وهو ما يُظهر المزايا التشغيلية للأنظمة المتكاملة بالكامل والمحمولة على منصات في البيئات القاسية.

قسم الأسئلة الشائعة

ما هي الأنظمة المحمولة على منصات؟

الأنظمة المحمولة على منصات هي وحدات نمطية تم تصميمها لتسهيل النقل والتركيب، وغالبًا ما تكون مجمعة مسبقًا وتتطلب حدًا أدنى من الإعداد في الموقع.

كيف تفيد الأنظمة المحمولة على منصات عملية تسييل الغاز الطبيعي؟

هذه الأنظمة تُحسّن عملية تسييل الغاز الطبيعي من خلال دمج وظائف متعددة في وحدة واحدة، مما يقلل المساحة والتكلفة وأزمنة التركيب، مع الحفاظ على كفاءة عالية والامتثال للمعايير الدولية.

ما المكونات الرئيسية في نظام تسييل الغاز الطبيعي المحمول على منصة؟

تشمل المكونات الرئيسية وحدات تنقية الغاز، ووحدات التبريد، وأنظمة التحكم المتكاملة لمراقبة التشغيل في الوقت الفعلي.

كيف تسهم هذه الأنظمة في الكفاءة البيئية؟

تحسّن الأنظمة المثبتة على منصات الكفاءة البيئية من خلال تقليل الانبعاثات واستهلاك الطاقة واستخدام الموارد، وكذلك تمكين إنتاج وقود أنظف لتوليد الطاقة.