عملية التسلسل في سَيْلَان الغاز الطبيعي
آليات التبريد متعددة المراحل
في عملية التسلسل، يُنتج الغاز الطبيعي المسال على عدة مراحل من التبريد المطبق على مواد تبريد مختلفة مثل البروبان والإيثيلين والميثان. تغطي هذه المواد تدريجياً درجات حرارة أكثر برودة، تصل عادة من درجة حرارة المحيط إلى نحو -160°م. من خلال فصل وظائف نقل الحرارة، تقلل هذه الفلسفة من الخسائر الحرارية الناتجة عن الارتفاع الكبير في درجات الحرارة. تقلل تركيبة النظام ذات المراحل الثلاثة من أحمال الضاغط بنسبة 40% مقارنة بمرحلة واحدة، وتحافظ على الضغط أقل من 50 بار لضمان التشغيل الآمن. كما أن فصل دورة التبريد المتدرجة يمنح تحكماً أفضل في انتقالات الطور الغازي، وهو أمر مهم لاستقرار محتوى الميثان في الغاز الطبيعي المسال.
تقييم كفاءة استهلاك الطاقة
تبلغ كفاءة الأنظمة الحديثة للتسلسل في استخدام الطاقة نحو 35 كيلوواط لكل طن من الغاز الطبيعي المسال ، أي تحسناً بنسبة 22% مقارنة بالتصميمات من الجيل الأول. تشمل العوامل الرئيسية:
- خوارزميات تعويض درجة الحرارة المحيطة التي تقلل من قفزات الطاقة بنسبة 12%
- تعديلات على التوربينات المُوسِّعة تقلل من تسرب الميثان إلى أقل من 0.8%
- أنظمة الصيانة التنبؤية ترفع معدل التوافر السنوي إلى 93%
عادةً ما تتفوق منشآت القطب الشمالي على المنشآت في المناطق الاستوائية بنسبة 9% بفضل الأحمال الأقل للاستهلاك الأساسي للتبريد، كما أظهرت دراسة بحثية في علم الديناميكا الحرارية عام 2021 .
دراسة حالة: منشأة بونتانغ في إندونيسيا
إن مصنع بونتانغ للغاز الطبيعي المسال هو مثال نموذجي لعملية التسلسل التي تكيّفت مع المناخات الرطبة الاستوائية. يعتمد إنتاجه البالغ 22.5 مليون طن متري سنوياً على نظام ثلاثي المراحل يتضمن تبريداً أولياً بمساعدة الأمونيا، مما يقلل الاعتماد على التبريد باستخدام مياه البحر بنسبة 34%. يعمل المصنع بدرجة حرارة دخول متوسطة تبلغ 32°م، ومع مبردات هوائية مقاومة للأمطار الموسمية، فإن هذا المصنع يعمل باستهلاك طاقة محدد يبلغ 37 كيلوواط/طن مع تعديل ديناميكي للسائل المبرد. بعد عملية التجديد - تراجع حجم الغاز المحترق بنسبة 15% مقارنة بالبيانات المرجعية القديمة.
تقنية التبريد المختلط الأحادي (SMR)
دورة مبسطة للغاز الطبيعي المسال في المنشآت البحرية
45 SMR - مُبرِّد مختلط واحد، يُبسِّط SMR عملية التسييل في المنشآت العائمة من خلال دمج جميع المبردات في خليط سائل واحد ويقلل من الحيز المطلوب بنسبة 40%. يناسب هذا الدورة المبسطة بشكل خاص مصانع الغاز الطبيعي المسال العائمة حيث تكون المساحة محدودة للغاية. تصل استهلاك الطاقة النوعية في تكوينات SMR الحديثة إلى 0.35 كيلوواط ساعة/كجم من الغاز الطبيعي المسال، في حين تظهر خلطات المبردات المحسنة وفورات كبيرة في استهلاك الطاقة.
تحسين العمليات باستخدام الذكاء الاصطناعي
تُحسّن نماذج التعلم الآلي المتقدمة من دورات SMR في الوقت الفعلي، من خلال تعديل نسب المبردات لتتناسب مع ظروف الغاز المغذّي المتغيرة. تقوم هذه الأنظمة بتحليل متغيرات العمليات المتعددة، مما تحقق تحسناً في الكفاءة بنسبة 22–35% مقارنة بالتحكم اليدوي. وخلال تنفيذ في منشأة تسييل عائمة في جنوب شرق آسيا في عام 2023، تم تقليل تكاليف التسييل بمقدار 18 دولاراً لكل طن من خلال خوارزميات الصيانة التنبؤية.
أنظمة التبريد الهجينة C3MR
أساسيات التبريد المسبق بالبروبان
تُستخدم الخصائص الحرارية الديناميكية للبروبان لتبريد الغاز الطبيعي مسبقًا قبل دخوله دورة التبريد الرئيسية المزدوجة في أنظمة C3MR. في هذه المرحلة التبريدية الأولية، يتم تبريد درجة حرارة الغاز إلى حوالي -35°م، مما يقلل من كمية الطاقة المطلوبة في المراحل اللاحقة. يمتلك البروبان منحنى غليان متوقعًا، مما يسمح بالتحكم الجيد في درجة الحرارة، ويقلل من الإجهاد الحراري على المعدات الواقعة في المصب.
الكفاءة الحرارية مقابل SMR
تُظهر أنظمة C3MR كفاءة حرارية تزيد بنسبة 22% مقارنةً بطرق SMR. في البيئات القطبية، تقلل هذه الطريقة المُرَحَّلة من استهلاك الطاقة في الضواغط بنسبة 30-40% مقارنةً بوحدات SMR ذات الدورة الواحدة. كما تُحافظ التصميمات الهجينة على كفاءة إكسرجية تتراوح بين 0.92 و0.95 تحت ظروف متغيرة.
مشروع توسيع حقل الشمال في قطر
تستخدم المرحلة الموسعة لحقل الشمال في قطر تقنية C3MR لإضافة 48 مليون طن سنوياً من الطاقة التبريدية بحلول عام 2027. تُظهر بيانات المشروع تقليلًا بنسبة 17% في استهلاك الطاقة النوعية مقارنة بالمنشآت القديمة التي تعتمد على تقنية SMR، مع تحقيق استمرارية دورة التسييل بنسبة 98% خلال الاختبارات الميدانية.
ابتكارات التبريد المختلط المزدوج
الترتيب المتوازي لنظام التبريد
تستخدم أنظمة التبريد المختلط المزدوج (DMR) دوائر تبريد مستقلة تعمل بالتوازي، مما يسمح بالتحكم الدقيق في درجة الحرارة. يُحسّن هذا التصميم الكفاءة في استخدام الطاقة بنسبة 15% مقارنة بالتصميمات التقليدية ذات الدائرة الواحدة، كما يقلل من إجهاد المعدات أثناء تقلبات الأحمال.
مزايا التكيّف مع الظروف المناخية القطبية
تتفوق تقنية DMR في الظروف المناخية الباردة للغاية، حيث تمكّن التصاميم المُحسَّنة للبيئات القطبية من الحفاظ على قدرة التسييل بنسبة 92% حتى في ظل ظروف تصل إلى -40°م المستمرة. تتفوق هذه الأنظمة على منشآت SMR بنسبة 28% في بيئات مماثلة.
اتجاهات تنفيذ المصانع الوحدية
أدى الطابع المدمج لأنظمة DMR إلى تقليل بنسبة 40٪ في مساحة مصانع الغاز الطبيعي المسال الوحدية. تسمح الوحدات المُصنعة مسبقًا والمُثبتة على شاسيهات بسرعة نشرٍ أكبر، حيث تحقق حالة التشغيل الكامل بنسبة 80٪ أسرع من الإعدادات التقليدية، كما هو موضح في بحث التشييد الوحدوي .
تطبيقات توسع النيتروجين
المزايا الأمنية في منشآت الغاز الطبيعي المسال الصغيرة
تُحسّن الخصائص الخاملة للنيتروجين السلامة في المنشآت المدمجة للغاز الطبيعي المسال، وتقلل من مخاطر الاشتعال أثناء التعامل مع الغاز. كما تمنع استقراره الكيميائي التفاعلات غير المقصودة مع الهيدروكربونات، في حين تقلل أنظمة تغطية النيتروجين من مخاطر الانفجار بنسبة 40% مقارنة بالأساليب التقليدية.
استراتيجيات دمج التقاط الكربون
يعمل توسع النيتروجين بالتوازي مع أنظمة التقاط الكربون على تقليل الانبعاثات، مما يسمح بالتحكم الدقيق في خليط الغازات المنبعثة. ووصلت التطورات الحديثة إلى معدلات التقاط كربون تصل إلى 92% دون فرض عبء طاقي كبير.
عمليات مرافق تقليل الذروة
تثبت قدرة النيتروجين على التبريد السريع أنها ضرورية في تطبيقات تقليل الذروة، حيث يجب على مصانع الغاز الطبيعي المسال تعديل الإنتاج بسرعة. يمكن لوحدات التوربينات المتصلة زيادة سعة التسييل بنسبة 30% خلال 90 ثانية، وفي الوقت نفسه تقلل خسائر الغاز المتطاير بنسبة تصل إلى 18% مقارنة بالبدائل الميكانيكية.
الأسئلة الشائعة
ما هي عملية السلسلة في تسييل الغاز الطبيعي المسال؟
تتضمن عملية السلسلة في تسييل الغاز الطبيعي المسال عملية تبريد متعددة المراحل باستخدام مواد تبريد مختلفة لتبريد الغاز الطبيعي تدريجيًا، مما يقلل من أحمال الضاغط ويوفر كفاءة في استخدام الطاقة.
كيف تختلف تقنية التبريد المختلط الفردي (SMR) عن عمليات الغاز الطبيعي المسال الأخرى؟
تبسط تقنية SMR عملية التسييل من خلال استخدام مادة تبريد مختلطة واحدة، مما يجعلها مناسبة للتطبيقات البحرية بسبب صغر مساحتها وتبسيط العمليات.
ما هي فوائد استخدام أنظمة التبريد المختلط المزدوجة؟
تُحسّن أنظمة التبريد المزدوج المختلطة من كفاءة استخدام الطاقة بنسبة 15٪ من خلال تشغيل دوائر التبريد بالتوازي وتوفير تحكم دقيق في درجة الحرارة، مما يجعلها مناسبة للمناخات القاسية.
لماذا يُستخدم النيتروجين في تطبيقات الغاز الطبيعي المسال على نطاق صغير؟
يُستخدم النيتروجين لخصائصه الخاملة التي تُعزز السلامة من خلال تقليل مخاطر الاشتعال والحد من مخاطر الانفجار في عمليات التعامل مع الغاز وتحويله إلى سائل.