困難な LNG 用途向けのバルブ選択の鍵

リストを保存して読む LNG 業界副編集長 Jessica Casey 発行、2022 年 11 月 22 日火曜日 14:00

適切な制御バルブとリリーフバルブの選択は、収益性の高い LNG 基地運営にとって重要です。 Jean-Paul Boyer 氏、Massimiliano Franco 氏、Nagendra Maddula 氏、および Emerson の Eugenio Sudati 氏が、最適なコンポーネントを選択するための主要な設計パラメータについて説明します。

LNG 施設では、バルブにとって厳しい問題が発生します。 極低温、二相流、非常に高い圧力、周期的な圧力と温度の変動の組み合わせにより、これらのコンポーネントは限界ぎりぎりまで押し上げられます。 しかし、こうした状況にもかかわらず、バルブは確実に機能しなければならず、そうでないと動作全体に悪影響が及びます。

この記事では、LNG 貯蔵および再ガス化施設全体でのより一般的なバルブ アプリケーションのいくつかを検討し、このサービス用のバルブを選択する際の重要な設計特徴について説明します。

LNG は他のほとんどの化石燃料に比べてクリーンな代替燃料であり、低炭素エネルギー市場の主力となっています。 天然ガスは精製され、サブクールされ、約 -160°C で液化され、世界中の使用場所に近い場所に輸送されます。 そこで、LNG は貯蔵タンクにポンプで送られ、必要に応じて気化してガスとなり、パイプライン経由で他の場所に輸送されるか、地元のユーザーに供給されます (図 1)。

図 1 に示すプロセスは、船舶から LNG 貯蔵タンクに移動したガス蒸気を再液化するために BOG コンプレッサーを使用する閉ループ LNG ボイルオフガス (BOG) システムを示しています。 タンクは継続的に非常に低い圧力に保つ必要があるため、BOG コンプレッサーはタンクの上部から蒸気を継続的に吸引します。 LNG 再凝縮器は熱を除去し、蒸気を液体に戻し、不必要なフレアや廃棄物を回避します。 最終的に、LNG は気化され、陸上輸送用のパイプラインにポンプで送られるか、地元のユーザーに直接供給されます。

図 1. LNG の荷降ろし、貯蔵、再ガス化には、非常に困難でやりがいのあるさまざまなバルブの用途が含まれており、それぞれが効率的な運用に不可欠です。

オン/オフ バルブは、LNG 施設全体にわたって重要な役割を果たします。 手動バルブはさまざまな機器を隔離するために使用され、非常に高圧および極低温条件下で動作しているにもかかわらず、漏れをゼロにする必要があります。 自動バルブは LNG の液体と蒸気の方向転換を可能にし、多くの場合、安全停止用途に必要となります。

この用途に選択されるバルブは、まず、通常は極低温であるプロセス条件に対処できるように設計する必要があります。 極低温バルブは通常、バルブをアクチュエータから分離するために延長されたボンネットを備えており、排出ガスを削減するために 4 分の 1 回転スタイルと特殊な環境パッキン設計を採用していることがよくあります。 バルブは液体を閉じ込めてはいけないため、どちらの側から加圧されても漏れがゼロとなる C ボール バルブまたは高性能トリプル オフセット バルブが一般的に使用されます。 これは通常、バルブが遭遇する可能性のある広範囲の温度に適した特殊な構造材料とともに、金属対金属のトルク シートを使用して実現されます。 トップエントリーのボディスタイルにより、自動バルブを設置したままメンテナンスできるため、バルブの修理に必要な時間を大幅に短縮できます。

安全緊急遮断バルブは、必要な性能を達成するために必要な非常に速いストローク時間を指定できます。 これらの安全性完全性レベル (SIL) 評価のソリューションは、専用のオンボード コンポーネントと、通常再着座と呼ばれるストロークの終わりの速度を制御できる高性能ポジショナー設計を採用しています。

LNG は、LNG 運搬船の荷下ろしに使用される蒸気ラインだけでなく、コンプレッサーの吸入時に冷却を提供するために蒸気流に注入されることがよくあります。 LNG 注入の用途は難しく、通常は特別に設計された極低温過熱防止バルブが使用されます。

このバルブは、アクチュエータを保護するための拡張されたボンネットと、広範囲の液体および蒸気の流れにわたって完全な霧化を提供する慎重に設計されたスプレー ノズルを採用しています。 また、バルブは、液体が蒸気ラインに漏れて二相流状態が生じるのを防ぐために、非動作時に非常に厳密に遮断する必要があります。 バルブ本体は、ノズルが摩耗した場合のメンテナンスと交換が容易にできるように設計する必要があります。

遠心コンプレッサーは、コンプレッサーの吸入または吐出の流出が遮断または制限された場合に発生する、サージと呼ばれる壊滅的な状態を引き起こす傾向があります。 これが起こると、コンプレッサーは突然、蒸気がコンプレッサー内を 1 秒間に数回前後に激しく衝突する破壊的な状態に陥る可能性があります。 サージ サイクルが数回発生するとスラスト ベアリングが損傷し、継続するとサージによってコンプレッサーの内部が破壊されます。

サージは、コンプレッサーの吐出口を吸入側に分流して機械内を流れる流れを維持するアンチサージ制御バルブを取り付けることで回避されます。

アンチサージ バルブは、コンプレッサーの流れのかなりの部分を通過させるのに十分な大きさでなければなりません。 また、正確な制御を維持しながら、非常に高速に動作し、0% から 100% の開度、またはその間の任意の位置に 2 秒以内に移動する必要があります。 これは、大容量かつ高精度のポジショナ、専用のリニア アクチュエータ、空圧ブースタ、およびエア ボリューム タンクを使用して実現されます。 アセンブリ全体は慎重に設計され、適切で信頼性の高い動作を保証するために設置前に広範なテストを受ける必要があります。

アンチサージ バルブは、通常の動作では非常に厳密に遮断し、非常に高い圧力降下にもかかわらず、厳密に制御された流れを即座に通過させる必要があります。 一部のバルブはトリムデッドバンドを備えて特別に設計されており、大量の蒸気流を通過させることなく部分ストロークテストができるため、ユニットがオフラインのときに実行する必要があるフルストロークテストを実行する場合に比べて稼働時間が増加します。

LNG 貯蔵タンクは、極低温で大量の LNG を保管します。 この温度制御が失われるか、BOG コンプレッサーが故障すると、LNG が蒸発し始め、タンクは非常に短時間のうちにかなりの過圧力にさらされます。 したがって、これらのタンクは 1 つ以上の貯蔵タンク圧力逃し弁で保護する必要があります (図 2)。 これらのバルブには非常に大きな容量が必須であり、そうでないと適切な保護を得るために各タンクに多数のバルブが必要になります。 高容量と適切な気密性を提供するには、高品質のパイロット操作設計が必要であり、アプリケーション要件を満たすためにポップまたは変調性能のいずれかを指定できます。 パイロット操作の設計により、リリーフバルブがフレアヘッダーからの背圧に対処することもできます。 一部の設計では、リリーフバルブの開放または漏れを検出する無線モニタリングのオプションを提供し、製品の損失や環境への放出を大幅に削減するために必要なデータを工場担当者に提供します。

図 2. エマソンのアンダーソン グリーンウッド 9300H パイロット操作安全リリーフ バルブなどのコンポーネントを含むタンク リリーフ ベント システムは、設定値の数パーセント以内に気泡密封を維持し、非常に大量の LNG 液体と蒸気の両方を通過させる必要があります。作戦に呼び出された。

貯蔵タンクの圧力逃しベントに加えて、機器を過圧から保護するために、LNG 施設全体で圧力保護装置が使用されています。 LNG が 2 つのバルブの間に閉じ込められると、すぐに蒸発が始まり、非常に高い圧力が発生する可能性があります。 小型のサーマルリリーフバルブは、この蒸気を排出することで配管とバルブシールを保護します。 他の用途では、パイロット操作のリリーフバルブは、あらゆるタイプのタンク、熱交換器、およびさまざまなプロセス装置に過圧保護を提供します。

LNG サービスにおけるリリーフバルブは、これらの用途で一般的な二相流と極低温に対処できるように慎重に設計する必要があります。 また、バルブは、設定値に近い圧力がかかった場合でも非常にしっかりと密閉し、リリーフ設定値に達すると一貫して確実に開く必要があります。

調整パイロット設計は、過圧状態を緩和するために必要な最小限の通気を提供し、必要に応じて非常に高い流量を緩和する能力を備えています。 また、吐出背圧の影響も受けません。 タンクリリーフバルブと同様に、これらの圧力リリーフバルブには、バルブの漏れや通気を検出するためのワイヤレス監視機能を提供できます。 バルブがフレアヘッダーに通気する場合、この種の用途では漏れや通気動作が簡単に検出されないため、これは非常に重要です。

LNG サービス用のバルブを選択する際には、主要な設計特徴を理解することが重要です。 また、特定の用途に対して一貫した信頼性の高い性能の実績のあるバルブ設計を選択することも重要です。 LNG プロセスではバルブが非常に困難で過酷な条件にさらされるため、故障の代償は非常に高くつき、設備に損害を与える可能性があります。

オプションを検討する場合は、制御バルブおよびリリーフバルブの自動化パートナーに相談して、利用可能な設計を評価し、特定の用途に最適なオプションを選択することが賢明です。 慎重に選択すると、耐用年数を大幅に延長し、ダウンタイムを削減し、排出量を大幅に削減し、プラントの収益性を向上させることができます。

オンラインで記事をご覧ください: https://www.lngindustry.com/special-reports/22112022/the-key-to-valve-selection-for-challenging-lng-applications/

LNT Marine と上海商船設計研究所は、LNT A-BOX LNG 封じ込めシステムの最新バージョンについて ABS から原則承認を得ました。

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