可持续性

液化气汽化的威力不容轻视

SKF的磁浮轴承技术正在帮助液化天然气运输船解决一直以来备受关注的技术难题,并实现更加环保的船舶推进方式。

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天然气是目前最热门的化石燃料,它由远古时期的植物和动物分解后产生的甲烷和其他气态碳氢化合物混合而成,提供了全球约四分之一的一次能源。到2025年,预计天然气将超过煤炭,成为仅次于石油的全球第二大能源。

天然气易于使用,并且相比碳氢化合物所产生的有害排放更少,受到终端用户的青睐。正因如此,天燃气在多个领域中得到了广泛应用,包括家庭烹饪和取暖、发电、工业加工和化学品生产等等。

对天然气需求的增长推动了对天然气运输、加工和分配等环节基础设施的大量投资。大多数天然气通过管道从生产地点输送到使用地点,但近年来海上运输得到日益广泛的应用。对远距离输送而言,天然气船运比管道运输更具成本效益,并且不需要固定管道,因此为买方和生产商提供了额外的灵活性。目前,全球仅有超过三分之一的天然气以液体形式运输,由于是将没有管道连接地区的生产商和客户联系起来,这一比例还在不断上升。

SKF汽化应用开发产品负责人克利斯朵夫•杜兰介绍:“我们的磁浮轴承解决方案是制造压缩、冷却和重新将液化天然气注入船舶储罐所需的紧凑型高速透平机械的理想选择。”

保持冷却

现代液化天然气运输船将液化气装在高度绝热的储罐内。目前,最大的船舶可以装载266,000立方米的天然气。尽管在建造过程中使用了先进的技术,储罐并不能完美地保存其内容物。船只的运动和储罐内的泵以及外部环境的热量会加热液化气。因此,一小部分液体会不断地蒸发成气态形式。

模块化能为客户带来多种优势。

SKF汽化应用开发产品负责人克利斯朵夫•杜兰

对液化气运输船来说,忽视这些汽化的天然气是不明智的。如果不采取适当的处理方法,这些气体会导致储罐中的压力上升,可能会引发危险。早期的液化气运输船会将汽化的天然气排放到大气中,但由于环境和经济原因,这种做法已不可取。因此,现代运输船配备了专门的设备,用来安全地处理这些气体。

最简单的方法是用这些汽化的天然气来推进船只。现代液化气运输船配备了双燃料发动机,当船舶空载行驶时,可以燃烧常规燃料,在液化气蒸发的时候就使用天然气。这种方法不仅为运营商节省了资金,而且对环境保护也更为有益。与海运中使用的重油相比,天然气的碳足迹更低,而且硫化物和其他污染物的排放也更少。不过,天然气动力并不能完全解决汽化问题,因为船舶产生的汽化天然气量往往超过了推进船只的用量。

回收解决方案

处理过量气化天然气的另一种方法是将其回收至储罐。为此,船舶配备了与在装载前冷却和液化天然气使用相同技术的小型化设备。凭借数十年的气体处理应用经验,SKF在21世纪初运输商开始应用该技术时,就密切参与了船载再液化系统的开发工作。

杜兰回忆说:“在21世纪初,我们与天然气领域的几个客户合作开发用于液化的电机和轴承系统。”

虽然这些项目都获得了成功,但为这样事关安全的应用开发定制解决方案十分耗时,并需要开展大量技术工作。杜兰说,2016年,SKF团队决定换一种思路。他说:“随着液化天然气行业的快速发展,我们的客户正在寻找一种更符合成本效益的方法来开发这些船上设备。我们决定采用标准化模块来满足客户的需求。”

经过几个月高强度的设计和测试工作,新系统在一年后就可以交付给客户。SKF的解决方案结构紧凑,功能强大,由一台175千瓦的电机、主动式磁浮轴承和一套控制系统构成,终端用户可以将其整合到自己的再液化系统中。在某个典型的客户应用中,这台电机安装在一台压缩机和一台透平膨胀机之间,共用一根转轴。

杜兰说:“模块化能为客户带来多种优势,它减少了设计和认证设备所需的时间和精力,大大简化了最终用户的管理和维护流程。”

SKF的客户在他们的最终产品设计中进一步实现了模块化。作为一台独立设备制造出来,再液化系统具有一系列标准尺寸。杜兰说:“一艘小型液化气运输船可能安装两台SKF的设备,而最大的船只则会使用七台设备。”

现代再液化设备可与天然气推进系统无缝衔接。该系统可以将一部分汽化天然气转移至船舶的发动机上,然后再将剩余的气体再液化后返回到储罐中。而且,由于磁浮轴承可靠性高、耐用,再液化并没有给船员增加多少工作量。该系统完全自动运行,并且仅在运行五年后才需要维护。

虽然天然气储罐能隔热,但还是会发生一些热传递,导致液化气达到沸点蒸发。这种被称为汽化的自然蒸发必须经过处理以保持储罐的压力。造成汽化的热量有多种来源,如泵的机械热、罐体压力平衡变化和大气压力改变等。

持续扩张

随着液化天然气业务的持续增长,SKF一直在扩充产品范围。目前已开发出更大的900千瓦电机和磁浮轴承的集成解决方案,适用于更大容量的再液化系统。杜兰指出:“随着液化气运输船越造越大,客户希望能发挥大型设备的更高效率。”

事实证明,SKF的液化气电机解决方案用途非常广泛,它也能被应用于完全不同的汽化天然气管理方法中。冷却解决方案可以凝结船舶储罐中的气体。通过从储罐中抽出液态甲烷,将其冷却至更低的温度,然后通过储罐顶部的蒸汽喷出冷却的液体。

对于液化天然气设备制造商来说,短期内最大的挑战可能是跟上需求。全球液化天然气船队目前约有650艘在运营船舶,并以每年10%的速度扩大规模。另外,还有216艘船舶订单,因此未来几年船厂会十分繁忙。

天然气海上运输

具有成本效益的天然气海上运输是一项相当大的技术成就。为了实现天然气的海上运输,生产商需要将天然气冷却,并压缩成液体。液化天然气(LNG)的密度大约是其气态时的600倍,但仍然不到相同体积水的一半重量。这一特点使得天然气十分适合海上运输,只要船舶能够将运输的天然气保持在-162ºC的凝点温度以下。

悬浮轴承

三十多年来,SKF通过其位于法国弗农的磁浮机电一体化公司,一直积极参与天然气产业链的各个环节。SKF S2M主动式磁浮轴承应用于透平机械,这种设备从气井到终端应用的过程中,对天然气进行压缩、膨胀和运输。由于磁浮轴承能够在极高转速下运行,且滚动摩擦为零,因此已成为这类应用的首选解决方案。它能延长设备使用寿命,并确保设备以极高的效率运行。磁浮轴承不需要昂贵的冷却和润滑系统。同时,用来使轴在轴承内悬浮的先进控制技术还可以自动补偿整个设备在运行中产生的不平衡。