Instrumentation and control optimization of a standard pressurized LNG satellite terminal
Gästgivars, Kim (2020)
Gästgivars, Kim
Åbo Akademi
2020
Julkaisu on tekijänoikeussäännösten alainen. Teosta voi lukea ja tulostaa henkilökohtaista käyttöä varten. Käyttö kaupallisiin tarkoituksiin on kielletty.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2020040210208
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2020040210208
Tiivistelmä
The use of natural gas (NG) is increasing worldwide due to its clean energy source and the fact that it offers a reduction of emissions related to global warming compared to other fossil fuels. It can be stored and transported as liquified natural gas (LNG) at a temperature of -162°C and pressure above 1 atm due to safety and economic reasons. The demand for LNG import has increased with the energy demand.
This has resulted in LNG receiving terminals being built onshore to import LNG. The LNG is stored in storage tanks, and it is vaporized through a regasification process before it is supplied to the end-user. After vaporization, it is delivered by pipelines to the end-users. However, not all end-users can be reached by a pipeline. This is where the use of an LNG satellite terminal comes into place. An LNG satellite terminal is a small-scale LNG receiving terminal, which includes all necessary processes and equipment to receive, store and vaporize LNG to end-users. The delivery of LNG arrives by mobile transport equipment.
The monitoring and the control of LNG processes in a safe manner are the most important parts of any LNG facility. Therefore, the control system needs to be reliable and designed accordingly, all the way from the control room to the measuring instrument of the process. Precise data needs to be delivered from the measuring instrument.
The objectives of this thesis are to a) review the instrumentation used for a standard pressurized LNG satellite terminal, b) analyze the need for the instrumentation c) find new methods and instruments that meet the requirements of the different measurement points in the systems, d) review control and instrument communication and connection from a reliability, safety and economical point of view, and lastly e) to finalize the instrumentation specifications according to the findings.
This thesis contains a technology overview of current and new monitoring methods for cryogenic conditions. These methods have been established and reviewed as suitable for the monitoring of LNG processes. Guidelines for design in the form of international standards have also been found and are included to help with selection, installation and recommendations for the design of the LNG processes. The result of this thesis is meant to help process design engineers to understand the background and the thought process for establishing the monitoring instrumentation in a pressurized and cryogenic process. Användning av naturgas har ökat runtom i världen på grund av att energikällan är ren och påfrestningen på miljön mindre jämfört med andra fossila bränslen. Transport och förvaring sker som vätska kallad flytande naturgas (LNG). Detta sker vid en temperatur på -162 °C och tryck över 1 atm på grund av säkerhet och av ekonomiska orsaker. Efterfrågan på LNG-import har ökat med energibehovet.
Resultatet är ett ökande antal LNG-mottagningsterminaler på land för import av LNG. LNG förvaras i lagringstankar och innan leverans till slutanvändaren förångas den till naturgas i en återförgasningsanläggning. Efter förångningen levereras naturgasen till slutanvändaren via rörledningar. Detta är dock inte möjligt för alla slutanvändare på grund av geografiska hinder. Då kan man istället bygga en LNG-satellitterminal. En satellitterminal är en mindre version av en mottagningsterminal som innehåller alla nödvändiga processer och anläggningar för att ta emot, lagra, förånga LNG och leverera naturgas till slutanvändaren. LNG fraktas med tankbilar till satellitterminalen.
Det viktigaste med övervakning och kontroll av LNG-processer är att det utförs säkert och gäller för alla LNG-anläggningar. Därför måste styrsystemet vara tillförlitligt och designat så att detta gäller hela vägen från processens mätpunkt till kontrollrummet. Exakta data måste levereras från mätinstrumentet och ju mer tillgänglig information, desto bättre.
Syftet med denna avhandling är att granska mätinstrument som används i en standard LNG-satellitterminal, analysera behovet av mätinstrument och hitta nya mätmetoder eller instrument som uppfyller kraven på de olika mätpunkterna. Därtill undersöks kontrollsystemets och mätinstrumentets kommunikation och anslutning för att bedöma deras tillförlitlighet och säkerhet samt för att överväga ekonomiska perspektiv. Slutligen presenteras instrumentspecifikationerna utgående från erhållna resultat.
Avhandlingen innehåller en teknisk översikt över nuvarande och nya övervakningsmetoder för kryoteknik. Metoderna har granskats om de är lämpliga för övervakning. Internationella riktlinjer har också inkluderats för att hjälpa till med valet av mätinstrument och hur de installeras samt rekommendationer för design av LNG-processer. Resultaten i avhandlingen ökar förståelsen av processen att designa övervakningen och kontrollsystemet i en LNG-anläggning.
This has resulted in LNG receiving terminals being built onshore to import LNG. The LNG is stored in storage tanks, and it is vaporized through a regasification process before it is supplied to the end-user. After vaporization, it is delivered by pipelines to the end-users. However, not all end-users can be reached by a pipeline. This is where the use of an LNG satellite terminal comes into place. An LNG satellite terminal is a small-scale LNG receiving terminal, which includes all necessary processes and equipment to receive, store and vaporize LNG to end-users. The delivery of LNG arrives by mobile transport equipment.
The monitoring and the control of LNG processes in a safe manner are the most important parts of any LNG facility. Therefore, the control system needs to be reliable and designed accordingly, all the way from the control room to the measuring instrument of the process. Precise data needs to be delivered from the measuring instrument.
The objectives of this thesis are to a) review the instrumentation used for a standard pressurized LNG satellite terminal, b) analyze the need for the instrumentation c) find new methods and instruments that meet the requirements of the different measurement points in the systems, d) review control and instrument communication and connection from a reliability, safety and economical point of view, and lastly e) to finalize the instrumentation specifications according to the findings.
This thesis contains a technology overview of current and new monitoring methods for cryogenic conditions. These methods have been established and reviewed as suitable for the monitoring of LNG processes. Guidelines for design in the form of international standards have also been found and are included to help with selection, installation and recommendations for the design of the LNG processes. The result of this thesis is meant to help process design engineers to understand the background and the thought process for establishing the monitoring instrumentation in a pressurized and cryogenic process.
Resultatet är ett ökande antal LNG-mottagningsterminaler på land för import av LNG. LNG förvaras i lagringstankar och innan leverans till slutanvändaren förångas den till naturgas i en återförgasningsanläggning. Efter förångningen levereras naturgasen till slutanvändaren via rörledningar. Detta är dock inte möjligt för alla slutanvändare på grund av geografiska hinder. Då kan man istället bygga en LNG-satellitterminal. En satellitterminal är en mindre version av en mottagningsterminal som innehåller alla nödvändiga processer och anläggningar för att ta emot, lagra, förånga LNG och leverera naturgas till slutanvändaren. LNG fraktas med tankbilar till satellitterminalen.
Det viktigaste med övervakning och kontroll av LNG-processer är att det utförs säkert och gäller för alla LNG-anläggningar. Därför måste styrsystemet vara tillförlitligt och designat så att detta gäller hela vägen från processens mätpunkt till kontrollrummet. Exakta data måste levereras från mätinstrumentet och ju mer tillgänglig information, desto bättre.
Syftet med denna avhandling är att granska mätinstrument som används i en standard LNG-satellitterminal, analysera behovet av mätinstrument och hitta nya mätmetoder eller instrument som uppfyller kraven på de olika mätpunkterna. Därtill undersöks kontrollsystemets och mätinstrumentets kommunikation och anslutning för att bedöma deras tillförlitlighet och säkerhet samt för att överväga ekonomiska perspektiv. Slutligen presenteras instrumentspecifikationerna utgående från erhållna resultat.
Avhandlingen innehåller en teknisk översikt över nuvarande och nya övervakningsmetoder för kryoteknik. Metoderna har granskats om de är lämpliga för övervakning. Internationella riktlinjer har också inkluderats för att hjälpa till med valet av mätinstrument och hur de installeras samt rekommendationer för design av LNG-processer. Resultaten i avhandlingen ökar förståelsen av processen att designa övervakningen och kontrollsystemet i en LNG-anläggning.