Przemysłowa instalacja LPG lub SNG na pierwszy rzut oka może wydawać się stosunkowo prostym układem: zbiornik, armatura, parownik, redukcja ciśnienia, a w przypadku SNG również system mieszania LPG z powietrzem.
W praktyce dobór poszczególnych urządzeń jest dopiero częścią projektu.
Dwie fabryki o podobnym rocznym zużyciu gazu mogą potrzebować zupełnie innych instalacji. O ich rzeczywistych wymaganiach decydują m.in. chwilowe zapotrzebowanie na gaz, charakter pracy odbiorników, minimalne temperatury otoczenia, wymagane ciśnienie, skład paliwa, możliwość rozbudowy zakładu czy czas, przez jaki instalacja ma pracować bez dostawy LPG.
Dlatego błędy popełnione na etapie koncepcji często ujawniają się dopiero wtedy, gdy instalacja powinna pracować najintensywniej.
Poniżej przedstawiamy 7 problemów, które warto wyeliminować jeszcze przed rozpoczęciem inwestycji w przemysłową instalację LPG lub SNG.
1. Dobór instalacji do średniego zamiast maksymalnego zużycia gazu
To jeden z podstawowych błędów.
Informacja, że zakład zużywa określoną liczbę ton LPG miesięcznie albo określoną ilość gazu ziemnego w ciągu roku, nie wystarcza do prawidłowego zaprojektowania instalacji.
Dla instalacji znacznie ważniejsze może być pytanie:
ile gazu zakład potrzebuje w najbardziej wymagających 10 minutach, godzinie lub podczas jednoczesnego rozruchu kilku odbiorników?
Jeżeli w normalnych warunkach pracuje jeden piec, a kilka razy dziennie uruchamiane są jednocześnie trzy, instalacja musi być przygotowana właśnie na ten moment.
Amerykański producent armatury gazowej RegO w swoim podręczniku technicznym dotyczącym projektowania instalacji LPG wskazuje, że do określenia wielkości systemu należy brać pod uwagę sumaryczne zapotrzebowanie wszystkich odbiorników, a już na etapie pierwszego projektu uwzględniać również urządzenia, które mogą zostać dodane w przyszłości.
Producent ujmuje to bardzo prosto:
“Future appliances […] should also be considered.”
Czyli: projektując instalację dzisiaj, należy pomyśleć również o tym, czego zakład może potrzebować jutro.
W praktyce oznacza to konieczność poznania nie tylko rocznego zużycia energii, ale również profilu poboru gazu i maksymalnego zapotrzebowania chwilowego.
2. Założenie, że zbiornik zawsze „da tyle gazu, ile potrzeba”
LPG znajduje się w zbiorniku przede wszystkim w fazie ciekłej. Aby zasilić odbiornik gazem, paliwo musi przejść do fazy gazowej.
W niewielkich instalacjach można wykorzystywać naturalne odparowanie LPG w zbiorniku. W zastosowaniach przemysłowych bardzo często potrzebny jest jednak parownik LPG, który zapewnia kontrolowaną i odpowiednio dużą wydajność odparowania.
Powód jest czysto fizyczny.
Podczas odparowania LPG pobiera ciepło. Im niższa temperatura otoczenia i im mniej cieczy znajduje się w zbiorniku, tym trudniejsze stają się warunki naturalnego odparowania.
RegO zwraca w swoim opracowaniu uwagę, że:
najgorsze warunki odparowania występują przy niskim poziomie cieczy i niskiej temperaturze otoczenia.
Dane producenta pokazują również bardzo dużą zależność zdolności odparowania zbiornika od temperatury.
I właśnie dlatego instalacja, która działa poprawnie we wrześniu przy pełnych zbiornikach, niekoniecznie będzie zachowywała się identycznie podczas mroźnego styczniowego poranka, kiedy poziom LPG jest niski, a zakład rozpoczyna produkcję.
Projekt trzeba więc wykonywać dla warunków niekorzystnych, a nie idealnych.
3. Dobór parownika tylko według liczby kilogramów na godzinę
„Potrzebujemy parownik 300 kg/h” brzmi jak kompletna informacja.
Nie zawsze nią jest.
Wydajność nominalna jest oczywiście podstawowym parametrem, ale w rzeczywistym systemie trzeba przeanalizować również sposób pracy zakładu, rodzaj LPG, wymagane ciśnienie i temperaturę gazu, dynamikę obciążenia, źródło energii dla parownika oraz możliwość pracy częściowej.
W dużych instalacjach istotne może być również pytanie, czy lepszy będzie jeden duży parownik, czy układ kilku urządzeń pracujących równolegle.
Nie jest przypadkiem, że producenci przemysłowych parowników oferują bardzo szerokie zakresy wydajności i rozwiązania modułowe. Przykładowo Algas-SDI oferuje urządzenia od kilkudziesięciu do ponad 3000 kg LPG/h, a część systemów może być zestawiana równolegle w celu uzyskania większej wydajności.
Dobrze zaprojektowany układ powinien odpowiadać nie tylko na pytanie:
„ile gazu potrzebujemy?”
ale również:
„jak instalacja ma się zachować przy 20%, 50% i 100% obciążenia oraz co ma się wydarzyć w przypadku postoju jednego z urządzeń?”
4. Dobór reduktora na podstawie średnicy przyłącza
W instalacjach przemysłowych często spotykamy się z myśleniem:
„rurociąg jest DN50, więc potrzebny jest reduktor DN50”.
Takie podejście pomija najważniejszą funkcję reduktora – utrzymanie odpowiedniego ciśnienia przy zmieniającym się przepływie gazu.
Emerson, jeden z największych światowych producentów urządzeń regulacyjnych, wskazuje trzy podstawowe parametry niezbędne do prawidłowego doboru reduktora LPG:
ciśnienie wejściowe, wymagane ciśnienie wyjściowe oraz potrzebną przepustowość.
Dodatkowo trzeba uwzględnić spadki ciśnienia w rurociągach.
W dokumentacji technicznej Emerson zwraca uwagę, że ciśnienie zmierzone w pewnej odległości przed reduktorem może różnić się od rzeczywistego ciśnienia dostępnego bezpośrednio na jego wejściu właśnie z powodu strat w instalacji.
W przemysłowej instalacji gazowej średnica przyłącza jest więc skutkiem obliczeń, a nie punktem wyjścia do doboru całej armatury.
5. W instalacji SNG patrzymy tylko na kaloryczność gazu
W przypadku SNG, czyli mieszaniny LPG i powietrza stosowanej jako zamiennik gazu ziemnego, pojawia się dodatkowe wyzwanie.
Nie wystarczy wyprodukować gazu, który po prostu „ma dużo energii”.
Gaz zastępczy powinien posiadać właściwości pozwalające na prawidłową pracę urządzeń zaprojektowanych dla konkretnego gazu ziemnego.
Jednym z kluczowych parametrów jest indeks Wobbego.
World Liquid Gas Association określa go jako powszechnie stosowany wskaźnik zamienności paliw gazowych. Pozwala on porównać gaz pierwotny – na przykład gaz ziemny – z gazem, który ma go zastąpić, czyli SNG.
Co istotne, organizacja zwraca również uwagę, że właściwe proporcje LPG i powietrza zależą od składu zarówno LPG, jak i gazu ziemnego.
Dlatego nie istnieje jedna uniwersalna odpowiedź:
„SNG to zawsze X% LPG i Y% powietrza”.
System musi zostać dopasowany do parametrów konkretnego paliwa i konkretnej instalacji.
Producenci przemysłowych blenderów SNG również wskazują właśnie na utrzymanie stabilnego indeksu Wobbego jako jeden z podstawowych warunków prawidłowej współpracy systemu LPG-air z istniejącymi palnikami gazu ziemnego.
6. Projektujemy instalację, ale zapominamy o dostawach LPG
Dobra instalacja gazowa musi być nie tylko technicznie sprawna.
Musi być również możliwa do normalnej eksploatacji.
Dlatego już podczas projektowania trzeba odpowiedzieć na kilka bardzo praktycznych pytań:
Czy autocysterna może bezpiecznie dojechać do miejsca rozładunku?
Czy będzie mogła zawrócić?
Czy dostawa będzie możliwa również wtedy, kiedy parking zakładu jest pełny?
Czy instalacja pozwala zamówić LPG z odpowiednim wyprzedzeniem?
Jaki rzeczywisty zapas paliwa pozostaje przy maksymalnym zużyciu?
Jak długo zakład może pracować bez kolejnej dostawy?
Brytyjski Health and Safety Executive w swoich wytycznych dla przemysłowych i komercyjnych instalacji LPG osobny fragment poświęca właśnie dostępowi autocysterny do instalacji. HSE zaleca m.in. przygotowanie odpowiedniego, stabilnego miejsca postoju podczas rozładunku i zabezpieczenie obszaru na czas dostawy.
To dobry przykład pokazujący, że projekt LPG kończy się znacznie dalej niż na króćcu zbiornika.
7. Budujemy backup gazu ziemnego, którego później nie testujemy
To problem szczególnie istotny w instalacjach SNG.
Przedsiębiorstwo inwestuje w rezerwowe źródło gazu po to, aby użyć go w sytuacji, w której nie ma miejsca na eksperymenty.
Jeżeli gaz ziemny przestaje być dostępny, system powinien przejąć zasilanie zgodnie z wcześniej przygotowanym scenariuszem.
Dlatego na etapie projektu trzeba ustalić nie tylko moc instalacji, ale również:
- sposób przełączania źródła gazu,
- wymagany czas uruchomienia,
- zachowanie systemu przy zmianach obciążenia,
- sposób kontroli parametrów SNG,
- wymagania dotyczące automatyki,
- procedury awaryjne,
- oraz sposób okresowego testowania instalacji.
Backup, którego nigdy nie sprawdzono przy rzeczywistym obciążeniu, jest zabezpieczeniem przede wszystkim na papierze.
W zależności od znaczenia procesu technologicznego warto również przeanalizować, które elementy systemu powinny posiadać redundancję i jak długo zakład może tolerować ewentualny postój pojedynczego urządzenia.
Dobra instalacja zaczyna się od pytań, a nie od urządzeń
Jednym z najczęstszych pytań przy planowaniu inwestycji jest:
„ile będzie kosztowała instalacja LPG?”
Technicznie powinno je jednak poprzedzać kilka innych:
Jakie jest maksymalne chwilowe zużycie gazu?
Jakie ciśnienie musi być dostępne przy odbiornikach?
Czy LPG ma być paliwem podstawowym, czy rezerwowym?
Ile godzin lub dni zakład powinien pracować bez dostawy?
Jak zmienia się zapotrzebowanie w ciągu doby i roku?
Czy planowana jest rozbudowa produkcji?
W przypadku SNG – jakie dokładnie parametry posiada gaz ziemny, który chcemy zastąpić?
Dopiero odpowiedzi na te pytania pozwalają dobrać zbiorniki, parowniki, pompy, system redukcji, rurociągi, automatykę i – w przypadku SNG – odpowiedni system mieszania LPG z powietrzem.
Najtańsza instalacja nie zawsze oznacza najniższy koszt
W przemysłowej instalacji gazowej oszczędność uzyskana przez zmniejszenie zbiornika, wydajności parownika czy średnicy rurociągu może wyglądać atrakcyjnie na etapie inwestycji.
Problem pojawia się wtedy, kiedy konsekwencją jest ograniczenie wydajności linii produkcyjnej albo przestój zakładu.
Dlatego właściwą miarą inwestycji nie powinien być wyłącznie CAPEX, lecz całkowity koszt i niezawodność systemu w całym okresie jego eksploatacji.
W wielu przypadkach najlepsza instalacja nie jest więc ani największa, ani najmniejsza.
Jest dobrana do rzeczywistego sposobu pracy zakładu, jego planów rozwoju i ryzyka, które przedsiębiorstwo chce ograniczyć.
Projektowanie przemysłowych instalacji LPG i SNG – ITGAS Inter Tech Gas
ITGAS Inter Tech Gas projektuje i realizuje kompletne przemysłowe instalacje LPG oraz systemy SNG – od magazynowania i rozładunku LPG, poprzez parowanie i redukcję ciśnienia, aż po systemy mieszania LPG z powietrzem i automatykę.
W przypadku nowych inwestycji oraz modernizacji istniejących instalacji analiza rozpoczyna się od parametrów procesu technologicznego i rzeczywistego zapotrzebowania zakładu.
Pozwala to dobrać system nie tylko do nominalnej mocy, ale również do sposobu, w jaki instalacja będzie rzeczywiście pracowała.