Diseno Const Terminales Regas

DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE TERMINALES DE DE TERMINALES DE REGASIFICACIÓNREGASIFICACIÓN

Curso “Gaviota”. Exploración, Producción y Licuefacción, Curso “Gaviota”. Exploración, Producción y Licuefacción, Transporte y Regasificación de HidrocarburosTransporte y Regasificación de Hidrocarburos

Pablo Quiroga López

DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE TERMINALES DE REGASIFICACIÓNDISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE TERMINALES DE REGASIFICACIÓN

Contenido

IntroducciónEsquema del procesoPrincipales equipos y elementosInstalaciones auxiliaresDiseño de una terminalConstrucción de una terminalResumen y conclusiones

Contenido 2


Contenido

IntroducciónEsquema del procesoPrincipales equipos y elementosInstalaciones auxiliaresDiseño de una terminalConstrucción de una terminalResumen y conclusiones

Contenido 3


Introducción

¿Qué es una terminal de ¿Qué es una terminal de almacenamiento y almacenamiento y

regasificaciónregasificación de gas natural de gas natural licuado (GNL)?licuado (GNL)?

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Introducción 5


Contenido

Introducción

Esquema del procesoPrincipales equipos y elementosInstalaciones auxiliaresDiseño de una terminalConstrucción de una terminalResumen y conclusiones

Contenido 6


Esquema de proceso

RECEPCIÓN DEL GNL

ALMACENAMIENTO DEL GNL

VAPORIZACIÓN DEL GNL

EMISIÓN DEL GN

BOMBEO PRIMARIO

BOMBEO SECUNDARIO

TRATAMIENTO BOIL-OFF

RECIRCULACIÓN DEL GNL

CAUDAL MÍNIMO

ANTORCHA

CARGA CIRTERNAS

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Esquema de proceso


Esquema de proceso 8


Contenido

IntroducciónEsquema del proceso

Principales equipos y elementosInstalaciones auxiliaresDiseño de una terminalConstrucción de una terminalResumen y conclusiones

Contenido 9


Principales equipos y elementos

Principales equipos y elementosBrazos de descargaTanques de almacenamientoBombas primariasCompresores de boil-offRelicuadorBombas secundariasVaporizadoresAntorchaEstación de regulación y medidaCargadero de camiones cisternaSistemas de control y seguridad

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Brazos de descarga de metaneros

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Conectan una parte estática con una móvilDeben ser estancos en cualquier posiciónNo deben transmitir cargas altas al buqueDeben poderse desconectar rápidamenteEl caudal que circula por ellos es altoTrabajan a temperaturas muy bajasSuelen ser 2 ó 3 para líquido y 1 para vaporUno de los de líquido es “mixto”

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Conexión de escape rápido

Está situada en el extremo de los brazosPermite una conexión fácil con la brida del buqueSe cierra rápidamente si es necesarioUna doble válvula se encarga del cierreAnte una emergencia, se parte impidiendo fugasde GNL

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16




17

1

4

2

3


Principales equipos y elementos 18

Líneas de descarga



Líneas de descarga

Llevan el GNL desde el buque hasta los tanquesRetornan los vapores desplazadosSu diámetro y longitud suelen ser grandesEn alguna ocasión permiten cargar buquesSe mantienen frías entre descargas



Líneas de descarga



Tanques de almacenamiento

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Tanques de almacenamiento (1)

Deben contener un fluido líquido a muy baja temperaturaLa presión de trabajo es algo superior a la atmosféricaSu tamaño se sitúa entre 40.000 y 200.000 m3

Son cilíndricos y verticalesPueden ser de cuatro tipos:

Contención simpleContención dobleContención totalMembrana



Tanques de almacenamiento (2)

Las conexiones están en el techoPueden llenarse por arriba y por abajoEn su interior se sitúan las bombas de extracciónTienen sistemas de control de presiónDisponen de sondas de nivel, temperatura, densidadMateriales de construcción:

HormigónAcero aleado con níquel

Materiales de aislamiento:

Acero inoxidableAluminio

Perlita expandidaFibra mineral

“Celular glass”PVC / PU



Tanques de contención simple



Tanques de contención doble



Tanques de contención total



Tanques de Membrana



Bombas primarias

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Bombas primarias (1)

Sirven para extraer el GNL de los tanquesSon bombas centrífugas verticales monoetapaEstán colocadas en el interior, cerca del fondoDeben poderse extraer sin vaciar el tanqueEstán situadas en el interior de su tubería de impulsiónUtilizan motores eléctricos sumergidos en el GNLSus características básicas son:

Caudal: entre 125 y 600 m3/hPresión: entre 8 y 12 barTensión: entre 380 y 6.000 V

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Bombas primarias (2)

No pueden operar con caudales anormalmente bajosTienen sistemas de control de caudalDeben trabajar con NPSH muy bajosTienen protecciones eléctricas por bajo o alto consumoTienen monitorización continua de vibraciones

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Bombas primarias

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Compresores de boil-off

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Sirven para extraer gas de los tanques y comprimirloEstán gobernados por el control de presión de los tanquesSuelen ser alternativos aunque pueden ser centrífugosLos alternativos pueden ser horizontales o verticalesTienen dos modos de operación:

Cuando no hay descarga de buqueCuando se está descargando un buque

Sus características típicas son:Caudal: entre 1.000 y 5.000 m3/hPresión: entre 8 y 12 bar

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Relicuador

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Relicuador

Sirve para volver a estado líquido el gas de boil-offEs un recipiente en el que se mezcla íntimamente este

gas con GNL subenfriado (su temperatura es inferior a la de saturación correspondiente a la presión a la que está)

En su interior hay un relleno con gran superficie de contacto (anillos perforados de acero inoxidable)

Su control es complejo y tiene en cuenta parámetros como presión, temperatura y nivel en distintas zonas

Su salida es una corriente de GNL en condiciones de saturación

Se coloca elevado

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Relicuador

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Bombas secundarias

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Bombas secundarias (1)

Son bombas centrífugas verticales multietapaSirven para subir la presión hasta un valor algo superior

al de emisión de la terminalAspiran el líquido desde el relicuadorEstán colocadas en el interior de un recipiente enterradoUtilizan motores eléctricos sumergidos en el GNLSus características básicas son:

Caudal: entre 125 y 400 m3/hPresión: entre 40 y 100 barTensión: 6.000 V

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Bombas secundarias (2)

No pueden operar con caudales anormalmente bajosTienen sistemas de control de caudalTienen protecciones eléctricas por bajo o alto consumoTienen monitorización continua de vibracionesComo en las bombas primarias, es importante el sellado

de los cables eléctricosComo en las primarias, hay muy pocos fabricantes

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Bombas secundarias

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Vaporizadores

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Vaporizadores

Son intercambiadores de calorEn ellos se produce el cambio de estado y el calentamiento

del gas naturalPueden ser de diferentes tipos:

De combustión sumergidaDe agua de mar (“Open rack”)De aire ambienteCarcasa y tuboFluido intermedio

Hay muy pocos fabricantes

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Vaporizadores de combustión sumergida SCV

La fuente térmica es la combustión de gas natural (su consumo es del orden del 1,5-2% del gas vaporizado)

La combustión tiene lugar en un quemador sumergido en un baño de agua

El aire de combustión es proporcionado por una soplanteEl GNL-gas natural circula por un serpentín sumergido

en el baño de aguaSe utilizan neutralizantes de pH y aditivos para controlar

la agresividad del agua en el baño

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Vaporizadores de combustión sumergida SCV

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Vaporizadores de agua de mar ORV

La fuente térmica es el agua del mar (el consumo en bombeo representa del orden del 0,05% de la energía del gas)

El GNL-gas natural circula por el interior de unos tubos provistos de aletas longitudinales, unidos formando paneles, con colector inferior de GNL y superior de gas

El agua es vertida desde la parte superior sobre la superficie de estos paneles

El agua se enfría y hay riesgo de congelaciónLos paneles son de aluminio con un recubrimiento para

protección galvánica (aluminio-cinc)

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Vaporizadores de aire ambiente (AAV)

La fuente térmica es el aire, en circulación natural o forzada (el consumo en los ventiladores de éstos representa del orden del 0,08% de la energía del gas)

El GNL-gas natural circula por el interior de unos tubos provistos de aletas

Su utilización está limitada a instalaciones en las que el agua de mar no es utilizable y la temperatura media del aire no es demasiado baja

Pueden presentar problemas de congelación por la humedad del aire

Los tubos son de aluminio o acero inoxidable

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Vaporizadores de aire ambiente (AAV)

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Vaporizadores de carcasa y tubo (STV)

La vaporización se produce por intercambio de calor entre el GNL y un fluido intermedio (normalmente glicol)

El foco térmico puede ser:Aire ambienteCalor residual de una industria anexaLa combustión en una caldera

Normalmente no se utilizan en exclusiva sino combinados con otros tipos de vaporizadores

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Vaporizadores de carcasa y tubo (STV)

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Vaporizadores de fluido intermedio (IFV)

Constructivamente son tres intercambiadores de carcasa y tubo montados sobre una única carcasa

El fluido intermedio suele ser propanoUn intercambiador vaporiza el propano aportándole calor

de una corriente de agua (de mar o procedente de otra industria anexa)

El segundo intercambiador condensa el propano vaporizando el GNL

La circulación de propano es naturalEl tercer intercambiador recalienta el gas vaporizadoEstán construidos típicamente en titanio

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Vaporizadores de fluido intermedio (IFV)

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Vaporizadores. Tabla comparativa

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InversiónInversiónAlmacenamiento de propanoAlmacenamiento de propano

Puede operar en Puede operar en condiciones severascondiciones severasIFVIFV

Superficie ocupada (?)Superficie ocupada (?)Uso de calor perdidoUso de calor perdidoSTVSTV

Superficie ocupadaSuperficie ocupadaConsumo reducidoConsumo reducidoAfección ambientalAfección ambientalAAVAAV

Afección ambientalAfección ambientalConsumo reducidoConsumo reducidoBajo mantenimiento (?)Bajo mantenimiento (?)ORVORV

Consumo de gasConsumo de gasCoste de inversiónCoste de inversiónSCVSCV

En contraEn contraA favorA favor



Antorcha

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Antorcha

Su finalidad es quemar de forma segura las emisiones de gas que no puedan recuperarse

Su uso debe estar restringido a situaciones no habitualesTiene que poder manejar gases muy fríosDebe lograr la estabilidad de la llamaDispone de diversos sistemas auxiliares:

Llamas piloto y sistema de encendidoSistema de extinción de emergenciaDetectores de llamaSistema anti-retorno de llama

A su alrededor establece un área de exclusión estéril

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Antorcha

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Estación de regulación y medida

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Su finalidad es:Regular la presión en el interior de la terminalMedir el gas emitido (medición fiscal)Odorizar el gas emitido

Suele disponer de varias líneas paralelasCada línea tiene un sistema de regulación (uno o dos

reguladores y válvulas de seguridad) y un medidor con corrector de caudal (por P, T y Z)

El odorizante se inyecta a presión en líneaEs habitual disponer de un cromatógrafo

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Cargadero de camiones cisterna

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Aunque la mayor parte del gas se emite en fase gaseosa hay una pequeña porción que se vende como GNL

Se transporta en camiones con cisternas criogénicasEn el cargadero hay dos conexiones:

Una de líquido para GNL bombeadoUna de retorno de vapores

El control de llenado se realiza mediante pesaje del camión en una báscula durante la carga

El destino de los camiones son plantas satélite de GNL que tienen depósitos y sistemas de vaporización

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Sistemas de control y seguridad

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Su misión es facilitar la operación de la terminal y asegurar que sea siempre segura

En general se puede hablar de tres sistemas:Sistema de control distribuido (proceso) (DCS)Sistema de enclavamientos de seguridad (ESD)Sistema de seguridad activa (fuego y gas) (SSA)

Los tres son independientes pero están comunicados:DCS gobierna el proceso en generalESD actúa cuando “algo no va bien”SSA actúa ante fugas e incendios

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Contenido

IntroducciónEsquema del procesoPrincipales equipos y elementos

Instalaciones auxiliaresDiseño de una terminalConstrucción de una terminalResumen y conclusiones

Contenido 73


Instalaciones auxiliares

Instalaciones auxiliares

Ajuste del poder calorífico. AditivaciónSistema eléctricoSistema contra incendiosSistema de vigilancia de

procesoSistema de seguridad

perimetral

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Sistema de agua de marSistema de fuel gasSistemas de aire comprimidoSistema de nitrógenoSistemas auxiliares de

atraqueSistemas de amarreEdificios


Contenido

IntroducciónEsquema del procesoPrincipales equipos y elementosInstalaciones auxiliares

Diseño de una terminalConstrucción de una terminalResumen y conclusiones

Contenido 75


Diseño de una terminal

Consideraciones generales del diseño

Pocas (r)evoluciones: “todo inventado”. (No soy el 1º)Seguridad en todas las fases

ConstrucciónOperación normalOperación en situaciones de emergencia

Elección del nivel de redundancia de los equipos (confiabilidad y disponibilidad)

Futuras ampliacionesDos normas básicas de diseño:

Europea: EN-1473Norteamericana: NFPA 59A

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IDEA ORIGINAL

BÚSQUEDA DEL EMPLAZAMIENTO

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Fases del diseño de una terminal (parte “técnica”)

TAMAÑO BÁSICO

ESTUDIO DE MERCADO

ESTUDIO DE VIABILIDAD

AUTORIZACIONES Y PERMISOS

INGENIERÍA CONCEPTUAL

ING. BÁSICA FEED

INGENIERÍA Y CONSTRUCCIÓN EPC

TERMINAL EN OPERACIÓN



Estudio de viabilidad (1)

Su finalidad es determinar si es posible técnicamente construir una terminal en el sitio propuesto

Contiene ideas generales sobre cómo abordar algunas alternativas de diseño

Aún no hay una planimetría, pero sí una distribución de áreas según su uso.

Es importante conocer el subsuelo y la sismicidadHay que conocer a los vecinos

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Estudio de viabilidad (2)

Los asuntos marítimos son muy importantes, pues pueden dar lugar a rechazo del sitio propuesto

Se hace una primera planificación muy generalSe hace un presupuesto muy aproximado (±50%),

basado en instalaciones semejantesSe inician contactos con las Administraciones para

presentarles el ProyectoSe busca reglamentación y normativa de aplicaciónSe inicia la búsqueda de socios (si se precisan)El coste de esta fase es del orden del 0,5% del total

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Ingeniería conceptual (1)

Tiene dos objetivos principales:Definición de un procesoDeterminación de un presupuesto (±30%)

Se define una primera planimetríaSe crea un diagrama de proceso y un listado de equiposSe lleva a cabo una planificación poco detalladaSe sigue analizando la información del entorno:

Medio ambienteSubsueloCondiciones marinas y meteorológicas

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Ingeniería conceptual (2)

El diseño ha de considerar aspectos de seguridad recomendados por la normativa. Se hace un primer estudio de riesgos (HAZID: hazard identification)

Se acometen evaluaciones técnico-económicas para diferentes opciones planteadas

Se evalúan criterios relativos a la operatividad, disponibilidad y facilidad de mantenimiento de los sistemas

Deben continuar los contactos con la Administración, a la que ya se puede dar mayor información

El coste de esta fase es del orden del 1÷1,5% del total

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Ingeniería básica FEED (1)

Tiene tres objetivos principales:Definición del alcance detalladoDefinición del plan de ejecuciónDeterminación de un presupuesto (±15%)

Se realizan estudios del terreno (topográficos, geotécnicos, batimétricos)

Se deciden las últimas alternativas del Proyecto, que afectan únicamente a aspectos de planimetría y a aquellos relacionados con los estudios del terreno

Se solicitan ofertas para los equipos principales. Así se podrá avanzar en el diseño y se ajustará el presupuesto

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Ingeniería básica FEED (2)

Se acometen estudios de riesgos y operaciones (HAZOP: hazard and operations)

Se genera la siguiente documentación:Diagramas P&IEspecificaciones de equipos y sistemas (todos)Planos de disposición preliminarAlcance de los trabajos para el contrato EPCPlanificación (con 80÷100 actividades)

El coste de esta fase es del orden del 3÷5% del total

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Autorizaciones y permisos

Todas las instalaciones requieren cierta aprobación por parte de la Administración (en mayor o menor grado)

La Sociedad es sensible a aspectos que afecten a su seguridad o al medio ambiente

Los trámites administrativos son los que “presiden” el proceso de un proyecto nuevo de GNL

El proceso puede y debe iniciarse con unos contactos informales con responsables de la Administración

Habitualmente la reglamentación fija cómo es el procedimiento a seguir

El final es la Autorización de Puesta en Marcha

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Contenido

IntroducciónEsquema del procesoPrincipales equipos y elementosInstalaciones auxiliaresDiseño de una terminal

Construcción de una terminalResumen y conclusiones

Contenido 85


Construcción de una terminal 86

Fases de la construcción de una Terminal

CONTRATACIÓN EPC

DISEÑO EN DETALLE

COMPRAS

OBRA CIVIL TERRESTRE

OBRA CIVIL MARINA

OBRA CIVIL TANQUES

MONTAJE MECÁNICO

OBRA MECÁNICA TANQUES

MONTAJE ELÉCTRICO

MONT. INSTRUMENTACIÓN

PUESTA EN MARCHA

AÑO 0 AÑO 1 AÑO 2 AÑO 3


Construcción de una terminal

Construcción. Ideas generales

Seguridad en la construcciónGran número de trabajadores (hasta 500)Gran número de empresas de diversa tipologíaVarias organizaciones superpuestas:

PropiedadSupervisiónContratistas

Aseguramiento de la calidadPlanificación de los trabajosResponsabilidades

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Construcción. Obra civil terrestre (1)

Similar a otras obras industriales. Énfasis en seguridad y en control de calidad

Inician los trabajos de construcción: movimiento de tierras y preparación del terreno

Suele estar en el camino crítico (por las actividades que condiciona)

Es necesario coordinar con otras actividades para evitar interferencias

Muchos puntos de trabajo simultáneos (“tajos”). Cierta flexibilidad en la organización

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Construcción. Obra civil terrestre (2)

Tipología de la obra:Excavaciones y rellenosObra de hormigón (cimentaciones y estructura)Arquitectura y albañileríaEstructura metálicaUrbanización

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Construcción. Obra marina

Contratistas especializadosEjecución muy condicionada por las condiciones meteo-

marinasTrabajos separados de la zona principal de actuaciónTipología de la obra:

DragadosHincado de pilotesCajones de hormigónObra de hormigón “in situ”Equipamiento de atraque (defensas, ganchos)

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Construcción. Obra civil en tanques de GNL

Contratistas especializadosGran volumen de hormigón de características especialesFases principales de la ejecución:

Preparación del terreno (precarga, mejora, sustitución)

(Ejecución de pilotes)Ejecución de losa por fasesEjecución de muro en “trepas” (encofrado

“galopante”)Ejecución y elevación de cúpula metálicaHormigonado de Cúpula

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Construcción de tanques de contención total

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PLATFORM

CONCRETE ROOF

PC WALL

SUSPENDED DECK HANGERS

ROOF LINER PLATE

ROOF LINER SUPPORTING FRAME

CORNER LINING PLATE

EXPANDED

FIBRE GLASS BLANKET

SUSPENDED CEILING DECK

TOP GIRDER

STIFFENER

INNER SHELL PLATE

RESILIENT BLANKET

INNER BOTTOM PLATE

BOTTOM LINER PLATE

THERMAL CONERUPPER BOTTOM INSULATION

LOWER BOTTOM INSULATION

BOTTOM VAPOR BARRIER PLATE

CONCRETE BOTTOM SLAB

WALL VAPORBARRIER PLATE

PROTECTION

PERLITE

CONCRETE RING

INNER ANNULAR PLATE

STEEL

DECK INSULATION

PLYWOOD

JIB CRANE




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WATER DRAIN PIPETENDON DUCTS

BOTTOM VAPOR BARRIER PLATE


ROOF FRAME & LINER (INNER PART)

PC WALL

FORMWRK

TEMPORARY OPENING

WATER RETAINING PLATE

TENDON DUCTS

ROOF LINER

ROOF FRAME

ROOF NOZZLE OR BOOT PIPE

ROOF MANHOLE

LINER ANCHOR PLATE

ROOF OUTER PART

ROOF LINER PLATE

DOME ROOF FRAME

ROOF NOZZLE OR BOOT PIPE

ROOF MANHOLE

LINER ANCHOR PLATE

2NDARY BOTTOM PLATE


CORNER PROTECTION VAPORVARRIER

SUSPENDED DECK HANGERS

CORNER LINING PLATE

SUSPENDED CEILING DECK

TEMPORARY MANHOLE

1

2

3

4

5




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AIR BLOWER

LEVELING WIREDOME ROOF

CEILING DECK

PERIPHERAL SEAL

SEAL PLATE

AIR

UP TEMPORARY NOZZLE

SECONDARY BOTTOM PLATE


CORNER INSULATION

WALL VAPOR BARRIER PLATE

TEMPORARY OPENING

CONCRETE RING BEAM

INNER ANNULAR PLATE

1ST INNER SHELL PLATE

UPPER INSULATION (PERIPHERY)

TOP LINER PLATE

CONCRETE ROOF

TOP GIRDER

STIFFENER

INNER SHELL PLATE

INNER BOTTOM PLATE

WALL VAPOR BARRIER PLATE

PUMP COLUMN

TEMP.

OPENING

SPRAY RING

PURGING PIPEPURGING PIPE

UPPER BOTTOM INSULATION

6

7

8

9




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WATER

PUMP FOR DISCHARGE

AIRWATER

WATERMANHOLE

TEMPORARY PIPE

TEMPORARY OPENING

EXPANDED PERLITE

LNG PUMP

FOOT VALVE

FIBER GLASS BLANKET

EXTENTION PLATE OF CEILING DECK

FIBER GRASS

DECK BLANKET

JIB CRANE

VENTED GAS

VENTED GAS

VENTED GAS

NITROGEN GAS

VENTED GAS LNG

BOG

SPRAY RING

10

11

12

13



Construcción. Obra mecánica

Tipología de la obra:Prefabricación de tuberíasMontaje de tuberíasPruebas de presiónMontaje de equiposAislamientoPinturaLimpieza e inertizado

Personal cualificado (soldadores)Control de calidad y “trazabilidad”

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Construcción. Montaje eléctrico

Tipología de la obra:Colocación de bandejasTendido de cablesMontaje de cabinas y cuadrosConexionadoPruebas

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Construcción. Montaje de instrumentación y control

Tipología de la obra:Colocación de bandejasTendido de cablesMontaje de cabinasMontaje de instrumentosConexionadoCalibrado de instrumentosPruebas

Camino crítico

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Final de la construcción y Puesta en Marcha

Frontera difusa entre fin de la construcción e inicio de la puesta en marcha

Finalización de trabajos de construcción (listas de puntos pendientes y programa para eliminarlos)

Puestas en marcha parciales de sistemas (árbol de puesta en marcha)

Enfriamiento de sistemas de GNL y gas fríoRecepción del primer barco y descargaPruebas operacionalesPruebas de garantías y recepción de la instalación

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Contenido

IntroducciónEsquema del procesoPrincipales equipos y elementosInstalaciones auxiliaresDiseño de una terminalConstrucción de una terminal

Resumen y conclusiones

Contenido 100



Diseño y construcción. Resumen

El proceso es sencillo y conocidoLa complicación la determina la baja temperatura y el

manejo de un fluido inflamableHay pocos equipos principales y pocos fabricantesLa inversión en una terminal típica es de 300÷400 M€El plazo global es de 4 a 5 años desde concepción hasta

la recepción del primer barcoEs muy habitual tener ampliacionesLas autorizaciones administrativas rigen el procedimiento

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Conclusiones

SEGURIDAD

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