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8/2/2019 Gnl Review
http://slidepdf.com/reader/full/gnl-review 1/66
GNLGas Natural Licuado
Preparado para:Clase de Conversión de Gas Natural
Postgrado Ingeniería QuímicaFacultad de Ingeniería
Universidad Central de Venezuela
2010
Review
8/2/2019 Gnl Review
http://slidepdf.com/reader/full/gnl-review 2/66
Contenido
Glosario / Abreviaturas Conceptos generales
Cadena de valor
Tratamiento
Ciclos de Refrigeración
Tecnologías de Licuefacción
8/2/2019 Gnl Review
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Glosario
GAS NATURAL Combustible gaseosoobtenido de fuentes o depósitos, o por vaporización de gas natural licuado, yconsiste en una mezcla compleja dehidrocarburos primariamente metano, ygeneralmente también incluye etano,propano, hidrocarburos más pesados encantidades mucho más pequeñas.Generalmente, también incluye algunosgases inertes, tales como dióxido decarbono, vapor de agua, así comocantidades muy pequeñas de otrosconstituyentes. GAS NATURAL ENTREGADO AL
CLIENTE : Mezcla de 80% a 95% demetano, 3% a 15% de etano, con cantidades
más pequeña de otros hidrocarburos y nohidrocarburos (nitrógeno, dióxido decarbono) - Más liviano que el aire (gravedadespecífica alrededor de 0,60) - Poder calorífico de 1000 Btu/pie cúbico de gas -Mercaptanos compuestos de azufreinyectados dentro del gas para odorizarlo.
Definiciones COVENIN 904 / COVENIN 3568-1
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Glosario
Gas de síntesis: Mezclas de monóxido de carbono (CO) e hidrógeno (H2)que se emplean para fabricar productos químicos. Generalmente se obtiene apartir de metano, aunque puede obtenerse a partir de metano, propano ybutano.
GLP (Gas Licuado de Petróleo) / LPG (Liquefied Petroleum Gas): Es unamezcla de hidrocarburos gaseosos a temperatura y presión ambiental,mantenida en estado líquido por aumento de presión y/o descenso detemperatura. Esta compuesto principalmente por propano, butanos y puedecontener propileno y butileno.
GPM (Galones por Mil Pies Cúbicos): Se refiere al contenido decomponentes hidrocarburos del gas natural que pudieran ser obtenidos comoproductos líquidos.
GNL (Gas Natural Licuado) / LNG (Liquefied Natural Gas): Porción dehidrocarburos livinos, predominantemente metano, se obtiene medianteproceso de enfriamiento de gas natural a -160 °C.
LGN (Líquidos del Gas Natural): Es una mezcla de hidrocarburos líquidos
obtenida del proceso de extracción del Gas Natural, compuestoprincipalmente por etano, propano, butanos, pentano y otros.
Definiciones COVENIN 904 / COVENIN 3568-1
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Abreviaturas
GLP (LPG) Gas Licuado de Petróleo (Liquefied Petroleum Gas)
GNL (LNG) Gas Natural Licuado (Liquefied Natural Gas)
GNC (CNG) Gas Natural Comprimido (Compressed Natural Gas)
LGN (NGL) Líquidos del Gas Natural (Natural Gas Liquids)
GTP Gas a Productos (Gas To Products)
GTL Gas a Líquidos (Gas To Liquids)
LSG Líquidos Sintéticos del Gas Natural
XTP X (Gas, liquids or solids) To Products
DME Dimetileter
E&P Exploración y Producción
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Contenido
Glosario / Abreviaturas Conceptos generales
Cadena de valor
Tratamiento
Ciclos de Refrigeración
Tecnologías de Licuefacción
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Qué es el GNL?
GNL es un líquido criogénicoUn líquido criogénico es una forma líquida de cualquier elementoo compuesto que se licúa a una temperatura por debajo de -73ºC(100ºF) a presión atmosférica. Algunos líquidos criogénicoscomunes son: Nitrógeno, Oxígeno, Helio, Hidrógeno y GNL.
GNL es gas natural que ha sido enfriado y condensado a líquido
A presión atmosférica el GNL tiene una temperatura cercana a -162ºC o -260ºF GNL normalmente contiene entre 85-95% de metano. GNL es incoloro, inodoro, no corrosivo y no tóxico. La evaporación de GNL puede desplazar el oxígeno y causar sofocación Rango de inflamabilidad 5-15% vol en aire Temperatura de autoignición 540ºC
GNL = Gas Natural LicuadoLNG = Liquefied Natural Gas
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1 m3 de GNL corresponde a 615 Sm3de gas natural
Densidad aproximada: 735 kg/Sm3
Propiedades físicas
S: Estado Estándar. 15ºC, 1atm
A temperaturas por encima de -110ºCel vapor de GNL es más ligero que el
aire
El GNL es más ligero que el aguaDensidad GNL: 450 kg/m3Densidad Agua: 1000 kg/m3
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PROPIEDADES TÍPICAS DE GNL
Fórmula Química CH4 ± Metano ±85%promedio
Peso Molecular 16,04
Temperatura deEbullición
-161ºC @ 1bar
Temperatura de Auto Ignición 634 ºC
Límite inferior deInflamabilidad
6 %
Inertes ± Otrosgases
N*, CO2, H2S ± trazas*Algunos campos de gas
tienen hasta 4%
Pesados ±Hidrocarburospesados
C2H6 ± 10%;C3H8- 6%;C4H10 ± 2%
Trazas
PROPIEDADES TÍPICAS DE GAS NATURAL
Fórmula Químicatípica de gashúmedo dealimentación
CH4 ± Metano ± 83,10%molC2H6 ± Etano ± 5,95%mol
C3H8 ± Propano ± 2,90%molC4H10 ± Butanos ± 1,4%mol
C5H12 ± Pentanos ± 0,30%molC6H14 ± Hexano ± 0,56%mol
Peso Molecular 20,590
Temperatura deEbullición
-161ºC @ 1bar
Temperatura de Auto Ignición
450ºC a 634 ºC
Límite inferior deInflamabilidad
5 % a 15 %
Inertes ± Otros
gases
N2 ± Nitrógeno ± 0,16%mol*
CO2 ± Dióxido de Carbono ± 6,20%molH2S ± Sulfuro de Hidrógeno ± Trazas
Total: 100%*%molar de nitrógeno puede ser tan alto como 4%
Comparación entre las propiedades delGas Natural y GNL
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Composición del Gas Natural y GNL
Ejemplo :Data de Snohvit;Gas de Alimentación ± GNL
Composición molar
Componente Slug Catcher Planta deLicuefacción GNL
Nitrógeno 2,51 2,67 1,10
Metano 80,02 86,34 91,92
Etano 4,97 6,54 5,59
Propano 2,50 2,68 1,11
Butano 1,22 1,23 0,23
Pentano 0,58 0,35 0,04
C6+ 1,62 0,15 0
Aromáticos 0,23 0,02 0
CO2 5,20 0,005 0,005
H2S 0,0005 0 0
Agua 0,81 0 0
MEG 0,35 0 0
Total 100 100 100
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Contenido
Glosario / Abreviaturas Conceptos generales
Cadena de valor
Tratamiento
Ciclos de Refrigeración
Tecnologías de Licuefacción
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Cadena de GNL
(Fuente: BKR 2004)
El gas natural es tratado químicamente ysecado, para separar el CO2, e l H2S y el agua, y
pasa por las siguientes etapas de enfriamiento:-Preenfriamiento-Enfriamiento-Subenfriamiento
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Diagrama de flujo simplificado de GNL
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Diagrama de Bloques -Sistema Condensado
Típico tren simple para separación ymanejo de condensado
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Diagrama de Bloques -Acondicionamiento de GasTípico tren simple o múltiple de remociónde ácido para deshidratación
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Diagrama de Bloques -
LicuefacciónTrenes múltiples de licuefacción típicos
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Diagrama de Bloques -
Energía yC
alor Turbinas de Gas con generadores devapor por recuperación de calor perdido
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Distribución de Costos para unaInstalación "Típica" de Licuefacción
Cadena de valor delGNL y el área
resaltada para costo
específico delicuefacción
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Contenido
Glosario / Abreviaturas Conceptos generales
Cadena de valor
Tratamiento
Ciclos de Refrigeración
Tecnologías de Licuefacción
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Deb
ido a razones técnicas en el proceso de producción de GNL:-Congelamiento de equipos de proceso
-Corrosión
Debido a requerimientos de mercado:
-Poder calorífico (contenido energético)
-Índice de Wobbe (propiedad del contenido energético, comportamiento en combustión)
Límites típicos por impurezas
Agua 1 ppmv
CO2 50 ppmv
H2S 4 ppmvMercurio < 0,01 µg/Nm3
Aromáticos e Hidrocarburos pesado 1-10 ppm
Tratamiento
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Remoción de Agua
Remociónde Mercurio
Remoción de CO2
Purificación de gas de alimentación
Tratamiento
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Tratamiento
Gas deAlimentación
Gas tratado
< 50 ppm CO2
Gas deAlimentación
Gas tratado< 1 ppm H2O
Gas deAlimentación
Gas tratado< 0.020 g/Nm3 Hg
Remoción de Gases Ácidos Solvente húmedo MDEA / UCARSOL / Sulfinol
Dehydration molecular sieve
Remoción de MercurioCar bon impregnado de azufreAlumina impregnada de azufre
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Remoción de Mercurio y CO2
Reacción entre Hg y sulfuro demetal (alumina) formando HgS
Remoción de Mercurioen lechos
Remoción y regeneraciónen plantas especiales
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Contenido
Glosario / Abreviaturas Conceptos generales
Cadena de valor
Tratamiento
Ciclos de Refrigeración
Tecnologías de Licuefacción
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Ciclos de refrigeración
La licuefacción degas natural utiliza losprincipios de unrefrigerante decocina,
fundamentados en lacondensación-refrigeración,después una válvulade globo yfinalmente, laevaporación,después de que se
ha reiniciado el ciclo.
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Ciclo de refrigeración de Carnot
Carnot: Proceso posible termodinámicamente más efectivo
Eficiencia deCarnot
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Esquema de un ciclo de refrigeraciónsimple
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P, psia
H, Btu/lb
A
BC
D
Gas naturalGas natural licuado
(GNL) -160º C.25º C.
Condensados
Circuito de refrigeración
(Mezcla de refrigerantes)
Aire o Agua
A
BC
D
Esquema de un ciclo de refrigeraciónsimple
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Ciclo de refrigeración Vapor Compresión
Ciclo de refrigeración Vapor Compresión de MúltiplesEtapas
Refrigeración en Cascada Refrigeración Joule Thomson
Refrigeración Turbo Expansor
Ciclos de refrigeración
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Vapor Compresión
Evaporator (Refrigeration Load)
Condenser (Heat Rejection)
Throttle Compressor
Ejemplo:Household Refrigerator Loop
Ciclos de refrigeración
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Turboexpander
Compressor
High Pressure Low pressure
Ciclos de refrigeración
Efecto Joule ThomsonUn gas no ideal cambiará su temperatura cuandobaja la presión.
Ejemplo: Metano a baja temperatura tiene unefecto Joule Thomson significativo. Este se usapara enfriar circuitos de mezcla de refrigerante a
la temperatura de operación de la planta.
Expansión MecánicaEl trabajo mecánico es extraido de la corriente delrefrigerante para bajar su entalpía y temperatura.
Ejemplo: Turbina de fluido denso, Expansor de N2en el proceso AP-XTM de GNL
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Multiples etapas
Compressor
Compressor
Evaporator (Refrigeration Load)
Evaporator (Refrigeration Load)
Condenser (Heat Rejection)
ThrottleThrottle
ThrottleThrottle
Vapor Compresión
Ejemplo: Evaporación delpropano refrigerante a más deuna nivle de presión ± reduce elconsumo de energía.
Ciclos de refrigeración
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Refrigeración en Cascada
Throttle Compressor
Evaporator (Refrigeration Load)
Condenser
(Heat Rejection)
Condenser/Exaporator
Throttle Compressor
Ejemplo: Preenfriamiento conpropano/mezcla de refrigerantepara alcanzar las tempeturascriogénicas de refrigeración.
Ciclos de refrigeración
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Curvas deenfriamiento
gas natural/refrigerante
Ciclos de refrigeración
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Diagrama P-H PropanoDiagrama P-H Etano
Propano(-41.95ºC / -43.94ºF)
Etano(-88.5ºC / -127.71º F)
Etileno(-103.8ºC / -155.35 ºF)
Nitrógeno(-195.8ºC /-320.44ºF)
Metano(-161.6ºC / )
Tipos de refrigerantesDiagrama P-H EtanoDiagrama P-H EtilenoDiagrama P-H Nitrógeno
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-300
-250
-200
-150
-100
-50
0
50
0 100%
Duty
T e m p e r a t u r e ,
F
Sub-CoolingLiquefactionPre-Cooling
100
150
Curvas de enfriamientoCon mezcla de
refrigerante
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T e m p e r a t u r a
Calor
Tipo Ventajas Desventajas
Mezclas derefrigerantes
Sistema de compresión simple El ajuste de la composición permite balancear el
proceso Condensadores mas pequeños Menor requerimiento energético Más flexibilidad en la distribución de energía
Operación mas compleja Necesita el monitoreo del
refrigerante en línea La composición optima de la
MR puede requerir paradas de
plantaComponentes
puros Mayor aprovechamiento con compresión en
paralelo Permite una predicción exacta del
comportamiento del refrigerante continuamente
Mas equipos sistema de compresión más
complicado
T e m p e r a t u r a
Calor
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Técnicas de Licuefacción
Esto significa una reducción
en el trabajo durante elproceso de enfriamiento y unincremento en la EFICIENCIA
El principalOBJETIVO es
reducir la distanciaentre las dos curvas
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Contenido
Glosario / Abreviaturas
Conceptos generales
Cadena de valor
Tratamiento
Ciclos de Refrigeración
Tecnologías de Licuefacción
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Proceso de un ciclo
MR SimpleProceso de Expansión N2
Ciclo Linde Simple
C3MRDMR
Proceso de Expansión N2/C
1
Cascada mezcla de fluidosPMR
Cascada optimizadaCascadaAP-XTM
Proceso de dos ciclos
Proceso de tres ciclos
Tecnologías de Licuefacción
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Natural gasLiquefied Natural Gas
(LNG) -160º C25º C
Condensates
Refrigerant cycle(Mixed refrigerant)
Air or water
Natural gasconditioning
SMR PRICO II cLNG
Proceso de un ciclo
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Ciclo del Proceso SMR
LNG
NGCond
FG
LNG
NGCond
FG
Tecnologías de Licuefacción
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Tecnologías de Licuefacción
Ciclo Expansión N2
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C3 MR DMR Liquefin
Air or water
Natural gasLiquefied Natural Gas
(LNG) -160º C25º C
CondensatesNatural gasconditioning
Proceso de dos ciclos
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C3MR
C3 PrecoolingFeed
LNG
MixedRefrigerant
Liquefaction
MRV
LNG
cond
FG
NG
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DMR
Cond
FG
LNG
NG
Pre-Cooling
With MixedRefrigerant
Liquefaction andSub-Cooling WithMixed Refrigerant
-180
-130
-80
-30
20
70
0 20 40 60 80 100
Duty %
T , D e g .
C
Dual MR Process Cycle
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Dos ciclos
Aire o AguaAir or water
Natural gasLiquefied Natural Gas
(LNG) -160º C25º C
CondensatesNatural gas
conditioning
Proceso de tres ciclos
PCOP MFC APX
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CASCADA
NG
LNG
FG
Cond
Sub-Cooling
Liquefaction
Pre-Cooling
-300
-250
-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
0 100%Duty
T e m p e r a t u r e ,
F
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AP-XTM
C3 Pre-CoolingFeed
Mixed Refrigerant Liquefaction
LNG
NitrogenExpander
Sub-cooling
-120C
-150C
-150C
MCR ® CryogenicHeat Exchanger
CryomachineryCompanders
LNGSub Cooler N2 Economizer Boxes
Sub-CoolingWith a
NitrogenExpander Cycle
Liquefaction with aMixed Refrigerant
CyclePre-
CoolingWithPropane
-180
-130
-80
-30
20
70
0 20 40 60 80 100Duty %
T ,
D e g .
C
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Lista de tecnologías disponibles
Licenciante Tecnología Descripción/Refrigerante
CONOCO PHILLIPS PCOP 3 ciclos con refrigerantes puros/C3,Etileno, C1
APCI
C3-MR Dos ciclos de refrigeración/C3, MR (N2+C1+C2+C3)
DMRDos ciclos con mezcla de refrigerantes/ MR (C2+C3+C4) /(C1+C2+N2)
APX Tres ciclos: C3-mezcla-N2/ C3/MR (N2+C1+C2+C3)/N2
SHELL
DMR Dos ciclos con mezcla de refrigerantes/ MR (C1+C2+C3+N2)
C3-MR Dos ciclos de refrigeración/ C3/MR (N2+C1+C2+C3)
PMRDos ciclos en paralelo + expansión ± mezcla/ C3/MR(N2+C1+C2+C3)
AXENS-IFP LIQUEFIN DMR Dos ciclos con mezclas/ MR (C1+C2+C3+C4+N2)
LINDE-STATOIL MF CASCADE 3 ciclos con mezclas/ MR (C2+C3) / (C1+C2+C3) / (N2+C1+C2)PRITCHARD BLACK &VEATCH
PRICO II 1 ciclo ± mezcla/ (N2+C1+C2+C3+iC5)
BHP BILLITON cLNG 1 ciclo con expansión de N2/N2
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(Data source; Wood Mackenzie)
Esquema de las tecnologías delicuefacción Shell
Capacidad (Mtpa)
Representación esquemática de las
opciones de proceso del portafolioShell para procesos de
Licuefacción
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Esquema simplificado del proceso ShellPMR, con un tren de extracción de LGN
8/2/2019 Gnl Review
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Cascada Optimizada deConocoPhillips
Proceso simple conmezcla de refrigerante
Procesos múltiples conmezcla de refrigerante
Refrigerantes: Trescomponentes puros
8/2/2019 Gnl Review
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Proceso de licuefacción CascadaOptimizada Phillips
8/2/2019 Gnl Review
http://slidepdf.com/reader/full/gnl-review 60/66
Proceso de licuefacción MFC ® (MixedFluid Cascade)
D d d d fl id d
8/2/2019 Gnl Review
http://slidepdf.com/reader/full/gnl-review 61/66
Desde cascada de fluido puro a cascada conmezcla de fluidos (Statoil-Linde MFC ®)
8/2/2019 Gnl Review
http://slidepdf.com/reader/full/gnl-review 62/66
Plantas de GNL existentes anivel mundial
Technip, Algeria
PRICO, Algeria
SMR-APCI, Libya
APCI C3MR , Nigeria
Technip, Algeria
PRICO, Algeria
SMR-APCI, Libya
APCI C3MR , Nigeria
APCI C3MR, Australia
APCI C3MR ,Brunei
APCI C3MR, Indonesia
APCI C3MR, Malaysia
APCI C3MR, Australia
APCI C3MR ,Brunei
APCI C3MR, Indonesia
APCI C3MR, Malaysia
APCI C3MR, Abu Dhabi
APCI C3MR, Qatar
APCI C3MR, Oman
APCI C3MR, Abu Dhabi
APCI C3MR, Qatar
APCI C3MR, Oman
POCP, AlaskaPOCP, Alaska
POCP, T&T POCP, T&T
APCI: 82 % POCP: 16 %
PRICO: 1 % Tealarc: 1 %
Source: Chevron
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Trenes Existentes y Proyectados de GNL
Source: APCI
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Comparación de la Eficiencia delos procesos
LNG PRODUCTION PER UNIT POWER
AP-Xtm DMR CASCADE SMR N2
100 100
90
80
70
C3MR
100
AP-XTM