FPSO陸地建造階段天然氣干燥脫水系統(tǒng)的測(cè)試方法研究與應(yīng)用

冷濤田，王亞楠，韓沖，于生淵，延磊

（海洋石油工程股份有限公司， 天津 300452）

隨著海洋石油工業(yè)的發(fā)展，大型海上油氣田不斷增加，浮式儲(chǔ)油卸油裝置（FPSO）的投入隨之增多。浮式儲(chǔ)油卸油裝置（FPSO）具有高投資、高風(fēng)險(xiǎn)、高回報(bào)的特點(diǎn)。巴西國(guó)家石油公司在西桑托斯鹽下油田項(xiàng)目投資了兩艘相同規(guī)模的30萬(wàn)噸級(jí)FPSO：P67與P70。中國(guó)海洋石油工程股份有限公司與巴西國(guó)家石油公司簽署了P67/P70總包合同，共涉及兩艘30萬(wàn)噸級(jí)FPSO的部分詳細(xì)設(shè)計(jì)、部分采辦、部分上部模塊的建造及所有的集成與調(diào)試、運(yùn)輸及海上交付工作。

它的排水量及生產(chǎn)能力均位居世界最大FPSO之列，堪稱海上“巨無(wú)霸”：最大排水量達(dá)35萬(wàn)t，總長(zhǎng)超過(guò)300m，總寬約74m，作業(yè)水深2200m，最大產(chǎn)油量15萬(wàn)桶/天，儲(chǔ)油量160萬(wàn)桶，天然氣處理能力600萬(wàn)標(biāo)方/天。對(duì)于如此大的天然氣處理量，天然氣干燥脫水系統(tǒng)發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，是FPSO建造完工合格交付業(yè)主的重要指標(biāo)。

以往建造階段，天然氣干燥脫水系統(tǒng)受制于測(cè)試方法的限制，陸地?zé)o法完成調(diào)試工作，一般在海上進(jìn)行，要待海上天然氣井口投用后用井流天然氣進(jìn)行調(diào)試測(cè)試。主要的缺陷有：，占用大量海上施工資源；海上主電站所需的天然氣燃料需經(jīng)過(guò)此系統(tǒng)處理后才能使用，而主電站是海上所有工裝的動(dòng)力核心設(shè)備，屬于海上調(diào)試關(guān)鍵路徑。為此，本文以液氮替代天然氣在陸地階段進(jìn)行調(diào)試為切入點(diǎn)，一舉突破了長(zhǎng)期以來(lái)陸地資源無(wú)法滿足測(cè)試對(duì)高壓、大體積天然氣處理量需求的瓶頸，探索了一種新的測(cè)試方法，成功應(yīng)用于本項(xiàng)目。

1 天然氣干燥脫水系統(tǒng)簡(jiǎn)介

天然氣干燥脫水系統(tǒng)（GDU）是FPSO主要的氣體干燥脫水處理單元，井流分離出的氣體首先要經(jīng)此系統(tǒng)干燥脫水后再經(jīng)二氧化碳脫除單元分離出天然氣中的二氧化碳，最終經(jīng)壓縮機(jī)外輸及為船上主電站提供燃料氣。

30萬(wàn)噸級(jí)PFSO的GDU在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中處理氣體能力極強(qiáng)，它將溫度在25-28℃的主給天然氣流與熱再生氣混合后脫水使其含水量小于1ppm。主給氣流流量在300萬(wàn)立方米/天到600萬(wàn)立方米/天（20℃/101.3kPa）之間，混流入口壓力在65bar到81bar之間。

2 陸地測(cè)試方案

2.1 系統(tǒng)測(cè)試流程圖設(shè)計(jì)

測(cè)試方案主要包括14個(gè)子系統(tǒng)：儀表氣系統(tǒng)、熱水系統(tǒng)、開(kāi)閉排系統(tǒng)、天然氣生產(chǎn)管匯等。8臺(tái)/套大型設(shè)備：過(guò)濾凝聚器、凝液加熱器、顆粒捕集器等（見(jiàn)表1）。根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)，鎖定高壓力和高流量的氮?dú)猓?5bar以上、液氮消耗量400m3，系統(tǒng)測(cè)試循環(huán)流程如圖1所示。

圖1 GDU循環(huán)流程圖

表1 GDU主要設(shè)備構(gòu)成

2.2 GDU調(diào)試的關(guān)鍵—控制模塊測(cè)試

GDU模擬的主要目的是驗(yàn)證控制模塊（UCP）中實(shí)現(xiàn)的氣體脫水裝置的正確順序、控制功能的一致性。氣體脫水裝置有六種操作模式（停止模式、加載模式、空載模式、卸載模式、再生模式、運(yùn)行模式），每一種模式之間有11個(gè)過(guò)渡步驟，操作過(guò)程復(fù)雜，程序繁多，測(cè)試工作量較大，測(cè)試期間僅閥門狀態(tài)確認(rèn)就有300多個(gè)。控制要點(diǎn)如下：

(1)根據(jù)順序邏輯控制過(guò)程需要在PLC上強(qiáng)制信號(hào)/設(shè)定值防止跳閘和警報(bào)來(lái)執(zhí)行每個(gè)操作模式和每個(gè)轉(zhuǎn)換。

(2)位于循環(huán)的下游裝置露點(diǎn)控制單元需要緩沖從GDU釋放過(guò)來(lái)的壓力，因此，開(kāi)始測(cè)試需要將露點(diǎn)控制單元的PDIT的值強(qiáng)制設(shè)定低于2bar。當(dāng)投產(chǎn)天然氣運(yùn)行時(shí)，露點(diǎn)裝置的運(yùn)行是GDU驗(yàn)收試驗(yàn)的必要條件。

(3)在初始啟動(dòng)前，需要對(duì)整個(gè)GDU系統(tǒng)和任何與氮?dú)庀噙B的管道進(jìn)行吹掃，去除空氣，以便防止腐蝕及排除在輸送天然氣時(shí)形成爆炸性混合物的可能性。

圖2 UCP控制模塊轉(zhuǎn)換示意圖

3 創(chuàng)新效果及未來(lái)推廣前景

該測(cè)試方法主要亮點(diǎn)如下：

（1）陸地調(diào)試方案設(shè)計(jì)準(zhǔn)確，完整實(shí)現(xiàn)了GDU運(yùn)行的各種工況。P70燃?xì)飧稍锵到y(tǒng)測(cè)試是用臨時(shí)氮?dú)?、淡水、壓縮風(fēng)代替實(shí)際生產(chǎn)的可燃?xì)怏w，從而保證工藝模擬循環(huán)過(guò)程的安全和測(cè)試正常進(jìn)行。首次實(shí)現(xiàn)了陸地階段天然氣干燥脫水系統(tǒng)（GDU）氣循環(huán)測(cè)試，在陸地階段既實(shí)現(xiàn)了GDU的6種操作功能全部實(shí)現(xiàn)。

（2）實(shí)現(xiàn)了降本增效，節(jié)省項(xiàng)目投入100余萬(wàn)元。若在巴西海上調(diào)試，需要?jiǎng)訂T廠家、調(diào)試人員、設(shè)備等資源投入，并且按照當(dāng)?shù)胤?，現(xiàn)場(chǎng)施工工作要分包給當(dāng)?shù)爻邪獭?/p>

（3）為后續(xù)類似項(xiàng)目進(jìn)行陸地調(diào)試奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。打破了常規(guī)，實(shí)現(xiàn)陸地階段完成調(diào)試，并將此陸地調(diào)試方案標(biāo)準(zhǔn)化，可以為后續(xù)類似測(cè)試提供參考。

◆參考文獻(xiàn)

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