FLNG液貨處理系統(tǒng)初步研究

吳軍 王繼鳴 邵孟飛 方鈺奇

摘 要：FLNG是LNG海上產(chǎn)業(yè)鏈中重要一環(huán)，開展該類研發(fā)可完善我國在LNG海上產(chǎn)業(yè)鏈重大裝備方面的自主設(shè)計及建造能力，對未來海上油氣能源深度開發(fā)具有重要的戰(zhàn)略意義。本文以小型FLNG船為切入點，對小型FLNG船的液貨系統(tǒng)進行初步研究，旨在提升我國FLNG自主設(shè)計和建造能力，提高LNG領(lǐng)域全產(chǎn)業(yè)鏈領(lǐng)域的技術(shù)能力。

關(guān)鍵詞：FLNG;液貨處理系統(tǒng)

中圖分類號：U491? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2021）12-0060-03

FLNG具有高技術(shù)含量、高經(jīng)濟附加值、高建造難度等特點。液貨處理系統(tǒng)的研究是FLNG設(shè)計中至關(guān)重要的一環(huán)。

1液貨處理系統(tǒng)組成

液貨處理系統(tǒng)可分為功用系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)。液貨輸送系統(tǒng)用于將產(chǎn)品輸送到貨艙存儲或外輸至卸貨模塊。卸載系統(tǒng)將儲存的LNG輸送到穿梭LNG船。氮氣系統(tǒng)為FLNG的火炬系統(tǒng)、液貨設(shè)備及管路、液貨圍護系統(tǒng)等提供吹掃氣和密封氣。惰氣系統(tǒng)是為了降低艙內(nèi)和管路內(nèi)氣體中的含氧量，以避免可燃氣體發(fā)生爆炸的可能。蒸汽加熱系統(tǒng)主要以乙二醇水溶液為熱媒，保護貨艙周圍鋼結(jié)構(gòu)不受低溫影響。

2 LNG和LPG液貨操作系統(tǒng)設(shè)計

2.1液貨輸送系統(tǒng)及揮發(fā)氣處理

2.1.1液貨系統(tǒng)操作工況

液貨系統(tǒng)操作工況與LNG運輸船類似，為了安全生產(chǎn)與操作，主要分為船舶試航或檢修保養(yǎng)時貨艙的干燥、惰化、氣體置換、冷卻、裝載、貨艙間貨品的駁運、液貨卸貨和進塢前的掃艙、暖艙，惰化和通風。相較于LNG運輸船的使用維護工況，F(xiàn)LNG最大的不同點在于其船只是無自航能力，在海況惡劣時需要圍繞單點系泊系統(tǒng)調(diào)整船艏方向。同時運行時考慮成本因素，上部模塊很少停車，故此大多數(shù)卸貨時，仍有產(chǎn)品從上部模塊排入貨艙。這些工況都對輸送管路、貨艙及相關(guān)設(shè)備提出了更高的要求。

2.1.2船體貨艙布置

FLNG液貨操作系統(tǒng)根據(jù)產(chǎn)品的不同分為兩類，LNG液貨操作系統(tǒng)與LPG液貨操作系統(tǒng)。其中LNG液貨操作系統(tǒng)與LNG運輸船的液貨操作系統(tǒng)類似。為擴大銷售渠道，故將LPG中的兩大主要組分丙烷和丁烷分開儲存。同時丙烷和丁烷的基礎(chǔ)物性不同，兩者的維護條件也有所不同，保證所有產(chǎn)品均以液態(tài)形式保存在薄膜艙中。LPG作為FLNG上部模塊生產(chǎn)的副產(chǎn)品，產(chǎn)量不是很大，且丙烷摩爾質(zhì)量小于丁烷。將丙烷與丁烷艙先后放置于船艏部?？紤]到FLNG為無動力裝置型船舶，為保證作業(yè)時船只穩(wěn)定，減少晃動對液貨艙內(nèi)貨物的影響，F(xiàn)LNG所有液貨系統(tǒng)的貨艙均采用雙排并列布置設(shè)計（見圖1）。

2.1.3液貨輸送及揮發(fā)氣處理系統(tǒng)

從海底采集上來的天然氣經(jīng)過脫酸、脫水、脫汞及分餾等處理后，從上部模塊經(jīng)液貨總管排入相應(yīng)貨艙之中儲存。卸貨泵位于貨艙底部，負責將液貨產(chǎn)品從艙底泵出，經(jīng)卸貨總管流向卸貨區(qū)。同時設(shè)置噴淋泵，通過噴淋總管負責對貨艙和液貨管進行冷卻等操作。氣體穹頂上連接揮發(fā)氣總管，負責將揮發(fā)氣輸送至上部模塊中的公用模塊，作為發(fā)電設(shè)備的燃料氣。在氣穹上設(shè)置艙壓應(yīng)急處理部分，如遇揮發(fā)氣量太大，艙壓過高，可以通過應(yīng)急處理系統(tǒng)輸送天然氣至船艏部的火炬塔，將其燃燒消耗。總管部分設(shè)置上部維護總管與下部維護總管，以及連接各艙氣液穹作為設(shè)備維護處理使用時的備用總管。

FLNG裝置的揮發(fā)氣（BOG）主要來源于LNG船艙受熱和LNG裝載時產(chǎn)生的揮發(fā)氣。BOG的處理主要是及時排出BOG，維持和控制LNG液艙處于合適壓力。產(chǎn)生的BOG處理方式有兩種，經(jīng)過壓縮到液化系統(tǒng)再液化，或送到燃料系統(tǒng)，作為FLNG裝置的燃氣發(fā)電機的燃料。

2.2液貨卸載技術(shù)

船對船輸送系統(tǒng)（FLNG ship to ship transfer system）是保證LNG貨物在FLNG與LNG船之間安全駁運的一種液貨輸送系統(tǒng)，通常需要滿足OCIMF、EN1473-3、SIGTTO等相關(guān)規(guī)范、標準的相應(yīng)要求。同常規(guī)LNG船不同，F(xiàn)LNG作業(yè)一直在海上進行，F(xiàn)LNG必須將生產(chǎn)的LNG及時輸出以維持正常運行。

目前FLNG外輸方式主要有兩類，分別為剛性裝載臂式和柔性軟管式（見圖3）[4]。兩種方式都經(jīng)過多個實際項目的檢驗，具備可靠性。

3 LNG和LPG液貨輔助系統(tǒng)設(shè)計

3.1 FLNG氮氣系統(tǒng)設(shè)計

該系統(tǒng)用于液貨艙主絕緣層和次絕緣的保壓、液貨系統(tǒng)壓縮機的密封、液貨管和透氣桅的吹洗、到鍋爐的揮發(fā)氣供給管路的吹洗和液貨裝卸集管的連接前后的吹洗。

氮氣系統(tǒng)包含兩套完全相同的制氮設(shè)備，互為備用。制氮用的空氣來自日用空氣和儀表空氣系統(tǒng)，制出的氮氣儲存于儲存柜內(nèi)。氮氣管路由二路總管組成，一路是供給絕緣層，另一路吹洗用。

3.2 FLNG惰氣系統(tǒng)設(shè)計

FLNG船上的惰氣系統(tǒng)主要目的是用于惰化貨艙和管系，驅(qū)氣和清掃管路。置換出的氣體通過揮發(fā)氣總管到火炬塔;應(yīng)急操作時，可為管弄、隔離空艙、壓載艙提供干空氣通風。惰氣系統(tǒng)一般由以下單元組成：風機，燃油供給單元，燃燒室，帶海水冷卻洗滌塔，惰氣冷卻單元，惰氣干燥，監(jiān)測氧氣含量與露點的控制單元等。

3.3 FLNG加熱系統(tǒng)設(shè)計

該系統(tǒng)的設(shè)計條件是，空氣溫度-18℃、海水溫度為0℃時，并在考慮到單艙主絕緣層泄露，能將貨艙壁溫度維持在5℃以上。蒸汽加熱系統(tǒng)使用乙二醇水混合物（45%比率）為換熱介質(zhì)，乙二醇水凝固點低于-30℃。

乙二醇系統(tǒng)有主用和備用兩套管路。

4 液貨系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備選型

FLNG裝置液貨操作系統(tǒng)生產(chǎn)過程中，除常規(guī)工藝設(shè)備外，還涉及大型壓縮機、換熱器、泵等復(fù)雜設(shè)備的選型問題。

4.1換熱器的選型

天然氣的液化和處理過程常使用熱交換器，主要產(chǎn)品為管殼式換熱器和繞管式換熱器等。管殼式換熱器由于結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕等優(yōu)點，在低溫流程中應(yīng)用也很廣。這兩種換熱器均可用于液化天然氣的處理，管殼式換熱器更加適用于小型FLNG船舶，具有更高的效率。相比較而言，繞管式換熱器更加結(jié)實耐用，但其費用較高，且占地面積大，適用于大型FLNG船舶。

4.2壓縮機的選型

壓縮機主要作用是對氣體增壓以便對其輸送。主要形式有離心式壓縮機、往復(fù)式壓縮機、旋轉(zhuǎn)式壓縮機和螺桿式壓縮機。電子設(shè)施和驅(qū)動電動機可根據(jù)設(shè)備布置環(huán)境選擇防爆式或常規(guī)式。輸送深冷氣體的壓縮機，還應(yīng)考慮低溫對壓縮機構(gòu)件材料的影響。另外，如果壓縮機進氣溫度很低，潤滑油的潤滑性能會受到影響，此時應(yīng)選擇無油潤滑的壓縮機或多級壓縮機。

4.3泵的選型

每個液貨艙一般都會配兩個液貨泵、一個掃艙噴淋泵以及一個應(yīng)急泵。三類泵的示意圖見圖4

泵的型選應(yīng)遵循以下原則：①使所選泵的形式和性能應(yīng)符合裝置流量、揚程、壓力、溫度等工藝參數(shù)的要求;②應(yīng)滿足工質(zhì)特性的要求;③機械方面可靠性高;④經(jīng)濟上要綜合考慮到設(shè)備費用、運轉(zhuǎn)費、維修費和管理費的總成本最低。

5 結(jié)語

全世界對LNG的需求量正不斷逐年走高，國外各大能源企業(yè)與造船企業(yè)紛紛聯(lián)合，投入對海上浮式LNG儲存裝置的研發(fā)與更新。相較于國外，國內(nèi)FLNG方面的研究起步較晚。對FLNG液貨系統(tǒng)的研究有助于強化我國的能源戰(zhàn)略，提高我國造船水平，打破國外對我們的技術(shù)壟斷，對其研究分析將大步推進我國FLNG船舶的國產(chǎn)自主化進程。

參考文獻：

[1] 液化天然氣浮式生產(chǎn)儲卸裝置研究進展[J]，馬華偉，劉春楊，徐志誠.

[2] FLNG液化工藝的關(guān)鍵技術(shù)[J]，李玉星，朱建魯，王武昌.

[3] 浮式液化天然氣液化工藝綜述[J]，王春節(jié)，魏林瑞，張磊.

[4] 浮式液化天然氣技術(shù)綜述 [J]，夏丹，鄭云萍，李劍鋒.