关于浮式液化天然气生产装置的探讨

1关于浮式液化天然气生产储卸装置的探讨xxxx大学xxx[1]〔摘要〕近年来，随着全球天然气勘探与开发的逐渐深入，越来越多的深海气田、边际小气田、伴生气田被发现。为解决这些气田的开发与运输问题，各国正加紧研究浮式液化天然气生产技术，以利用LNG易于运输与储存的特点，加大上述气田开发力度。我国作为海洋大国，自然也不例外。开发海洋天然气资源，研究发展浮式液化天然气生产也成为我们海洋工程及相关行业现阶段的重要任务。本文主要介绍了浮式液化天然气生产设备的结构组成、适用范围、关键技术及发展建议。供大家学习探讨。〔关键词〕海洋天然气液化浮式开发（FLNG）浮式液化天然气生产储卸装置（FLNG，又称LNG-FPSO）是一种用于海上天然气田开发的浮式生产装置，通过系泊系统定位于海上，具有开采、处理、液化、储存和装卸天然气的功能，并通过与液化天然气（LNG）船搭配使用，实现海上天然气田的开采和天然气运输[2]。浮式液化天然气技术包括FLNG和FSRU技术。FLNG为浮式液化技术，可代替岸上传统的浮式液化天然气工厂；FSRU为浮式储存和再气化技术，可取代传统的LNG终端。浮式液化天然气技术于上世纪七十年代首次提出，目前，该技术已从概念成为现实。我国近海天然气资源丰富，总地质资源量约为13.8万亿立方米，然而我国海上天然气资源分散，广泛分布于珠江口盆地，莺歌海盆地，东海陆架盆地，且相当一部分为深海气田、边际小气田、海上油田的伴生气资源[3]。采用FLNG技术，可根据海上天然气气田的生产状况灵活配置FLNG，在船上液化天然气，再运至目的地，这对促进我国海域尤其是深海气田，小型气田开发，充分利用我国油气资源具有重要意义。2一、FLNG的结构组成1.天然气液化生产系统FLNG通常通过单点系泊系统定位于作业海域，其船体上装设有天然气液化系统（Liquefaction）。该系统相当于将岸上天然气液化工厂安置于FLNG船体的甲板上。但是，甲板面积仅有岸上天然气液化工厂面积的1/4，因而就要使天然气液化系统工艺流程十分紧凑。流程中主要包括有：制取制冷剂的氮膨胀机循环系统；液化及冷凝抽提系统；气体处理系统等。整个系统要紧凑、安全性好、对船体运动的敏感性低。2.液化天然气储存系统主要包括有：液化天然气储罐（LNGtank）、液化石油气储罐（LPGtank)装置等。由于LNG在储存过程中始终处在常压和-162℃左右的低温条件下，储罐内会产生一定的蒸汽气压，因而为了避免上述情况出现，储罐的材料以及绝缘性必须满足要求。LNG的储罐一般可分为独立球型（MOSS型）、SPB型及薄膜型（GTT型）三种3.FLNG单点系泊系统类型采用转塔系泊方式，它是将FLNG通过一定的连接方式，固定于海上的系泊点上，使之可随风、浪和流的作用，进行3600全方位的自由旋转。单点系泊系统包括转塔、液体传输系统、旋转系统及界面连接系统四部分组成，其中，转塔是FLNG的系泊点，也是立管和脐带系统经海底到达船体的通道。通常分为内转塔和外转塔系泊方式。内转塔一般设在船艏，外转塔在外悬臂上。4.LNG卸载系统目前，提出的卸载方式，主要分为尾输和旁靠两种方式。尾输方式：它是将LNG运输船的首部通过系泊缆与FLNG船的尾部相连，LNG通过长距离的输送软管卸载至LNG运输船。旁靠方式：它是将LNG运输船与FLNG船采用并排方式排列，两船通过系泊缆和防碰垫等连接在一起，两船之间的距离由防碰垫的尺寸来决定。3二、FLNG的适用范围1.适合深水气田开发FLNG系统最主要的是适用于深水气田开发。它与海底采气系统和LNG运输船可以组合成一个完整的深水采气、油气水处理、天然气液化、LNG储存和卸载系统，从而完美地实现深水气田的高速度，高质量、高效益的开发。这是因为它具有适应深水采气（与海底完井系统组合）的能力；具有在深水海域中较强的抗风浪的能力；具有大产量的LNG液化和油气水生产处理能力；具有大容量的LNG储存能力。2.适合边际气田开发边际气田，是指从经济效益上衡量，处于可获利开发与获利少可不开发的边界的气田，它往往需通过采用先进技术与装备等措施，才能开发。FLNG具有良好的经济性，它与相同规模的岸上液化天然气工厂相比，投资减少20%，建设工期减少25%；FLNG具有良好的移动性，可在开发完某气田之后，移动至下一油气田使用，重复利用率高。FLNG灵活性高，可以与导管架井口平台组合，也可以与自升式钻采平台组合。3.适合气田早期生产早期生产（earlyproduction），是指在油气田勘探过程中，当探井发现可开采气田之后，在全面开发方案未准备好及天然气生产设施未建成之前，在气田开发早期短期内利用FLNG使局部气田投入生产，尽早获得经济效益的开发方式。由于FLNG既可与导管架井口平台组合，也可与自升式或浮式钻采平台组合成为完整的海上采气、液化、油气处理和LNG储存、卸载系统，因而深水、浅水还是近海均可应用它进行气田早期生产。三、FLNG的关键技术1.容器内LNG的减晃技术4由于液舱内LNG的流动性远高于原油的流动性，因而FLNG船体的运动将会引发舱内LNG的晃荡。液化装置在FLNG上的位置与方向对减小其运动响应有直接关系。例如，在六个自由度的运动中，通常是以纵摇最为有害，故液化装置的轴向若能布置成沿最小的纵摇方向，则可使纵摇减轻。再如，若能使液化装置尽量靠近船体的重心位置来布置，则可使液化装置沿垂直轴(Z轴)方向的升沉运动的响应，保持在一个最小值。2.旁靠卸载的防碰技术旁靠卸载作业时，由于近靠的两船体之间会相互产生强烈的非线性水动力影响，因而有时会导致两浮体之间的碰撞。因此，就需要对两浮体之间的相互水动力影响进行研究，对两浮体之间的相对运动响应做出准确的预报，尤其是要准确预报FLNG的运动响应。为此，不仅要开展非线性水动力学研究，给出预报软件；而且，还要通过实验水池试验，研究抗撞措施。3.液化工艺的改进技术(1)液化流程的紧凑：甲板面积仅为岸上天然气液化工厂面积的1/4，这就要求天然气液化的工艺流程，要设计得十分紧凑。(2)制冷剂的高性能：船上制备的制冷剂，要具有对不同产地的天然气的高适应性，还要热效率高；并且在面临恶劣天气时能快速停机，移动至另一生产位置后能迅速开机。(3)循环模式的优选：液化流程的循环模式要按照结构紧凑、安全性好、制冷剂始终保持气相、冷箱小、无需分馏塔、对船体运动的敏感性低等要求，依优化设计理论优选。4.FLNG的动力定位技术动力定位系统(DPS)是通过声波测量系统测出船体位移，再运用计算机自位移算出来自海洋环境的动力及力矩，然后，指令可变矩螺旋桨给出相反的抵抗力及力矩，从而实时保持船体定位的技术。有了动力定位技术，即可使FLNG适应海况的能力大大增强；也更有利于LNG的卸载作业，使卸载作业可以在5更为恶劣的环境条件下进行。因此，这就需要从FLNG的船型特点及服役的海域海况实际出发，设计出适应的FLNG的动力定位系统[4]。四、发展建议FLNG技术含量高，而且单艘船的开发建造成本也比较高。因此，我国就必须要结合自己实际情况，自主创新。下列各方面可考虑：提高平台抵御灾害能力：建议应采用200年一遇的风、浪参数，并且要将我国南海所特有的内波作为FLNG的设计条件。加深FLNG的工作水深：适应我国南海深水的需要，建议FLNG的工作水深应达到3000米(目前国外正在研制的较小)。增大船体尺寸与载重量：目前，世界上第一艘将于2016年正式投产的FLNG的总长达为488米，而我国已建造的FPSO，其总长仅为232米至285米，载重量仅在15万至30万吨，吨位及尺寸均需加大[5]。提高每年油气处理能力：平台上大处理量的天然气液化系统需要创新。改善FLNG的锚泊能力：可以考虑采用锚泊定位与动力定位相组合的系统。在锚泊定位适用的水深范围使用锚泊定位；在深水范围，例如3000米水深，则使用DPS3动力定位。这样，既满足了不同水深时FLNG对定位的要求；又使水浅时不致“大马拉小车”浪费能源，实现低碳化，一举两得。支持中海油等企业开展FLNG方面的研究，同时引导我国石油公司与船舶、装备制造企业加强合作。进一步从财税、准入等政策方面研究，推动我国地品味天然气资源的开发力度。〔参考文献〕[2]江西船舶工业网[3]自动化在线[4]船舶百科wiki.eworldship.com/index.php?doc-view-3826[5]中国海洋工程装备网注释：[1]作者系xxxxxxxx系2013级2班在读本科生，