浮式生产储油轮

关键词：

浮式生产储油轮（精选四篇）

浮式生产储油轮 篇1

1 FPSO洗舱内容

长青号FPSO不停产洗舱作业内容包括:用原油、海水清洗货油舱1号舱、3号舱、6号舱、8号舱共4个舱次。作业程序为:油洗1号货油舱—水洗1号货油舱—驱气—活化(除气)—人员下舱修阀;油洗3—6—8号货油舱—水洗3—6—8号货油舱—驱气—活化(除气)—人员下舱修阀与清舱。

整个洗舱过程是一项众多交叉作业同时进行的综合性作业,涉及运行众多设备和大量的人力和物力,洗舱期间人员将达到200人,洗舱时燃气透平、热介质锅炉系统、惰气系统、海水系统、洗舱系统同时运行。

2 不停产洗舱的主要风险

本次作业是中国海油系统内第一次尝试在FPSO上不停产洗舱,正值寒冬,天气恶劣(-6～5 ℃,海水温度8～10 ℃,经常有7、8级大风),现场同时进行高压油气正常生产和单点改造作业,人员众多,因此本次不停产洗舱是一项风险非常大的作业。通过与FPSO洗舱专家,工艺专家,安全专家、电仪专家以及现场各专业操作技术人员研究讨论,充分分析、识别不停产洗舱的安全风险,存在的安全风险包括:

(1)舱内氧气含量大于5%或可燃气浓度在爆炸下限2%以上,严重危害洗舱安全;

(2)由于明火或静电等引起的可燃气燃烧爆炸,造成人身伤亡和设备损坏[1];

(3)轻质原油挥发性很强,驱气不彻底,会使入舱人员由于吸入大量可燃气或“惰气”造成中毒或缺氧致息的风险;

(4)由于操作或设备原因可能引发大量溢油的风险;

(5)由于天气、海况条件恶劣,大风大浪来临,增加洗舱作业风险;

(6)其它船舶与本船发生碰撞;

(7)设备和管线老化,生产工艺流程易发生影响洗舱作业的故障;

(8)火炬发生“烟雨”现象影响洗舱作业安全。

3 洗舱前准备工作

制定详细的HSE方案,包括:洗舱组织机构与职责、HSE一般要求、HSE控制要求、危险辨识与控制和各种应急预案并进行人员演习。通过优化操作方法,降低风险概率。

(1)组成领导指挥小组、洗舱作业小组、维修保障小组和后勤服务及救护小组,各小组相互协调,共同支持洗舱作业小组。形成HSE管理组织机构,包括:现场指挥层、执行层、监督层,明确每个人员的职责,各级和各层次承担不同安全职责。总监和洗舱监督、安全监督负责操作流程规程、安全风险分析、措施的制定,并进行有效地监督。

(2)洗舱作业是一项综合性、多界面、多步骤的作业。根据工作内容和职责分工,编写周密、严格的操作程序,如:风险是客观存在的,是可以识别、评估和控制的。组织油田作业人员、各个专业专家和主要承包商一起对洗舱实施作业风险评估分析(TRA)[2],依据洗舱前的各项准备工作、洗舱过程的每一作业步骤进行识别危害及其影响,见表1。

(3)所有参与洗舱作业人员对整体工作进行作业风险分析(JSA),对整个洗舱作业的风险进行再次评估、补充完整,并让所有参与人员学习、领会,并分阶段签字确认。

(4)洗舱工艺的优化。寒冬天气海水温度低、热油锅炉加热能力有限、洗舱加热器性能下降、管线保温老化等现状和本油田原油粘度低、油品好的特点,制定在热原油洗舱结束后,用高压冷海水直接洗舱,经过热原油的融化、冲刷和冷海水冲刷后的舱壁和舱底会达到预期效果。

(5)人员培训和演习。对在FPSO上的所有人员进行洗舱作业安全教育,使每个人明确自己的岗位职责,掌握操作技能,明白洗舱作业的安全要求和注意事项。了解原油洗舱的风险和安全防范措施;进行全体人员参加的消防、救生、溢油应急反应、逃生演习。

(6)洗舱设备和人员的准备。各专业负责人逐项确认透平系统、锅炉和“惰气”系统、生产工艺流程、洗舱用泵、洗舱机、阀门等设备运转正常;调集具备消防能力的守护船到FPSO值守,增加消防救火能力。洗舱作业开始前,书面通知应急中心值班室,做好相应的应急准备;洗舱监督提前处理污油舱中的含油污水;确认洗舱原油加热到60 ℃左右,且含水低于1%;严格执行公司已经执行了12年的许可证制度。

4 不停产洗舱作业过程控制

中央控制室作为洗舱作业的指挥中心,洗舱监督、洗舱专家24 h值守,统一指挥洗舱作业。洗舱作业使用的所有对讲机统一编号,规定专用频道,每个作业点至少2台,使用前测试检验确保其处于良好工作状态。

(1)从洗舱作业洗舱监督统一指挥和协调各项作业,洗舱作业人员按照洗舱指令,最后检查确认自己负责的系统、设备等处于《不停产洗舱作业程序》中规定的状态,并按洗舱前安全检查确认表签字确认。各洗舱作业人员严格按照洗舱监督的指令,进行各项操作;每项操作完成时,及时向洗舱监督报告;密切注意各洗舱机的运行状态,有异常情况及时报告。

(2)整个洗舱作业期间安排专门维修人员进行甲板巡视,及时发现并排除故障。安全监督、单项作业安全负责人对所有作业和重点作业进行全程安全监护,确保各项措施严格落实。

(3)委派专人监测各舱的可燃气体浓度和含氧量,含氧量达不到要求的舱应立即充注“惰气”,使其氧气浓度降到5%以下后进舱作业前,专人进行探舱,确保安全后方可进舱作业。作业期间,舱口必须有专人监护,定时与舱内保持联络,人员进出舱时所带物品必须按表格登记,大夫在舱口随时待命,做好急救准备。

(4)每项重要作业前,必须召开全体作业人员风险分析会。结合前一天作业结果,综合当时的天气情况、外部支持状况、人员状态、设备状况、作业进展等因素,加强本次对作业可能存在的风险的认识,并修订对应的作业程序、风险控制措施和应急预案,明确各作业人员的岗位职责。

(5)每项作业结束后,根据洗舱监督的指令,恢复系统,做好各种善后工作。

(6)合理编排人员作息表,保证作业人员能够得到充分休息。每天开始作业前所有作业人员的健康状况必须经医生检查确认。

5 结 语

2007年11月24日,长青号FPSO不停产洗舱作业顺利完成。整个洗舱作业及其它交叉作业能够安全顺利进行,得益于充分的前期准备、完善的过程控制和出色的风险管理,为以后其它FPSO的不停产洗舱作业,提供了成功的经验。

(1)施工前,组织专家及其相关人员充分论证,制定了详细的洗舱作业技术方案、防范措施和应急预案,使得每项作业能够按部就班、有条不紊地进行。

(2)在洗舱知识、作业程序、危险辨识、风险控制等方面,对所有作业人员进行全面充分的培训,从而解决了作业人员没有施工经验的问题,避免了因为混乱或无知而可能产生的隐患。

(3)聘请洗舱专家现场进行技术指导,签发作业内容和执行标准指令单,控制作业步骤和节点衔接,确保作业环境安全。

(4)安排洗舱记录员专门管理和跟踪各种检查确认表格、作业许可证、“五想五不干”安全提示卡等的填写,并详细记录洗舱作业的每个步骤。做到有据可依,提高了作业人员的责任意识,避免了因个人疏忽而产生的隐患。

(5)建立作业完善便捷的沟通机制。对重要设备进行简单明确的编号;领导、专家和洗舱监督在中控进行调度和指挥,洗舱记录员及时记录每一项指令的下达和执行情况,清楚地知道任意一个时间点每个作业人员的动态和作业的进度。

(6)洗舱作业期间,在环境条件和安全措施允许的情况下,积极安排单点改造、拖航设备检修等其它项目进行交叉作业,尽量保证各项作业的进度按计划执行。

(7)针对天气寒冷、海水温度低、热油锅炉加热能力有限,大胆尝试在热原油洗舱结束后,用高压冷海水直接洗舱,并取得成功。

(8)打破了传统的认为只有好的季节,停止油气生产后才能洗舱的意识观念。为全天候洗舱摸索出一条道路,积累了宝贵的实践经验。

(9)另外,不停产洗舱,两台透平发电机组并车烧天然气,7日共节约柴油350方左右,直接经济效益175万元。今后开展FPSO洗舱作业,在条件具备的情况下能不停产洗的舱,尽可能不停产清洗,将会节约相当可观的柴油费用。

参考文献

[1]罗宏昌,等.中国石油天然气企业标准关于原油船油舱清洗时的静电问题[J].上海船舶运输科学研究所学报,1999,1.

浮式生产储油轮 篇2

技术的应用, 提升了修复工艺的可靠性。激光熔敷技术就是其中之一, 该技术的应用大大提高了产品的技术性能和产品质量的稳定性, 使铰接头组件国内修复技术水平达到了新高度。

1 激光熔敷技术

利用大功率激光束聚焦能量极高的特点, 瞬间将基体表面微熔, 同时使基体表面预置的与基体材质相同或相近的熔敷层金属粉末熔化, 使之获得与基体为冶金结合的致密结构, 从而达到修复零件表面, 恢复几何尺寸要求及使用功能。激光熔敷是一种数字化控制的微熔尖端工艺。其与传统焊接, 喷涂等工艺在性能上有着不可比拟的优势.

激光熔敷层为晶粒均匀细小的金属组织, 基体材料在激光加工过程中表面微熔, 微熔层为0.05mm-0.1mm, 对基材的热影响区极小, 一般为0.1mm-0.2mm。同时激光加工过程中工件本体温升不超过80℃, 所以不会造成基材金相组织的损害, 熔敷层与基体均无粗大组织, 熔敷层及其界面组织致密、晶粒细小、无孔洞、无夹杂、无裂纹等缺陷。而氩弧焊的基体热影响区为1.5mm-3mm, 由此造成的热应力可能会导致粗大的金相组织在恶劣工况下产生微观裂纹。

激光熔敷层与基体表面为冶金结合, 结合强度好, 激光熔敷技术的结合力为800Mpa-1000Mpa, 远远高于其他工艺的结合力。

激光熔敷过程为自动控制, 安全﹑优质﹑高效。激光发生器内部程序控制, 以及基体表面预置合金粉末自动同步送粉系统, 使得激光熔敷技术可控性好, 尤其能够保障被修复工件质量上的安全性和稳定性。

2 激光熔敷修复程序

单点系泊系统软钢臂铰接头主要由铰接轴和U型叉组成, 是软钢臂结构中重要的运动传递部件 (如图2所示) 。铰接轴和U型叉摩擦承载面通常采用5~6mm的镍基合金与母材熔接形成耐磨层, 耐磨层磨损尺寸超限或损坏时, 必须通过耐磨层的修复还原零部件的原始尺寸和性能。技术上要求熔敷工艺熔接后的外层新材料的机械性能必须等于或高于原部件质量标准, 同时具有良好的机加工性能, 保证后续机加工的实施。以下是铰接头组件激光熔敷修复工艺基本程序:

(1) 入厂检测与标记:修理组件入厂检测, 主要包括外观检测、几何尺寸检测、跳动检测、硬度检测等, 并记录检测结果, 对每一个修复件进行唯一性标记。

(2) 损伤部位切削清理:利用机加工对铰接轴和U型叉磨损承载层损伤部位及其潜在的疲劳层金属进行加工去除干净, 并采用100%着色和超声探伤验证机体是否存在未清除的残余缺陷。

(3) 激光熔敷工艺样件试验:修理组件正式激光熔敷前, 需要完成激光熔敷工艺评定。首先应按规范要求制成激光熔敷毛件样品, 再按标准加工成合格的试验样件, 然后完成理化试验。通常试验包括:表面硬度试验、截面硬度试验、冲击试验、侧弯试验、熔敷化学成分分析和金相照片等。

(4) 激光熔敷加工:按照评定工艺对激光发生器编写程序、设定光斑直径、能量密度和扫描速度等, 按熔敷要求配制合金粉。送粉系统与扫描速度, 激光熔敷操作时要同步进行。要求工件环境温度控制在室温, 无须对工件进行预热及任何熔敷后热处理。熔覆最终厚度应预留机加工余量。

(5) 机械加工:通过车、镗、磨等机械加工手段, 最终使得外形尺寸及形位公差达到原设计图纸的技术要求。

(6) 加工后无损探伤检测:对所有机械加工后的相关表面进行100%的着色 (PT) 和超声 (UT) 探伤, 确保无缺陷存在。成品经表面防腐处理后, 包装出厂。

3 激光熔敷加工范围

铰接头组件激光熔敷技术范围主要涉及三种基材与合金的熔敷:

(1) 轴类锻件基材与表面涂层Inconel625合金熔敷;

(2) 孔类铸件基材与表面涂层Inconel625合金熔敷;

(3) Inconel 625外层原基材与Inconel625合金熔敷。

4 结束语

渤海油田目前在运FPSO共计7条, 其系泊系统均采用软钢臂连接。由于软钢臂关键运动组件绞接头在修复工艺上的技术进步, 使得产品修复质量和机械性能得到进一步提高。同时也为FPSO单点系泊系统关键部件国内维修提供了可借鉴的经验。对于一些FPSO解脱后的应急复产项目, 能否缩短系泊系统大修周期, 铰接头国内修复技术将起到关键的作用。

参考文献

[1]Q/DL0108-2001激光熔敷技术标准[S]

[2]GB1800---1804-97公差与配合[S]

浮式生产储油轮 篇3

单点系泊是FPSO的重要系泊方式之一,通过监测系泊系统的状态,即可对软钢臂( YOKE)受力、船体姿态及风浪流等海况进行监测。为加强FPSO单点系泊的安全性,降低事故风险,设计单点系泊监测系统,持续监测FPSO的系统性能,预测FPSO系泊系统的状况,并对预测的风险提出相应的建议。

1 单点系泊系统①

如图1 所示,FPSO通过YOKE系泊在单点结构上。单点系泊监测系统由环境监测、运动监测、YOKE应力测量及安防监控闭路电视( CCTV) 等组成。

通过分析传感器所采集的数据并结合特定的算法,为管理人员控制系泊系统安全提供参考,并通过对所收集的海量数据进行分析完善,进而依据未来可能遇到的海况和气象状况,对系泊系统的安全状况进行预报。监测系统安装后可实现预定的监测功能并将监测结果与数值进行对比分析。

2 系统架构

集成监测系统由运动监测、环境监测、YOKE监测、CCTV和服务器5 个模块组成,系统结构如图2 所示。环境载荷和FPSO的六自由度运动是引起YOKE式单点系泊恢复力的直接原因[1],风浪流等环境条件对FPSO的非自主运动起到决定作用。为了对FPSO系泊系统的安全性进行有效监测和分析,需对FPSO的运动位置及环境载荷等信息进行测量。同时对YOKE的结构应力进行监测,并在超出承受极限前进行报警。

3 功能模块

3. 1 运动监测模块

FPSO运动监测系统包含GPS测距、测朝向和六自由度运动测量模块,主要由3 个GPS和一个惯性测量单元( IMU) 组成,其中一个GPS与测量模块共用。

如图3 所示,运动监测子系统通过GPS实时载波相位动态差分测量技术,测取FPSO与单点的间距。其中GPS基站设在系泊单点的最高点,GPS移动站设在FPSO的高点。 艏向测量通过FPSO上的两个GPS间距作为基线长度,解算出基线与地理北的夹角。

横摇和纵摇测量采用IMU,经过导航解算即可计算出载体的纵摇角与横摇角。惯性测量具有自主性强,不受环境和电磁干扰,实时数据更新率高,短期精度及稳定性好等特点。但是由于IMU零偏等误差源的影响,且IMU通过对加速度和角速度积分得到位置和姿态( 即导航误差) 会随着导航时间的延长而迅速积累。因此,为获得长时间高精度的姿态与定位数据还需进行GPS补偿。FPSO的姿态和艏向由IMU和双GPS( RTK) 的组合导航系统进行测量[2]。GPS采用L1 和L2 双频,应用双星系统,具有良好的可靠性和抗干扰性。

3. 2 YOKE监测

3. 2. 1 YOKE应力负载

常规应变片具有严重的零漂,高盐、潮湿的海洋环境使得应变片的选材和长期稳定运行成为一项挑战。光纤光栅应变计( FBG) 具有精度高、长期稳定可靠、耐潮湿、抗腐蚀、防电磁干扰、传输损耗小、灵敏度高及分辨率高等突出特点,并且能够实现远距离遥控监测。FBG弥补了电阻应变片的诸多缺陷,且长距离传输对于光纤中心波长没有影响,因此最终选取光纤光栅应变计作为FPSO YOKE系泊应力监测的主要手段。

YOKE应力由FBG测量,并由光纤光栅解调器解算传感器传输的光纤信号。本系统总计采用32 个光纤光栅应变计,分别测量YOKE和系泊腿的结构应力。解调仪为8 个光通道,每个通道有4 个光纤光栅应变计。传感器具有内部温度补偿功能,可减小温度不稳定性对设备性能的影响[3~5]。光纤光栅应变计的工作原理如图4 所示。

中心波长 λΒ会受到光栅区域的物理或机械特性变化的影响。λΒ随着温度和应变的变化而变化。通过对反射/透射中心波长的测量,即可获得外界环境参数。

由于一个应变的损坏会影响串联的后续传感器的数据传递,每个通道的应变计不应过多。若一条通道的应变计数量很多,可考虑环路测量方式,容忍环路断开一处[6,7]。

应力计布置在可能的应力薄弱处,而温度计的布置则应考虑温度分布,尽量消除温度分布不均的影响。如图5 所示,单点系泊监测系统中应力计布置在YOKE两端,并沿YOKE径向每90°布置一个。温度计布置在YOKE上下左右不同的位置,这样就能降低YOKE朝向不同对各个应变温度分布的影响。

3. 2. 2 YOKE与系泊腿倾角

通过对YOKE系统结构和受力进行分析可知,系泊腿和YOKE的倾角决定了YOKE的姿态和位置,从而影响YOKE的恢复力。为此,监测系统中设置了两组倾角仪,分别对系泊系统左右两舷进行监测。

3. 3 环境监测

3. 3. 1 浪流仪

浪流仪的工作原理与安装示意图如图6 所示,声波信号沿着相同的波束被发送/接收,根据多普勒原理将水中的悬浮粒子的流速流向计算出来,测量的流速为该水层的平均流速[8]。一台设备即可测量海流剖面和海浪参数,附带压力传感器辅助测量浪高,确定波浪测量期间的瞬时水位,为波面声跟踪提供参考位置。

浪流仪特点: 同时测量海流剖面、波浪方向谱、波浪参数和潮位; 波向分辨率较高,分辨从多方向相同频率的波浪; 截断频率高,可测高频波浪; 大风时,由于海面下气泡层的影响会降低其测量浪高的性能。

浪流仪性能指标: 水深剖面最大可达128 层( 一般20 ~ 40 层) ,最大流速10m/s( 600k Hz) ; 剖面范围0 ~ 50m( 600k Hz) ,0 ~ 120m( 300k Hz) ; 波浪测量范围10m,最大浪高35m; 波周期最大30s。

3. 3. 2 风速风向仪

超声波风速风向仪的工作原理是利用超声波时差法来实现风速的测量。时差法超声波流量计的原理是利用超声波在流体中顺/逆流传播速度的变化,引起超声波的传播时间变化,根据这两个时间来测量流速进而计算出流量[9]。超声波在空气中传播的速度可以和风速函数对应,通过计算即可得到精确的风速和风向。

本系统采用二维超声波风速计,无可动部件,无需在现场校准。可根据情况选择头部加热装置确保不结冰或积雪,以适应恶劣天气环境。可实现模拟或数字输出。为得到稳定准确的风速数据,风速计应安装在尽可能高的位置,以减少障碍物对风的影响[10],如图7 所示。

3. 4 实时视频监测

采用一套CCTV监测YOKE和系泊腿的运动状态。CCTV包含两个摄像头( 隔爆型) 、一个显示器和一台网络硬盘录像机。通过CCTV的两个摄像头,可以获得YOKE状态的视觉信息。摄像头可以在黑夜昏暗的情况下正常工作。摄像头采用云台控制,实现水平360°连续、俯仰 ± 90°回转;控制接口RS485。

4 软件部分

服务器是整套系统的核心,负责采集测量系统/设备的数据并进行数据分析处理。通过对FPSO单点系泊系统的模型分析与实际监测数据的处理,实现YOKE负载的估计和报警功能。服务器配有磁盘阵列数据存储,保证数据的可靠存储。

通过对数据库技术的应用与数据库的搭建,FPSO监测预警系统实现了大数据的处理。整套软件系统包括实时监测、实时报警、数据预测及数据回放等功能。通过风、浪、流等环境数据,系泊系统应力、倾角及FPSO姿态等关键数据的监测和实时报警确保及时发现并处理危险,保证了FPSO单点系统的安全性和工作效率。FPSO监测系统的软件架构和层次架构时序关系如图8、9 所示。

5 结束语

从FPSO、张力腿平台( TLP) 、半潜及深铺等特种海工作业船舶的发展来看,集成化的船体性能监测系统是一种应用趋势。通过集成监测,可以优化系统架构、节约系统投入并提高操作人员的操作效率。FPSO单点系泊系统关系整个FPSO的生产和人员的安全,它集成了监测系统,通过可靠的模型分析和系统集成,及时预估系泊系统的性能并提供预警。该系统具有一定的扩展性,可广泛用于海洋装备,对保障海上作业平台人员和设备的安全,维护平台稳定生产具有重要意义。

参考文献

[1]亓俊良.FPSO单点系泊监测系统设计与应用[J].中国海上油气,2014,26(A01):31~34.

[2]以光衡.惯性导航原理[M].北京:航空工业出版社,1987.

[3]饶云江,王义平,朱涛.光纤光栅原理及应用[M].北京:科学出版社,2006.

[4]杨永光,金常青,崔黎宁,等.安全仪表系统中传感器冗余配置方式的分析[J].石油化工自动化,2014,50(1):14~16.

[5]黄彩虹,金福江.氧化锆氧传感器电压输出特性模型的研究[J].石油化工自动化,2012,48(6):57~59.

[6]王伟杰,王晶,刘俭飞.光纤光栅传感器在FPSO单点系泊监测系统中的应用[J].仪器仪表用户,2013,(3):56~57.

[7]耿淑伟,余有龙.光纤光栅时分复用传感系统[J].哈尔滨工业大学学报,2002,34(2):204~206.

[8]DNV-RP-C205,Environmental Conditions and Environmental Loads[S].Norway Oslo:Norske Veritas,2007.

[9]李广峰,刘昉,高勇.超声波流量计的高精度测量技术[J].仪器仪表学报,2001,22(6):644~647.

浮式生产储油轮 篇4

烟气是一般耗能设备浪费能量的主要途径, 烟气余热回收主要是通过某种换热方式将烟气携带的热量转换成可以利用的热量。而发电机组作为FPSO上的主要用能设备, 其机组排烟温度一般在350~450℃, 余热利用的潜力比较大。

中国海油所属部分FPSO在近几年陆续实施了3个余热回收利用改造项目, 在不同程度上获得了比较可观的经济和环境效益, 为余热回收利用技术在FPSO上的成功应用积累了一定的实践经验, 为进行大规模的推广应用起到了良好的示范作用。

1 余热的产生和利用价值

余热是指受历史、技术、理念等因素的局限性, 在已投运的工业、企业耗能装置中, 未被原始设计合理利用的显热和潜热。它包括高温废气余热、冷却介质余热、废汽废水余热、高温产品和炉渣余热、化学反应余热、可燃废气废液和废料余热等。

工业余热资源十分丰富且广泛存在于各种生产过程中, 特别在煤炭石油钢铁化工建材机械和轻工等行业更是如此, 被视为继煤石油天然气水力之后的第5大常规能源。根据调查, 各行业的余热总资源约占其燃料消耗总量的17%~67%, 可回收利用的余热资源约为余热总资源的60%, 回收潜力巨大。因此充分利用余热资源是实现工业节能减排战略目标的主要手段之一。

余热回收利用是节约燃料、提高经济性的一条重要途径。利用余热回收技术将此类低品位能源加以回收利用, 提供工业、生活热水或者为建筑供热, 不仅可以减少工业企业的污染排放, 还可以大幅度降低工业企业原有的能源消耗。

2 中国海油FPSO余热回收利用可行性分析

2.1 FPSO余热回收利用潜力

FPSO能源消耗量巨大, 具有较大的回收利用空间。2012年, 中国海油完全拥有资产且在用的FPSO能源消耗总量约占海上油气生产能源消耗总量的24%。发电机组是FPSO上的主要用能设备, 其机组排烟温度一般在350~450℃。而且, 根据现有研究成果, 燃油、气产生的热能只有约30%~35%转化为电能, 约有30%随废气排出, 35%~40%通过发动机机身散发和冷却循环水带走。由于发电机组产生的废气带走的热量与机组的有用功几乎相等, 通过余热回收利用装置将这一部分余热资源回收利用、变废为宝潜力巨大。

2.2 FPSO余热回收利用工艺特点

根据《工业余热术语、分类、等级及余热资源量计算方法》 (GBT 1028-2000) 的规定, 按余热资源回收利用的可行性与紧迫性, 余热资源分为三个等级 (表1) , 一等余热资源应优先回收, 二等余热资源应尽量回收, 三等余热资源可视情况回收。余热资源回收利用, 应按“梯级利用, 高质高用”的原则确定最佳余热回收利用的方案, 其中:对烟气温度>400℃的余热资源应优先用于作功发电;对烟气温度为250℃~400℃的余热资源应优先用于生产蒸汽, 鼓励用于作功发电;对烟气温度<250℃的余热资源可用于干燥物料、制冷、采暖或供应生活热水等 (《工业锅炉及火焰加热炉烟气余热资源量计算方法与利用导则》 (GBT 17719-2009) ) 。

FPSO发电机组排烟温度一般在350~450℃, 属于中、高温烟气, 目前, FPSO发电机组余热回收利用途径主要是通过余热回收装置, 将烟气余热作为热介质系统热源, 减少现有热介质锅炉的消耗, 或完全取代热介质锅炉, 可显著提高系统的热能利用效率、降低热介质系统的燃料消耗, 从而达到节能减排目的。

余热回收系统的工艺流程 (图1) 一般为:发电机组产生的具有一定温度和压力的尾气流经余热回收装置后由烟囱排出。热油即导热介质, 经给油泵进入余热回收装置加热, 如达到用户要求温度, 则热油由旁通管路送达用户;如热油温度没有达到用户要求, 则热油经热介质锅炉加热后送达用户。在热油由热介质锅炉流出后, 如温度达到用户要求, 则保持锅炉燃料量不变;如果温度高于用户要求温度, 则降低燃料供给量;如果温度低于用户要求温度, 则增加燃料供给量。热油由热用户降温后再经给油泵送入余热回收装置, 至此完成一个循环。

在海洋环境条件下, 受作业空间狭小、施工难度大、技术安全风险高等因素影响, 中温烟气的余热回收利用主要是通过余热回收装置回收发电机组尾气余热作为热介质循环系统的热源, 这类项目是目前在浮式油气生产装置上较为可行的一种余热回收利用方案, 但其实施仍有具有一定的技术难度。

3 FPSO余热回收利用技术应用现状

近几年, 中国海油陆续实施了多次余热回收利用改造项目, 目前已应用烟气余热回收利用技术的FPSO共有4艘, 这些项目在不同程度上获得了比较可观的经济和环境效益, 但也存在不同程度的问题和不足。具体应用情况如下:

3.1 HY1号FPSO

在正常生产工况, HY1号FPSO烟气余热理论上可以满足正常生产用热需求;但由于电站负荷、生产负荷波动较大, 在实际生产过程中, 仅运行余热回收利用装置, 不能满足生产热负荷需求。如果将余热回收装置与热介质锅炉联合运行, 热介质锅炉导热油进口处的温度会高于其设定的温度, 不满足热介质锅炉正常工作的条件, 进而导致该装置未能正常投入运行。

通过研究分析, 如若在原来的导热油流程上增加一个导热油的旁路系统, 相应的增设管道和阀门, 使一部分导热油经过透平余热回收装置后和另一部分不通过透平余热回收装置的导热油在热介质锅炉前混合, 通过调整阀门的开度, 在理论上可以满足进入热介质锅炉的温度要求。或者用透平余热回收装置直接加热来自平台的生产物流, 也可以降低热介质锅炉负荷, 减少燃料气的消耗量。下一步可通过进一步技术改造可实现余热回收装置正常运转。

3.2 HY3号FPSO

HY3号FPSO有五台往复式循环内燃机, 尾气温度在350℃左右, 属于较高品位的余热资源, 没有得以回收利用;同时, HY3号FPSO配备3台10 000k W的热介质锅炉, 锅炉配置偏高, 长期处于大马拉小车的状态, 在消耗大量能源的同时还存在一定的能源浪费。经测算, HY3号FPSO可回收利用的高温烟气余热可以满足热介质锅炉对应热用户的需求, 具备通过余热回收装置替代热介质锅炉的条件。

经过充分的技术研究和工程施工, 2013年5月, HY3号FP-SO余热回收利用装置投入运行, 替代原有热介质锅炉 (原有热介质锅炉成为备用) 。基本方案是:余热回收装置布置在主机排烟道消音器后面, 与热介质锅炉形成并联关系, 这样余热回收装置与热介质锅炉可以互为备用, 也可相互补充, 在保证安全生产的同时, 可减少现有热介质锅炉的消耗, 或者完全取代热介质锅炉, 从而大幅度降低燃油消耗。

根据评价结果, 该项目实施后年节能量为3652t标准煤, 静态投资回收期1.70年, 动态投资回收期2.38年, 具有良好的经济性。而且项目实施后, 避免了热介质锅炉燃烧原油产生的烟尘污染, 改善了生产生活环境, 减少了CO2排放。

3.3 HY2号FPSO

HY2号FPSO有1台燃气透平发电机组、5台原油发电机组。目前已对1台燃气透平发电机组的高温烟气中的余热进行了利用:

正常生产工况下, HY2号FPSO平均热负荷约为14 400k W (额定热负荷为33 500k W) ;发电机组高温烟气中可利用的余热量为19821k W, 可满足生产用热需求。下一步可继续完成剩余发电机组余热回收, 以实现更多的节能效益。

3.4 HY4号FPSO

HY4号FPSO重点耗能设备主要是透平发电机, 共4台 (3用1备) 。以自产天然气作为主燃料, 向主电站供电。其烟气排放温度约为529℃, 属较高品位余热。该FPSO在设计时就已经考虑废热利用, 在透平排烟口设置了4台余热回收利用装置 (3用1备) , 用于加热热介质油, 平均输出功率为12 000k W, 可以满足生产用热需求。由于在设计时就设置了余热回收装置, 与其他设备匹配良好, HY4号FPSO是目前中国海油实施余热回收利用技术最为成功的一艘FPSO。

4 FPSO余热回收利用技术应用面临的困难和问题

FPSO主要为海上油气田服务, 而油气田开发生产过程中往往产生大量的伴生天然气, 由于伴生天然气的品质、数量和持续时间难以准确预计, 导致其不能完全被用于燃料而部分被放空。在这种伴生天然气仍然在放空的环境下, 相对于利用伴生天然气作为能源来说, 需要花费大量投资、占用FPSO上珍贵且有限的空间资源以及承担工程风险的余热回收利用技术往往不会成为管理者的首选。因此, 余热回收利用技术在FPSO上应用面临的首要问题, 就是解决油田伴生气的回收利用、为余热资源寻找有价值的热用户。

5 FPSO余热回收利用技术应用前景