常规船型fpso的发展与展望

常规船型fpso的发展与展望

fo是floativeandsupply的缩写。它被翻译成中文，是浮式生产、储存和加油的船舶。这是当前海洋工程中的一项高科技产品。“希望6号”是中远船务工程集团有限公司旗下的南通中远船务工程有限公司为英国DANA石油公司设计建造的圆筒型FPSO,是我国海洋工程装备制造企业从海外获得的第一个从设计、采购、建造、部分海上安装/调试工程和运输的FPSO总包(EPC)项目,不仅开辟了我国海洋工程装备制造业在浮式生产储卸油平台总包工程建造的先河,更标志着我国海洋工程装备制造业从中端产品迈向高端产品设计建造的里程碑式的重大跨越。1传统vso的比较1.1浮体的潜在损伤常规型FPSO主要采用船型设计,在环境恶劣的海域使用单点转塔将加装油气处理设备的浮体系泊于一点,利用风标效应来降低环境因素对船体产生的风阻载荷,使之能够满足风向多变海况服役的需求;在环境温和的海域,多采用多点系泊装置将浮体固定,使最大船体迎风面与全年主流风向垂直,以达到最大程度规避环境载荷对船体结构带来的破坏。正因为如此导致常规船型FPSO有如下不足之处:1)单点转塔系统不仅价格昂贵,同时维修保养周期短,存有潜在损坏而导致停工的风险;2)尽管风标效应使浮体能够大大降低所承受的环境总载荷,但细长的浮体承受中垂和中拱的弯曲载荷大,又由于通常设计FPSO在15~20年不进坞大修,导致长期的波浪交变载荷使得船体容易疲劳损坏;3)由于波浪作用的动态响应载荷对细长的浮体作用,尤其是波浪引起的横摇和垂荡运动严重,将影响原油生产处理设备和仪表的正常工作。针对以上不足,挪威SEVAN公司于21世纪初研发出SSP(SEVANStabilizedPlatform)圆筒型FPSO,此前全世界总计有4艘圆筒型FPSO,“希望6号”是第5艘。“希望6号”(见图1)主甲板直径78m,高度为36.5m,总重近3万吨,360°自由旋转,每天最多处理44000桶原油。平台上生产水注入装置、电力输出装置和公用设施一应俱全,自动化程度高,安全设施先进,能适应英国北海恶劣海况和严寒作业条件。其主要优点包括:1)水面上完全对称的圆筒型结构,对于风浪流不敏感,因此不需要根据来流方向调整船体姿态,不仅仅避免了疲劳破坏,也节约单点转塔的建造和维护成本;2)相同储油量条件下,圆筒型FPSO比常规船型FPSO具有更大的水面线面积,因此具有更强的抗倾覆能力和单位甲板载荷能力;3)圆筒型船体结构简单,没有常规船型的艏艉的线性变化,建造工艺相对简单,可以进一步降低建造成本;4)为减少船体垂荡运动幅度,在船底增加了箱型舭部结构裙围。1.2fpso的整体设计我国新建造的15万吨级的FPSO甲板面积基本在8000m圆筒型FPSO,其圆筒型设计甲板面积仅约4800m由于甲板面积的限制,船型的FPSO的上部模块采用单层,特殊情况采用双层布置。而圆筒型FPSO的设计的思路就是将工艺流程处于上下游关系的模块整合,例如将注水泵和脱氧塔与化学品注入功能整合为一个注水加药模块。总计尺寸较大的模块干重超过1000t以上有三个,平均高度达20m左右,进一步增加了吊装的难度和风险。2fpso生产工艺流程原油属于胶状悬浮体,在常温常压下是以固、液、气三相共存的,以有机化合物的形式存在于其中,可划分为含有硫、氮、氧等元素的非烃类化合物和由碳、氢构成的烃类化合物两大类。伴生于原油的轻烃就是天然气,在操作压力和温度下呈气相存在的烃,同时在减压和(或)增温的情况下可以使气体从油中逸出。伴随着原油和天然气开采一起产出的水可能为蒸气或液体,液态水可能为自由水或乳化水,到达地面后可以从液体烃中分离出来。FPSO的生产模块在主甲板以上,根据实际生产工艺要求设置生产甲板,将油、气、水进行分离、净化、计量和外输。伴生气经脱液干燥后可以利用,紧急情况下送到火炬系统烧掉。生产过程中产生的污水会经过污水处理系统进行处理,通过增压操作回注到井口提高产能;另外符合英国相关当局要求的排放标准以后可以排放到海中。原油经过进一步脱水、脱硫处理得到合格商品后,再进行存储、计量、外输。“希望6号”服务于英国北海L油田、H油田、U油田和B油田。在进行FPSO生产工艺流程的研发时,主要是根据石油和天然气的输出产量进行设计研发,但整个油田生命周期的天然气可能用于回注,所以也要考虑到可能回注产生的影响,对工艺流程进行进一步优化设计。同时,生产平台要满足甲方的需求,达到规定的技术指标产量,石油和天然气的生产速率分别是日均标准44000bbl和13.2MMscfd,最大产量可以达到设计日均产量的110%。除此之外,设计油罐时还要对压力和温度进行连续监测和控制。针对L油田、H油田、U油田和B油田的具体油藏特点,通过对油藏进行定义并使用软件对油藏模拟,进行FPSO工艺流程的设计。FPSO的生产工艺平台是根据石油、天然气、生产水相应的技术要求进行设计。生产工艺主要由原油处理系统、生产水处理系统以及天然气处理系统组成。油井产出液首先进入原油处理系统进行油气水分离,主要分离设备有一级分离器和二级分离器。分离出的油流经电脱水聚结器进行脱水,使得石油满足底部沉积物和水小于0.5%的输出要求,最后流入储油罐储存。分离出的生产水会流入生产水处理系统,经水力旋流器、紧凑浮选机两次脱油,最后进入脱气装置,使得生产水满足平均每月排放入海的水中石油含量不高于15ppm,回注水满足氧所占体积低的技术要求。分离出的天然气会进入相应的天然气处理系统进行压缩,一级分离器分离出的气体可直接送入高压压缩系统,二级分离器分离出的气体先进行低压压缩,压缩后气体再汇入高压压缩系统进行压缩。高压压缩系统分为一级高压压缩、二级高压压缩和三级高压压缩,在一级压缩之后设置了乙二醇脱除酸性气体装置和TEG脱水装置,经过三级压缩后不同用途的气体可以满足相应的输出、回注、气举技术要求。3排放系统设计为了能够维持原油生产工艺和浮体的功能需求,必要的船舶公用系统需要在“希望6号”设计研发。FPSO辅助工艺系统有化学药剂注入系统、火炬排空系统、开闭排放系统和热介质加热系统。下面针对这个系统作简单的介绍。设计化学药剂注入系统(见图3)的目的是为了在不同的工艺管线点注入对应的化学药剂。化学药剂可以有效地净化原油、污水,并且可以防止设备腐蚀、结垢等。化学药剂注入系统是由一组矩形玻璃钢罐,每个罐上部有搅拌器,下部装有化学药剂注入泵组成。化学药剂的供给是由供应船从岸上基地连同钢质容器一起运到“希望6号”。一般情况下,化学药剂以纯溶液或混合柴油的形式保存。当需要使用时,用水混和后利用装在罐上的搅拌器搅拌完成化学药剂的配制。化学药剂罐设有电伴热保温,以保证北海苛刻的寒冷季节生产操作的正常进行。火炬排空系统(见图4)的设计目的是将“希望6号”上生产出来的多余原油伴生气,在一个安全位置上烧掉或者放空,以确保紧急情况下FPSO的安全或免受烃类的危害。火炬排放系统的主要部件包括火炬塔、火炬头、气液分离器和点火装置。火炬塔是一座钢结构物,总长度在60m以上,高压火炬头和低压管式火炬头分别燃烧高压天然气与低压天然气。闭式排放系统(见图5)的用途是为原油和伴生气处理系统以及其他系统中的带压的设备容器,排放含烃化合物而设置的。闭式排放系统所收集的含油污水和原油,排到污水污油舱,以便进行再净化处理。闭式排放系统除了排放带压容器的流体以外,安全阀泄压、火炬泄压等带有油气的流体,也排入到闭式排放系统里去。提供闭式排放系统的目的是收集原油工艺处理模块上的各种设备、容器里含油污水排放,设备检修时污油污水排放,冲洗甲板污水排放,动力发电块的污水排放,化学剂及其它含油污水排放。闭式排放系统所收集的含油污水和原油,排到污水油舱,以便进一步再净化处理。热介质加热系统(见图6)主要由3台废热锅炉、2台循环泵、2台换热器及其相应配套系统组成,供给下列用户使用:原油舱加热循环的中央板式换热器,工艺舱内与污水污油舱用的管壳式换热器,原油分离与处理模块上的各种热交换器,预热器等,燃料油箱内加热器及其他设备。热介质通过闭式循环泵输送,由热介质加热器加热的热源由循环泵输送到各用户,并控制在适当的回温温