浮式液化天然气技术综述

随着能源需求的不断攀升,小型边际气田、伴生气田及深海气田开发日益受到重视。浮式液化天然气(FLNG)生产装置具有投资低、建设周期短、可重复使用等优点,可灵活应用于环境条件恶劣的深海边际气田和小气田的天然气开采,是未来接收站发展的趋势和方向。结合国内外在这一技术上的研究现状论述了FLNG的两大装置:海上液化天然气生产储卸装置(FPSO)和浮式储存再气化装置(FSRU),详细分析了该装置的液化系统、卸货系统和再气化外输系统,提出了适用于FLNG的液化技术、卸载技术及再气化技术。     

浮式液化天然气(FLNG)技术在中国海上开发应用探讨

浮式液化天然气(FLNG)装置作为一种新型的海上气田开发技术,以其投资相对较低、产能建设周期短、便于迁移和LNG市场灵活等优点越来越受重视和关注。FLNG技术体系包括海上液化工艺技术、储存技术、卸载技术、总体布置和安全等技术。对于我国的海上深水和边际气田的天然气资源,若采用传统的开发方式,很多天然气资源可能因投资费用和海上开发设施依托等因素将无法投入开发利用。采用FLNG技术,可以根据海上气田的储量规模灵活配置FLNG装置,这对促进我国海上的气田开发具有现实意义。     

半贫液脱酸工艺应用于浮式天然气液化装置中的可行性研究

浮式天然气液化装置(FLNG)是近年来海洋工程界提出的解决深海天然气田开发利用的有效途径,但与传统的陆上天然气液化装置相比,浮式天然气液化装置中脱酸工艺设计和设备选型布置都面临新的技术要求和挑战。设计了一种适用于FLNG的半贫液脱酸工艺,并通过模拟优化和工艺计算对半贫液脱酸工艺与传统液化工厂脱酸工艺在系统能耗、设备数量、设备质量、工艺复杂性和海洋环境适应性等方面进行了分析比较,结果表明半贫液脱酸工艺适用于浮式天然气液化装置,特别是在处理高酸气负荷的天然气方面具有很大的应用潜力。     

浮式液化天然气装置上部模块加热系统的选择

浮式液化天然气(FLNG)装置是开采和加工深海天然气的一种新型海上装置,但其上部工艺模块受空间限制,须集约化布置,对其加热系统的选择显得尤为重要。通过对热媒油系统和蒸汽系统在海上装置的应用适应性分析,选择投资低、热效率高、操作简单、空间占用率低的热媒油加热系统,并以某海湾气田年产240×104t LNG热媒油废热系统的计算和设备选型为例,论证选择热媒油系统为佳。     

FLNG电气系统设计关键技术研究

浮式液化天然气生产储存外输装置(FLNG)作为海上气田资源开发的重要装备备受关注,与以往传统海上开发设施相比较,其电气系统具有负荷量大、系统结构复杂及可靠性要求高等特点,对全船的生产及生活具有重要作用。结合设计案例,在阐述了FLNG电气系统组成的基础之上,分析了4个典型设计工况,开展船体负荷计算,设计3个层次电源系统,配置相应的配电系统,并对电力管理系统进行研究。对今后的工程设计及应用具有一定的参考意义。     

FLNG研究现状及在中国南海深远海气田开发中的应用前景

大型浮式液化天然气生产装置FLNG是一种用于深水气田的新型开发模式。本文详细阐述了FLNG应用背景及其国内外研究现状,深入剖析了FLNG装置的相关技术特点及所涉及的关键技术,分析了中国南海深远海气田开发过程中FLNG装置的应用前景。研究结果对我国FLNG研究具有指导意义。研究结论认为,只有形成FLNG关键技术和设备的本土化,形成不同规模FLNG装置系列化设计能力,打破国外关键技术和设备的专利垄断,带动国内深水工程技术和设备产业发展,才能实现FLNG装置在中国南海深远海气田开发中的实际工程应用。     

浮式液化天然气工艺分析

浮式液化天然气(Floating Liquefied Natural Gas, FLNG)工艺能极大地降低海底天然气的处理负荷，在海底天然气处理方面的应用已逐渐成为焦点。FLNG工艺的发展主要受建设成本、技术条件、液化产率等方面限制，所以对FLNG工艺的改进需在FLNG装置满足质量轻、占地面积小、耐腐蚀等要求的基础上，进行工艺流程优化，降低建设成本，提高设备产能。对比研究广泛应用于FLNG工艺中的阶式制冷循环工艺、膨胀制冷循环工艺和混合制冷循环工艺。研究结果表明：混合制冷循环工艺相比其他两种工艺具有工艺流程短、液化效率较高、可处理原料气成分更广泛、节省能耗和对复杂海况适应性高的优点；将混合制冷循环工艺与有效的预处理工艺及液化天然气(Liquefied Natural Gas, LNG)卸载工艺相结合，已逐渐成为FLNG工艺的主导工艺，目前已广泛应用于海上LNG的生产工作。     

FLNG生产装置电站选型分析

浮式液化天然气装置FLNG设有天然气处理与液化装置、生活与动力设施、液化天然气储存舱及外输系统,用单点系泊或多点系泊的全海式海上天然气生产装置。主电站是整个FLNG生产装置的关键设备,可为生活及生产设施提供电力能源,可确保整个海上生产设施正常持续安全地进行生产。     

FLNG脱酸工艺技术比选研究

天然气脱酸工艺是浮式液化天然气生产装置(FLNG)的核心工艺之一。对于FLNG的脱酸装置,面临海上气田高酸气含量及海上浮式生产装置的晃荡等问题,且甲板上部空间受限,要求装置体积小、重量轻。因此,通过FLNG上部预处理工艺热平衡计算及模块体积、重量方面的比选研究得出,在原料气中CO2含量在7%以内时,宜选择单循环胺液脱酸工艺。对于更高酸气含量的海上气田,与半贫液脱酸工艺相比,膜分离加胺液脱酸方案重量轻,体积更小,是最佳的脱酸工艺。     

主电站原动机选型在FLNG中的应用探讨

海洋天然气田开发过程中,浮式液化天然气生产储卸装置(FLNG)具有开采、液化、储存天然气等优点备受各国关注,而主电站是整个FLNG的核心设备,原动机选型关系到主电站能否可靠、连续、安全运转。由于FLNG主电站燃料来源主要为天然气,目前常选用燃气轮机作为发电的原动机。本文探讨了燃气轮机的两种选型方案,并从技术和经济上进行了分析和比选。     

FLNG/FLPG工程模式及其经济性评价

大型浮式液化天然气FLNG（Floating Liquid Natural Gas）船/浮式液化石油气FLPG（Floating Liquid Petroleum Gas）船是近年来海洋工程界提出的、主要用于深远海气田开发的工程装置,是集海上天然气液化、储存和装卸为一体的新型装置,具有开采周期短、开采灵活、可独立开发、可回收和可运移、无需管道输送等特点,有可能是开发我国南海深远海气田重要的工程应用模式之一。为此,以南海某深水气田作为目标气田,对比分析了传统的开发工程模式与FLNG/FLPG开发工程模式的经济性,结果表明,采用该装置开发深水天然气田可节省投资。同时还分析了不同离岸距离对投资的影响,结论认为,使用该装置对离岸距离不敏感。因此,FLNG/FLPG开发工程模式对离岸距离较远的深远海气田具有较好的经济性,是一种值得推广的深远油气田开发工程模式。     

利用小型FLNG技术开发难动用储量的技术经济分析

在寻找整装优质储量愈来愈困难的情况下,盘活低品位的难动用储量已成为国内气田稳产乃至上产的重要途径之一。为此,提出了一种小型集海上天然气液化、储存和装卸为一体的新型浮式装置(FLNG)开发方案,分析了小型FLNG技术的发展现状及关键技术实施的可行性,并以某海外气田区块A为例,对小型FLNG开发方案和传统开发模式进行了经济性对比。结果表明:在保证小型FLNG装置滚动生产期限的前提下,区块A难动用储量经小型FLNG装置加工、转运和销售后,LNG到岸价格基本满足目标市场的消费水平,保证了上、下游同时实现10%内部收益率的要求。同时分析了小型FLNG方案还可通过成本控制、市场细分、管理模式创新、申请优惠税费政策等手段来进一步提升经济效益。结论认为,在国内外争夺海上油气资源日益激烈的前提下,小型FLNG方案已成为盘活海上天然气难动用储量的可行性方案,虽然尚未有具体的工程化应用案例,但是应综合考虑小型FLNG技术的优势与风险,采用可靠的工程化技术手段并利用其他海上类似工程应用经验,加快推进小型FLNG技术的发展与工程化应用。     

海上浮式LNG脱水工艺方案探讨

从分离原理、处理规模、脱水深度、装置占地和海上适应性等多个方面出发,对常用的天然气脱水工艺进行了比较和总结。针对南海某目标气田的基础数据和海况特点,对大型浮式LNG装置的脱水方案进行工艺优化,最终选出了以4A分子筛为吸附剂和压缩BOG(蒸发气)为再生气的二塔式吸附脱水工艺,其具有露点低、占地少和海洋环境适应性强等特点。     

�й�����ʽ��Ȼ������Һ����жװ�ã�FLNG��̨��ģʽ�о�

??For solving the operation problems of Floating Liquid Natural Gas (FLNG) vessels in harsh sea areas, especially in the areas where typhoon happens frequently, the characteristics of cyclone (typhoon) in China sea areas were analyzed based on the environmental conditions of the South China Sea. Then, the FLNG connection operation and the FLNG disconnection and evacuation plans in the situation of cyclones were compared. And finally, a series of research was carried out on the technical difficulties related to the FLNG connection operation plan, such as the temperature field of LNG cofferdam, the vapor treatment and diffusion during a cyclone, such as a typhoon, and the typhoon generator at the shallow-water platform. Based on these analysis and research, the following recommendations were proposed. First, it is recommended to adopt the FLNG connection operation plan during a typhoon to guarantee convenient and safe operation and to improve oil and gas field benefits. Second, a ballast cabin can be set inside the vessel to ensure the safety of Grade E steel in FLNG, especially during a typhoon. Third, BOG diffusion can be still safe in the most dangerous working condition when the vent pipe reaches a certain height during a typhoon. Fourth, four groups of mooring systems (five pieces in each group) can be designed to guarantee the mooring strength of FLNG connection operation during a typhoon. And fifth, when a typhoon arrives, it is necessary to stop FLNG, release the pressure and organize personnel evacuation in a planned way. After the typhoon leaves, personnel return and start FLNG for production again. In this way, efficiency can be increased effectively, and the operational convenience and safety of FLNG vessels can be ensured.     

FLNG液化冷剂压缩机和主制冷换热器关键技术的突破

为解决海上天然气长距离管输的问题(成本高和流动安全保障等),FLNG(floating liquefied natural gas)浮式液化天然气开发技术应运而生。目前,受国内相关行业发展水平的制约,FLNG液化核心设备均需进口,设备价格高、项目投资大。为此,基于目前FLNG主要的液化工艺,分析了国内外液化核心设备(冷剂压缩机、大型压缩机驱动器和大型液化换热器)的运用现状和关键技术——①开停车、火灾及变工况下的稳定运行技术;②FLNG晃荡工况对换热器性能和安全的影响;③采用改进后的制造技术和制造工艺,满足FLNG运用的需求;④外部管道及接口补偿技术;⑤泄露监测技术,针对性地归纳了其实现国产化的技术需求和发展方向,提出了开发设想和建议:FLNG主要液化核心设备国产化要充分依托国内企业,在设计技术、材料、制造技术上充分借鉴国外技术发展思路,加大企业与项目的联系程度,充分整合资源突破关键技术,加大试验平台建设和试验验证,实现样机突破和中试运用,为最终的工程运用和降低项目投资打下基础。     

晃动对FLNG排管式液体分布器性能的影响

随着海洋油气开发的推进,填料塔被广泛应用于海上浮式液化天然气设备(FLNG),对天然气进行预处理。填料塔的重要元器件为液体分布器,其设计的好坏直接影响到填料性能和全塔效率的发挥。排管式液体分布器因其驱动力为液体压力,能更好地适应海上晃动。为了研究海上晃动对其液体分布性能的影响,使用可以实现横摇、纵摇、艏摇、横荡、纵荡、垂荡6种单一自由度晃动的六自由度晃动平台,对排管式液体分布器进行静止、不同晃动形式和不同晃动幅度工况下的实验研究,测量各种工况下各孔口的出口流量,分析各种晃动形式和晃动幅度对其液体分布性能的影响效果。结果表明:①6种单一晃动形式中,横摇、纵摇对排管武液体分布器的孔口流量分布影响较大,横摇5°和纵摇5°使其整体不均匀度(M_o)值分别增大了35%和15%,其余晃动形式对其性能影响较小;②随着晃动幅度的增大,排管式液体分布器的液体分布性能变差,横摇8°比横摇5°的M_o值增大30%,纵摇8°比纵摇5°的M_o值增大20%左右,艏摇运动下的M_o值变化不明显。该研究成果,为排管式液体分布器在海上的应用及优化提供了技术支持。     

南海浮式液化天然气生产装置运动性能预报分析

基于三维势流理论和悬链线理论,系统地对南海百年一遇海况时不同载液率下浮式液化天然气生产装置的运动性能进行研究,并与模型试验结果进行验证分析。研究结果表明,南海浮式液化天然气生产装置运动性能的数值预报和试验结果具有较好一致性。不同载液率装载工况对浮式液化天然气生产装置横摇运动性能的影响较大,而系泊缆索张力几乎不受舱内液体晃荡影响。该研究结果可为浮式液化天然气生产装置的设计提供理论依据。     

海上天然气液化工艺流程优选

LNG-FPSO（LNG Floating Production Storage and Offloading Unit,又称FLNG）是集海上液化天然气的生产、储存、装卸和外运为一体的新型浮式生产储卸装置。作为LNG-FPSO的核心技术,海上天然气液化工艺将对该装置的建造运营费用、运行稳定性和整个系统的安全性产生很大的影响,而现有的3种基本类型的天然气液化工艺（氮膨胀、混合冷剂和级联式制冷液化工艺）都不能完全符合海上天然气液化工艺的设计标准。为此,根据海上作业的特殊工况,组合模拟了6种适用于海上天然气液化的工艺流程,并从制冷剂流量、功耗、关键设备数量、天然气流量敏感性、天然气组成敏感性、易燃制冷剂储存和海上适应性等方面对各流程进行了比较,根据计算结果及对各流程的定性分析,优选出带预冷的氮膨胀液化工艺［即丙烷预冷双氮膨胀流程、混合制冷剂-氮气膨胀（并联）流程和混合制冷剂-氮气膨胀（串联）流程］为LNG-FPSO装置的首选工艺,且发现随着预冷深度的增加,该工艺的海上适应性减弱,功耗降低,处理能力增强。     

LNG接收站与输气管网的“互操作性”

不同来源的天然气与LNG的互换性问题在国内已经得到了一定程度的重视和应对,LNG接收站与输气管网等基础设施的互联互通从2018年开始也提升至国家层面予以推进,而统筹互换性与互联互通并位于更高阶层面的"互操作性"研究在国内尚处于空白。通过广泛调研欧盟国家在天然气管网领域关于"互操作性"的相关规定和做法,首次提出LNG接收站与输气管网等基础设施"互操作性"的概念定义,构建出"互操作性"的基本实施框架与组成,并对我国近两年内体现出"互操作性"特征的最新典型案例进行了分析。研究结果表明:①"互操作性"与第三方开放是两个独立的主题;②"互操作性"的目的是在互联互通、调度协同及信息交互的基础上,通过对各类设施具体技术标准、运行准则及操作程序的统一规范,实现各个设施用户的天然气在不同设施间跨系统地无阻碍流动;③"互操作性"框架包括气质标准与互换性、设施互联互通、设施联通协议、统一计量单位、统一电子数据交互平台、技术容量计算方法,以及LNG接收站特有的LNG船舶进港与船岸兼容审查程序、LNG分气质存储与槽车装车规则8个关键要素;④建议能够兼顾"互操作性"的目标和要求,把欧盟国家讨论得更为成熟且更加关键的设施联通协议、统一电子数据交互平台、技术容量计算方法 3个要素充分融入我国天然气产业链的治理性改革实践体系。     

浮式LNG接收站与陆上LNG接收站的技术经济分析

作为LNG接收和再气化的新型解决方案,目前国外已有多个浮式LNG接收站成功投产,而中国尚处在起步阶段,已建或在建的浮式LNG接收站以浮式接收存储气化装置（FSRU）为主要形式。为降低FSRU的获取风险,需要明确浮式LNG接收站与常规陆上LNG接收站的特点与适用性。为此：①对新建、改建、租用或购买FSRU这4种获取方式进行了对比,结果表明：租赁较新的FSRU,可避免改建带来的不足,相比新建具有时间优势,相比一次性购买投资风险较小,因此市场起步阶段推荐以租赁方式获取FSRU;②在相同处理能力下（260×104 t/a）,对浮式接收站与常规陆上接收站进行技术经济对比分析的结果表明：前者较后者具有建设周期短、建设投资少、季节调峰能力强、灵活性好等优势,但也存在经济性差、供气不稳定、操作成本高等劣势。因此,建议采用浮式LNG接收站供气时应选择气价承受力强、需尽早供气的市场或陆域面积缺乏、人口稠密的地区。此外,可充分利用FSRU调度灵活的特点,选择多个错峰市场提供临时供气服务,以提高供气安全保障。