FLNG外输系统在中国南海的适用性分析及国产化研究思考

本文调研了国外FLNG外输系统的主要类型及产品,阐述了漂浮软管系统的主要构成和关键部件的技术进展。基于中国南海环境条件及运营LNG运输船现状,对比了不同类型的FLNG外输系统在我国南海的适用性,指出尾输方式应是中国南海FLNG外输的首选方案;在此基础上,提出了我国FLNG外输系统关键技术和国产化研发的主攻方向为漂浮式软管外输系统。最后总结了FLNG外输系统国产化研发的技术路线和主要研究内容,以期为今后FLNG外输系统国产化研究及工程应用提供参考。     

FLNG发展及应用初探

浮式液化天然气生产储存外输装置(FLNG)是海洋工程领域所关注的热点之一。介绍了FLNG的概念及关键技术,分析了FLNG的发展历程及工程应用,总结了在中国南海应用中存在的问题和挑战,并给出了相应的建议。     

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。     

圆筒形FWPSO在中国南海环境条件的适应性分析

为了考察圆筒形浮式结构物在中国南海的适用性,以为中国南海某油田开发研发的具有修井、生产、储油、外输功能为一体的圆筒形FWPSO(浮式修井生产储卸油轮)为研究对象,结合水池试验结果对浮体运动及极端环境条件下多点系泊系统进行了运动响应模拟分析,并与在中国南海作业的船型FPSO以及半潜式生产平台的运动特性进行了对比,结果表明:圆筒形FWPSO结构形式具有良好的耐波性,其运动性能及系泊系统限位能力可满足设备设施在南海环境条件下的安全使用需求。建议我国海洋工程界加快圆筒形浮式设施的研发,力争早日在中国南海实现工程应用。     

大型浮式液化天然气开发系统关键技术现状及发展趋势

大型浮式液化天然气开发系统(FLNG)是当前海洋工程领域所关注的热点之一。介绍了FLNG的组成及特点,分析了FLNG的关键技术现状及发展趋势,对我国南海FLNG的发展提出了几点建议。     

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。     

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。     

多点系泊的FLNG艉输作业可行性

以一艘多点系泊的浮式液化天然气船(Floating Liquefied Natural Gas Carrier,FLNG)为研究对象,结合西非海区特定的环境条件,采用耦合时域方法模拟其艉输作业时系统总体的动态响应,论证采用艉输方式的作业可行性,并对其外输临时系泊系统进行优化设计。研究表明:艉输作业时FLNG的多点系泊缆绳张力、外输缆绳张力、FLNG与LNG运输船之间的间距、立管顶部水平偏移等结果均可满足设计基础要求。随着外输海况的提升以及环境载荷入射角度的增大,外输系泊缆张力与生产立管顶部最大偏移量快速增大。外输系泊缆载荷受缆绳材料的影响较大,对于外输系泊缆绳布置而言,采用单根布置优于2根布置。     

FLNG船舶总体设计方案研究

FLNG集天然气的液化、存储及装卸为一体,具有建设周期短、开采灵活、便于迁徙、可重复利用等特点,可应用于深远海及边际油田的开发。以中石油集团参股的莫桑比克气田为依托,明确了FLNG船舶总体设计的原则及影响因素;研究了FLNG船舶的舱容、工艺布置、船体结构形式、液货围护系统、系泊定位及外输方式等重要参数的计算与确定方法。根据既定的船体参数,合理设计了FLNG船体主尺度及总布置方案。阐述的FLNG船舶总体设计思路及方案可为后续气田开发及类似项目研究、设计提供参考。     

FLNG上部模块总体布置研究

结合国家高技术研究发展计划(863计划)的深水油气勘探开发技术项目课题的子课题"FLNG上部模块及系泊系统设计研究",探讨了FLNG上部模块总体布置的方法。FLNG船型采用传统的FPSO船型,总体布局的关键是从海洋环境、工艺要求、危险性等级等角度出发,综合考虑各个功能模块之间的相互关系。参照FPSO项目的设计经验及FLNG工艺、安全的特殊要求,介绍FLNG上部模块的总体布局、单点系泊、外输布置、主甲板高度、安全间隔、生产工艺模块规划的设计原理及关键技术,为FLNG上部模块设计提供技术参考。     

应用于中国海域的浮式天然气液化装置研究架构

国内浮式天然气液化装置(Floating Liquid Natural Gas unit,FLNG)装备技术水平尚处于初步阶段,缺乏一体化设计团队,若全部依靠进口技术装备则投资过高,项目经济性难以保证。FLNG在南海恶劣海况条件下服役,其浮式生产装备技术面临新的挑战。对于以上问题,提出:采用国内自主知识产权的浮式液化技术,建设一流的设计队伍;集中优势力量强强联合,打造国内一体化的FLNG建造团队;理论研究与实验论证相结合,开发适合海上工况的浮式液化关键设备,提高设备国产化程度。     

多点系泊FPSO串靠外输作业安全距离研究

针对1 500 m水深的多点系泊FPSO串靠外输作业方案,研究适用于中国南海不同重现期风浪流极值环境海况下的外输安全距离。先基于三维势流理论利用SESAM软件对FPSO外输作业过程中所需的穿梭油轮进行水动力特征分析,得到船舶在风浪流载荷作用下的位移。再利用Or-caFlex软件对外输作业系统整体进行多体耦合的时域模拟,并分别对挪威北海和中国南海的外输安全距离进行估算。研究结果表明:过分纵荡可以作为估算安全距离的方法之一;针对中国南海北部重现期为1 a一遇的海况条件,外输作业安全距离推荐为68 m;当中国南海北部海域重现期为10 a一遇时,外输作业安全距离推荐为105 m。研究结果有助于FPSO外输作业安全距离的进一步研究,对降低外输作业过程中的碰撞风险具有实际意义。     

单点载荷作用下FLNG弯扭强度研究

利用有限元分析技术和SESAM软件,以中海油研究总院与中国船舶海洋工程设计研究院联合设计的FLNG为研究对象,建立了FLNG有限元模型、质量模型及水动力模型;针对压载、满载及75%装载工况,开展了FLNG波浪载荷长期预报,获取了极端海况条件设计波参数;利用Deep C软件开展耦合分析,获得了FLNG系泊系统单点载荷;考虑静水、波浪诱导载荷及系泊单点载荷联合作用,研究了FLNG弯扭结构强度。研究表明:FLNG结构刚度较高,在百年一遇海况下结构变形控制在较理想范围内,货舱区域应力水平较低;单点载荷对整船变形及装置货舱段结构强度影响较小;货舱围护系统在整船弯扭变形中较为安全。     

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。     

浮式液化天然气储存装置单点系泊水动力特性分析

针对设计的计划作业于南海1 500 m水深海域的浮式液化天然气储存装置(FLNG),开展了水池模型试验和数值计算分析,模拟了南海的环境条件,采集了单点系泊下的FLNG船体六自由度运动以及系泊锚链顶端载荷时历,在频域和时域范围对FLNG水动力特性以及舱内液体晃荡对FLNG的影响进行了研究,结果表明:在频域分析中,舱内液体晃荡使得FLNG的横摇运动在波频范围表现出较固体装载更小的运动响应;在时域分析中,舱内液体晃荡在南海一年一遇海况下加剧了FLNG的横摇运动;在百年一遇海况下削弱了该型FLNG的横摇运动;舱内液体晃荡对FLNG的纵摇、垂荡、纵荡、横荡以及艏摇运动影响较小。在此基础上,提出了系泊系统优化方案并进行了数值计算研究,认为在满足一定安全裕度的条件下能够通过减少系泊锚链数目显著降低建造成本,这对现阶段FLNG的自主设计提供了一定的参考依据。     

FLNG上部模块总体布置设计流程及案例分析

鉴于浮式液化天然气生产储卸装置(FLNG)在海上应用的灵活性,目前世界上很多国家都开展了对FLNG的研究,并已有多个项目进入了建造阶段。为了更好地开展FLNG的研究和设计工作,以南海某气田的FLNG设计实例,探索了FLNG上部模块总体布置的方法。介绍了采用FLNG方案进行某气田开发所制定的总体方案,对开展FLNG总体布置的设计流程进行了梳理,并总结了总体布置专业与其他上下游专业的界面和接口。分析了FLNG上部模块总体布置与传统FPSO的区别和注意事项。这些经验可以为今后开展FLNG研究和设计工作提供参考。     

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。     

南海扩展式系泊FPSO外输方案

为解决在南海复杂多变的季风气候条件影响下传统常规油船串联的卸油方式不能满足扩展式系泊储油平台外输需求的问题,在分析现有不同外输方案的基础上,介绍一种适用于南海扩展式系泊储油平台的"双卸油站+DP油船+艏装载系统"的外输方案,分析该外输方案的作业流程及注意事项,可供该型储油平台外输设计参考。     

深冷大流量LNG高压外输泵的自主研发

LNG大型高压外输泵是LNG接收站的核心设备之一,具有设计温度低(-196℃)、处理流量大(300～500 m3/h)、扬程高(超过1 500 m)等特点,长期以来只能依赖进口。为了突破国外技术垄断、实现LNG高压外输泵的国产化,开展了水力设计、结构设计、材料加工与组装工艺、水力测试和低温测试方法等关键技术研究,研制了国内首台LNG高压外输泵,并与国外的同类产品进行了对比分析。实际应用与对比分析的结果表明:(1)所研制的高抗气蚀性能LNG高压外输泵水力模型,通过工厂液氮(LN2)低温试验和LNG接收站LNG实流工业应用的运行验证,设备运行平稳,流量、压力、振动、噪声等各项参数指标均能满足实际项目的要求;(2)所开发的高强度大型铝合金零件锻造及热处理技术,保证了零件在承受泵组自身重量、高压力、大功率运行载荷时泵运行的安全性与可靠性;(3)研发形成了全速全流量深冷低温性能测试技术。结论认为,LNG高压外输泵实现国产化后,设备投资较进口产品可以节省30%以上、供货周期缩短6个月,为我国LNG项目的建设及运营提供了后备力量。     

天然气长输管道阀门电动执行机构国产化研制

目前我国天然气长输管道阀门电动执行机构主要依靠进口,增加了天然气管道建设和运营成本,制约了天然气管道行业的发展。有必要开展天然气长输管道设备的国产化研究,在大口径天然气管道上使用国产电动执行机构替代国外进口产品,提高我国天然气管道设备的保障能力。中国石油西气东输管道公司联合4个厂家开展了天然气管道阀门电动执行机构的研制工作,对标国外先进产品关键指标,制定了电动执行机构研制技术条件,完成了首批国产化电动执行机构的产品设计、样机试制、工厂试验和产品工业性试验。国产化电动执行机构产品的性能达到了研制技术条件要求和国内外相关技术标准要求,具备批量生产条件,电动执行机构国产化定型产品可在天然气长输管道建设中推广应用。