浮式液化天然气船FLNG工艺系统关键设备海上适应性分析

57卷增刊1 2016年11月

中国造船

SHIPBUILDING OF CHINA

Vol.57 Special 1

N ov. 2016

文章编号：1000-4882 (2016) S1-0154-08

浮式液化天然气船FLNG工艺系统

关键设备海上适应性分析

李焱1,2,喻西崇、王春升、王清1

(1.中海油研究总院技术研发中心，北京100028;

2.中国石油大学（北京）机械与储运工程学院，北京102249)

摘 要

浮式液化天然气生产储卸装置（F L N G)直接与深海气田连接，打破了长距离管线与陆上庞大的生产系 统的局限，是开发离岸较远的中小型边际气田的首选装备。液化天然气浮式生产储油系统中所有的工艺和 设备原则上必须具备陆上的基本特征。其中，预处理单元和液化工艺单元的布置是其设备数量和空间要求 最集中的体现。在海上晃动环境下关键设备的运行和性能会受到不同程度的影响，甚至会造成停产等事故工 况，引发安全问题。这些设备能否正常、高效地运行，是决定FLNG船能否在深海环境正常投产运行的关键 因素。

关键词：F L N G;液化工艺；换热器；海上晃动

中图分类号：TE646 文献标识码：A

0引言

作为初级能源的天然气，其消耗量以每年1.5%的速度在増加。LNG在全球能源领域扮演着越来越 重要的角色。对天然气进行液化处理的历史可以追溯到1914年的专利Gosfrey Cabot,这也是迄今为止 世界上第一个关于LNG处理工艺的专利。从此LNG工厂在世界上逐步建立起来。我国南海拥有丰富 的天然气资源。据统计我国南海可采石油资源为13.7亿t，可采天然气资源66.2千亿m3,天然气资源 占整个南海油气资源的83%，其中70%的天然气资源来自深水。随着荔湾3-1深水气田的成功投产以 及陵水17-2区域1000亿m3储量深水气田的重大发现，拉开了我国深水油气田开发的序幕[1-4]。如何经 济和有效地开发南海天然气资源己逐渐成为中国海油的主要议题。按传统模式，海上气田主要是通过 海底管道将天然气输送上岸，但对于深远海，特别是中国南海，由于离岸距离远、周边无依托设施，如果采用管线输送的常规模式，势必会造成管线投资和安装费用大，同时还存在流动安全、下游对天 然气的需求等技术和经济的制约和限制。这就使得常规管道输送天然气的方式不可行。不仅传统开发 模式存在难以解决的技术难题，而且经济上也不具有可行性。因此中国南海深水气田开发迫切需要应 用FLNG开发模式[5~7]。

然而海上作业中台风、波浪、空间等诸多因素形成的特殊环境对深海气田的L N G生产存在着基金项目：国家重大专项项目“大型FLNG/FLPG、FDPSO关键技术”（2011ZX05026-006);深水油气田开发工程技术协同创新

57卷增刊1李焱，等：浮式液化天然气船FLNG工艺系统关键设备海上适应性分析155

严峻的挑战。FLN G作为独立的液化天然气浮式生产储油系统，其海上液化工艺的设计标准不同于陆 上[8~12]，主要区别详见列于表1。从表1可以看出，在保证安全的前提下，海上液化工艺系统的简洁 性、紧凑性、占地面积、模块化设计、对不同气田的适应性和对海上环境的适应性等显得尤为重要。

F L N G中所有的工艺和设备原则上必须具备陆上的基本特征，而且FLN G关键设备工作性能受海 上环境影响的程度是不同的，预处理单元和液化工艺单元的布置是其设备数量和空间要求最集中的体 现。在海上晃荡环境下关键设备的运行和性能会受到不同程度的影响，甚至会造成停产等事故工况，引发安全问题。目前，有关FLN G关键设备受海上晃荡环境影响的深层次研宄极为匮乏，而这些设备 能否正常、高效地运行，是决定FLN G装置能否在深海环境正常投产运行的关键因素。

表1液化工艺在海陆环境的设计标准

海上标准陆上标准

占地空间（要求设备紧凑性）工艺流程效率要求

晃动的敏感程度（设备海上适应性）成熟的技术及设备

对原料气变化适应性强（动态优化）可靠性，可用性

易于启动和关停（动态优化）对原料气变化适应性强

可靠性，可用性安全

能量效率（能量优化）易于施工和模块化

安全环境限制

需要考虑液化工艺和设备实施的可行性---

本文就浮式液化工艺中换热、分离、动力等关键设备，从设备的抗晃动、海况适应性等方面进行 分析，并提出合理的设备选型建议，为浮式液化工艺在FLNG海上运行的顺利实施提供技术支持和设 计建议。

1换热器的海上适应性

在浮式液化工艺中，天然气从常温冷却到液化温度，需要经过多次热交换，才能逐级冷却到天然 气的液化温度。换热设备的效率高低直接影响到整个液化工艺能否正常工作。换热器是天然气液化流 程中一个非常关键的设备[13]。在天然气液化装置中，无论是液化工艺过程或是液-气转换过程，都要使 用各种不同的换热器。用于浮式天然气液化工艺中的换热器器通常选择抗晃动能力较强，换热效率高，占地面积较小的类型，如板翅式换热器和绕管式换热器[14-16]。

1.1绕管式换热器

绕管式或螺旋管式换热器如图1所示，在空分设备中有着广泛的应用，在LNG工业发展的初期就 己经广泛使用了这种换热器。大多数的LNG液化装置，是在空气产品公司的混合制冷剂循环的基础上 发展起来的。混合制冷剂循环液化流程就是采用绕管式换热器。绕管式换热器是天然气液化流程中应 用很广的一种换热器。它的优点是，承压性好、温降大、传热温差小、传热面积大、回流流速高、气 液分配均匀、牢固结实、可靠性高、无接卸损坏和管路泄露。但这种换热器的加工技术要求高，不易 国产化，在生产过程中因出口喷嘴气体速度过快或者注入流冲击能量过大而造成导管受损。对于绕管 式换热器，采用长而细的管路有利于减少纵向热传导。

对于应用FLNG和具有超过1百万吨液化天然气能力的Linde工程（如图2所示)，建议采用绕管 式换热器。原因如下：（1)为了使液化天然气厂的处理量达到1百万吨，需要安装8~10个并行的PFHE 或者同一系列的两个CWHE。由于晃动的存在，运用CWHE可以更好地避免LN G的分布不均。（2)