FSRU 氣化裝置遮閉式布置

朱崇遠(yuǎn)，朱永凱，時(shí)光志

（中海油能源發(fā)展股份有限公司 采油服務(wù)分公司，天津 300452）

0 引言

近年來(lái)，隨著液化天然氣（Liquefied Natural Gas，LNG）產(chǎn)業(yè)的開(kāi)發(fā)和儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)清潔能源的認(rèn)識(shí)不斷提高，世界天然氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛[1]。LNG迅速發(fā)展的關(guān)鍵在于LNG工程技術(shù)的提高。經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，LNG已經(jīng)形成了從液化、儲(chǔ)存、運(yùn)輸、氣化到終端利用一整套完整的工藝技術(shù)和裝備產(chǎn)業(yè)。

浮式液化天然氣再氣化裝置（Floating Storage and Regasification Unit，F(xiàn)SRU）。目前，全球FSRU數(shù)量從13艘增加到21艘[2]。從新船訂單來(lái)看，F(xiàn)SRU的訂單相對(duì)穩(wěn)定，每年都會(huì)有2～4艘新造或改裝訂單。

現(xiàn)有的FSRU都是以開(kāi)架式氣化器（ORV）和浸沒(méi)燃燒式氣化器（SCV）作為主要?dú)饣夹g(shù)，利用閃蒸汽（Boil-Off Gas，BOG）燃燒的熱量或海水將LNG氣化。該氣化技術(shù)的應(yīng)用使得系統(tǒng)低溫冷能浪費(fèi)和海水溫度升高，從而破壞生態(tài)環(huán)境。此外，LNG-FSRU適合近岸設(shè)置，便于實(shí)現(xiàn)冷能產(chǎn)品的船岸共享。

本文以大型FSRU為研究對(duì)象，提出遮閉式布置氣化裝置方案，并對(duì)氣化裝置布置提出優(yōu)化方案，對(duì)比FSRU氣化裝置敞開(kāi)式布置，驗(yàn)證該裝置的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。

1 FSR U 氣化裝置遮閉式布置

在運(yùn)行的大多數(shù)FSRU都配備推進(jìn)系統(tǒng)，兼具LNG運(yùn)輸船的功能，可以在沒(méi)有氣化任務(wù)時(shí)從事LNG運(yùn)輸業(yè)務(wù)。現(xiàn)運(yùn)行的FSRU很多是由LNG運(yùn)輸改造而來(lái)的，為了保證原船的LNG運(yùn)輸倉(cāng)容量，需簡(jiǎn)化改造方案；很多改造思路是將LNG氣化裝置布置在船首，這樣雖然保持了原來(lái)LNG船的艙容，但是也帶來(lái)一系列的問(wèn)題。為了解決上述問(wèn)題，筆者開(kāi)發(fā)了遮閉式氣化裝置布置方案，并申請(qǐng)了《遮閉式浮式氣化設(shè)施船體布置結(jié)構(gòu)》國(guó)家專利，得到了專利保護(hù)。

2 裝置主要特點(diǎn)

目前，全球運(yùn)行的大多數(shù)FSRU的LNG氣化裝置基本上都采用了敞開(kāi)式布置氣化裝置，一般布置在船首或者船舯，其中最大的問(wèn)題是視線問(wèn)題，如圖1所示。LNG氣化裝置布置在船首或船舯是現(xiàn)行的主流布置方案。氣化裝置的高度一般為28 m，無(wú)論布置在船首或船舯，視線都會(huì)受阻，如圖1所示。有1艘147 000 m3的LNG船，加裝LNG氣化裝置后，視線盲區(qū)達(dá)到了500 m以上，超出了IMO的相關(guān)規(guī)定，基本上喪失了航行功能，將嚴(yán)重影響航行安全。如果氣化作業(yè)地點(diǎn)發(fā)生改變，則需要由拖輪拖帶其航行，才能完成轉(zhuǎn)移。

圖1 氣化裝置開(kāi)敞式布置造成的船舶視線盲區(qū)

由于前甲板加裝了開(kāi)敞式氣化裝置，當(dāng)FSRU航行時(shí)，超過(guò)國(guó)際海事組織有關(guān)航行視線的相關(guān)規(guī)定，存在著風(fēng)險(xiǎn)隱患。部分LNG運(yùn)輸船改造成氣化裝置開(kāi)敞式布置FSRU后，由于航行視線受阻，不得不租用大動(dòng)力拖輪拖帶，才能為了保證航行安全，筆者開(kāi)發(fā)了氣化裝置遮閉式布置方案，并申請(qǐng)授權(quán)了《遮閉式浮式氣化設(shè)施船體布置結(jié)構(gòu)》國(guó)家專利，專利號(hào)為：ZL 202021537636.7。申請(qǐng)保護(hù)的幾種典型的布置方案如圖2和圖3所示。

圖2 遮閉式浮式氣化設(shè)施船體布置結(jié)構(gòu)

圖3 FSRU 氣化裝置布置方案3氣化裝置布置于船尾

圖2(a)將LNG氣化布置在LNG艙前部，圖2(b)則將其布置在LNG艙后方；圖3為L(zhǎng)NG運(yùn)輸船優(yōu)化造型，氣化裝置安裝在船尾的絞纜機(jī)上方。

3 2 種布置的對(duì)比分析

采用遮閉型和敞開(kāi)型氣化裝置布置方案，很多優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)是相對(duì)的，相關(guān)學(xué)者可根據(jù)自身研發(fā)需求進(jìn)行選擇。

3.1 安全性

從航行安全、人身安全和設(shè)備運(yùn)行安全3個(gè)方面進(jìn)行分析。

1）航行安全。由于開(kāi)敞氣化裝置大多布置在船首，使得部分改造型FSRU視線受阻，如圖4所示。氣化裝置明顯遮擋駕駛臺(tái)的航行視線，對(duì)航行安全帶來(lái)極大的隱患。現(xiàn)狀下，即使有輔助安全設(shè)施，還是不能代替人工，因此很多承接改造項(xiàng)目的船廠，建議不使用自航。由此，F(xiàn)SRU在合同開(kāi)始或結(jié)束時(shí)，必須使用大馬力拖輪拖帶航行。從近幾年的數(shù)據(jù)來(lái)看，由于瞭望引起的碰撞事故占碰撞事故的33%；一旦船舶碰撞發(fā)生，尤其是載有LNG貨物時(shí)發(fā)生碰撞事故，所造成損壞后果巨大，并無(wú)法估量損失。

圖4 LNG 運(yùn)輸船改造FSRU 后，航行視線受阻

2）工作人員安全。在封閉的環(huán)境中，利用LNG氣化的冷源，可以較方便地將封閉艙室內(nèi)的溫度降到舒適溫度范圍內(nèi)。外界經(jīng)歷雨、雪、風(fēng)和雹等自然天氣時(shí)，工作人員可以按照預(yù)定的路線進(jìn)行檢修。

3）氣化設(shè)備位于甲板以上。以17 400 m3的FSRU為例，LNG輸船或FSRU重達(dá)1 600 t，尤其是當(dāng)船處于空載狀態(tài)且在臺(tái)風(fēng)期間航行或避臺(tái)狀態(tài)時(shí)。敞開(kāi)式的氣化裝置暴露在潮濕的海洋環(huán)境中，空氣的鹽度加劇對(duì)設(shè)備的腐蝕；生產(chǎn)過(guò)程中，設(shè)備因被腐蝕而發(fā)生泄漏，對(duì)LNG氣化生產(chǎn)帶來(lái)較大的威脅。而遮閉式安全性能得到最大的提升。氣化裝置安裝在艙內(nèi)，一旦發(fā)生火災(zāi)事故，便可停止氣化裝置艙LNG、電力和通風(fēng)設(shè)備的運(yùn)行，在人員安全撤離后，關(guān)閉氣化裝置艙所有進(jìn)出口和通風(fēng)口，并噴入七氟丙烷等類似滅火劑對(duì)火焰進(jìn)行窒息，達(dá)到迅速滅火的目的；如果采用敞開(kāi)式布置，一旦因不可避免的原因而發(fā)生火災(zāi)事故，火勢(shì)則會(huì)因無(wú)法與空氣隔絕而難以控制，對(duì)FSRU本身及周圍設(shè)施帶來(lái)嚴(yán)重威脅。

3.2 經(jīng)濟(jì)性

1）由于開(kāi)敞式布置氣化裝置的FSRU動(dòng)員或復(fù)員需要拖輪拖帶，每天10 000 hp（1 hp=0.735 kW）拖輪的租金（含油水及動(dòng)復(fù)員準(zhǔn)備）為30萬(wàn)/天。假設(shè)從天津拖帶到東南亞，拖帶速度5 n mile/h，平均按3 000 n mile計(jì)算，需要航行1 000 h，合計(jì)約為42 d，約1 300萬(wàn)元人民幣，這是一批不菲的支出。而LNG氣化裝置布置在艙內(nèi)對(duì)駕駛臺(tái)視線無(wú)遮擋，可以像正常船舶一樣，安全自航。

2）布置在室外的電氣設(shè)備（比如氣化裝置重要的印刷板式換熱器）在室內(nèi)時(shí)可以采用IP23級(jí)防護(hù)；敞開(kāi)式布置時(shí)，則需要IP68級(jí)防護(hù)，兩者造價(jià)相差約為40%，1套3×250 mmsfcd室外費(fèi)用約為5 000萬(wàn)美元；如果將設(shè)備安裝在室內(nèi)，可以減少近2 000萬(wàn)美元投資，是一筆可觀的費(fèi)用。

3）布置在船底艙內(nèi)的氣化裝置海水泵，工作壓力采用1 kg/cm2即可達(dá)到工作要求。如果布置在型深26.5 m、吃水11.5 m的主甲板以上，海水泵的工作壓力至少需要2.5 kg/cm2才能達(dá)到工作要求；經(jīng)咨詢海水泵的供應(yīng)商，1 kg/cm2海水泵的壓頭約為2.5 kg/cm2海水泵的1/3，且運(yùn)行功率壓頭1 kg/cm2的海水泵約為2.5 kg/cm2海水泵的40%。這樣從發(fā)電機(jī)配置上減小功率，省1 000 kW的總功率配置，且1 000 kW的電功率1年可節(jié)約2 000 t LNG，約600萬(wàn)元人民幣，是一筆比較可觀的費(fèi)用；但如果改造型FSRU因難以把氣化裝置安裝在艙內(nèi)，并將LNG氣化裝置安裝在船尾絞纜機(jī)上方，壓頭仍需采用2.5 kg/cm2以上的海水泵，不能降低海水泵泵壓頭，則沒(méi)有該優(yōu)勢(shì)。

4 結(jié)論

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級(jí)以及對(duì)清潔能源需求的不斷增長(zhǎng)，F(xiàn)SRU裝置憑借其自身優(yōu)勢(shì)，必將在國(guó)內(nèi)受到越來(lái)越多用戶的關(guān)注。FSRU氣化裝置遮閉式布置的研究與優(yōu)化，為FSRU的設(shè)計(jì)和建造提供了更多的選擇。