王俊美 張道光 卜曉玲 金海剛

海工英派爾工程有限公司，山東 青島 266061

0 前言

浮式液化天然氣（FLNG）技術(shù)［1-3］是一種集天然氣凈化、液化、儲存、卸貨于一體的新型海上裝置，在深海氣田、邊際氣田的天然氣開采方面優(yōu)勢顯著，并因投資較低、建造周期短、便于遷移、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)備受各國青睞。 目前各國對FLNG 技術(shù)的研究仍處于設(shè)計(jì)開發(fā)階段，世界第一艘FLNG 船有望在未來幾年建成投產(chǎn)；我國已著手FLNG 的概念設(shè)計(jì)研究，屬國家“十一五”和“十二五”重大科技專項(xiàng)課題之一。 FLNG上部模塊布置見圖1。

圖1 FLNG 上部模塊布置

加熱系統(tǒng)是FLNG 裝置的重要組成部分，主要用于裝置中工藝系統(tǒng)和公用系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備的加熱和保溫，特別用于天然氣預(yù)處理單元醇胺法脫酸時(shí)富液的加熱再生和天然氣液化分餾單元各重沸器的加熱，還應(yīng)用于工藝管道和設(shè)備的吹掃，艙室空調(diào)和房間采暖的加熱保溫以及裝置洗、掃艙的加熱等。 加熱系統(tǒng)的選擇關(guān)系到整個(gè)裝置系統(tǒng)的用能分析、平面布置、安全性和復(fù)雜性，研究加熱系統(tǒng)的選擇對于FLNG 裝置的研究設(shè)計(jì)而言，意義重大。

1 加熱系統(tǒng)的選擇

加熱系統(tǒng)［4-6］按熱源工質(zhì)主要有蒸汽、熱媒油、熱水三種。 蒸汽系統(tǒng)陸上應(yīng)用較廣泛，海上主要用于以蒸汽為動力的油輪上，兼作蒸汽加熱用。 熱水系統(tǒng)在海上油（氣）田工程中應(yīng)用極少，只用于某些液態(tài)物品（化學(xué)品）對加熱有限制溫度要求的船上，在此不作考慮。 熱媒油系統(tǒng)因熱效率高、升溫快、投資低、系統(tǒng)簡單、設(shè)備腐蝕性低、安全節(jié)能、節(jié)省空間等優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用于船舶加熱系統(tǒng)中。 目前，浮式生產(chǎn)儲油裝置（FPSO）上的主要供熱系統(tǒng)為熱媒油加熱系統(tǒng)， 而FLNG與FPSO 相比裝置更復(fù)雜，系統(tǒng)熱負(fù)荷更大，其加熱系統(tǒng)在熱負(fù)荷、溫位等方面都有較大區(qū)別。 因此，對于FLNG 的設(shè)計(jì)，需在滿足其工藝要求的條件下，綜合考慮技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、安全等眾多因素來選擇最合適的加熱系統(tǒng)。

1.1 熱媒油系統(tǒng)與蒸汽系統(tǒng)的比較

熱媒油系統(tǒng)和蒸汽系統(tǒng)是兩種重要的工業(yè)用加熱裝置，兩者相比各有特點(diǎn)。 蒸汽系統(tǒng)操作簡單，但系統(tǒng)復(fù)雜，占地面積大。 熱媒油系統(tǒng)與蒸汽系統(tǒng)相比具有供熱系統(tǒng)壓力低、燃料耗量低、裝置成本低、裝置布置緊湊、防凍、防腐性能好等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是介質(zhì)成本高、初期投資費(fèi)用較大。 熱媒油系統(tǒng)以低壓供熱取代高壓供熱，降低設(shè)備投資的同時(shí)，對系統(tǒng)的安全性提出了更高的要求。 因此系統(tǒng)需采用惰氣覆蓋的密閉系統(tǒng)，此外在事故原因引起系統(tǒng)泄漏的情況下，熱媒油與明火相遇時(shí)有可能發(fā)生燃燒，故加熱系統(tǒng)工作時(shí)要嚴(yán)防泄露，對管路閥門系統(tǒng)密閉性要求較高。 蒸汽系統(tǒng)工作流程見圖2，熱媒油加熱系統(tǒng)工作流程見圖3。

通過流程簡圖比較兩種系統(tǒng)所用設(shè)備，見表1。

圖2 蒸汽系統(tǒng)流程簡圖

圖3 熱媒油加熱系統(tǒng)流程簡圖

表1 熱媒油系統(tǒng)與蒸汽系統(tǒng)設(shè)備對比

1.2 熱媒油系統(tǒng)適用性分析

對于FLNG 裝置而言，淡水資源缺乏，船體空間有限。 若使用蒸汽加熱系統(tǒng)，需增加水處理裝置、蒸汽放空系統(tǒng)、壓力控制系統(tǒng)，系統(tǒng)投資和操作復(fù)雜性提高的同時(shí)，船體上部模塊的空間也變小。 使用蒸汽加熱系統(tǒng)，會產(chǎn)生大量的凝結(jié)水和鍋爐排污水，與熱媒油加熱系統(tǒng)相比需增加凝結(jié)水和排污水回收裝置。 熱媒油作為沒有相變的熱介質(zhì)比加熱過程中有相變的蒸汽易于進(jìn)行分配、調(diào)溫、控制，并能很容易地構(gòu)成高效率的封閉循環(huán)系統(tǒng)，與蒸汽加熱系統(tǒng)相比，能節(jié)省燃料達(dá)10%～30%；熱媒油爐（熱媒油換熱器）的設(shè)計(jì)原理和結(jié)構(gòu)更趨于簡單化，其體積可小于一般船用蒸汽鍋爐的一半。 可見，熱媒油加熱系統(tǒng)熱效率高、系統(tǒng)簡單、投資低、安全節(jié)能、空間占用率低，更適宜作為FLNG 的加熱系統(tǒng)。

2 FLNG 裝置熱媒油廢熱利用系統(tǒng)

以某海灣氣田的FLNG 裝置設(shè)計(jì)為例，該裝置的天然氣預(yù)處理量為3.6×109m3/a，LNG 產(chǎn)量為240×104t/a。

2.1 熱媒油系統(tǒng)設(shè)計(jì)

FLNG 裝置熱媒油加熱系統(tǒng)的工藝流程見圖3。加熱系統(tǒng)的熱源為燃?xì)馔钙疆a(chǎn)生的高溫?zé)煔?，整套系統(tǒng)密閉循環(huán)使用，低溫?zé)崦接徒?jīng)熱媒油循環(huán)泵輸送至熱媒油加熱爐。 熱媒油在熱媒油加熱爐（換熱器）中經(jīng)煙氣加熱后作為熱媒介質(zhì)用于需加熱的再沸器。 熱媒油循環(huán)泵的旁路設(shè)置熱媒油過濾器，以對老化、結(jié)焦的熱媒油進(jìn)行凈化處理。 補(bǔ)充的熱媒油由注入接口直接進(jìn)入熱媒油儲罐，也可通過熱媒油注入泵增壓后進(jìn)入熱媒油膨脹罐。 設(shè)置熱媒油膨脹罐的作用是穩(wěn)定系統(tǒng)循環(huán)、吸收熱媒升溫所帶來的體積膨脹、升溫過程中系統(tǒng)排氣、防止循環(huán)泵氣蝕，同時(shí)設(shè)置氮封，保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。 熱媒油儲罐與膨脹罐之間有管線連接，平衡兩者壓力。 熱媒油換熱器除采用獨(dú)立煙囪外，另設(shè)有緊急排放煙囪，正常工作情況下，換熱所需煙氣經(jīng)過換熱器進(jìn)入相應(yīng)煙囪進(jìn)行排放，剩余煙氣通過緊急排放煙囪進(jìn)行釋放；緊急情況下，全部煙氣直接通過緊急排放煙囪進(jìn)行排放。

2.2 熱媒油廢熱利用和設(shè)備選型

浮式液化天然氣裝置熱媒油廢熱利用系統(tǒng)主要為天然氣預(yù)處理單元胺液再生塔底重沸器和天然氣液化分餾單元各再沸器加熱的熱源［7］。 預(yù)處理和液化各單元具體操作參數(shù)見表2。

表2 預(yù)處理和液化單元操作參數(shù)

表3 熱媒油式廢熱系統(tǒng)設(shè)備

2.3 熱媒油的選用

熱媒油［8-10］加熱為強(qiáng)制循環(huán)系統(tǒng)，熱媒油在爐內(nèi)連續(xù)循環(huán)加熱后，可能聚合、結(jié)焦和變質(zhì)，故選擇熱媒油應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：良好的傳熱性能；良好的穩(wěn)定性和抗氧化安定性，較長的使用壽命；低黏度和低凝固點(diǎn)；低毒性和低腐蝕性，高安全性；高的初餾點(diǎn)和閃點(diǎn)；適宜的價(jià)格和可靠的貨源。

熱媒油可分為礦物油與合成油兩大類。 礦物油多為重石油餾分，其特點(diǎn)是原料廣、成本低、安全性高、毒性小等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是使用溫度相對較低（一般不超過310 ℃）、高溫?zé)岱€(wěn)定性差。 國內(nèi)生產(chǎn)該類熱媒油的廠家較多，生產(chǎn)水平與國外接近。 合成油是以化工或石油化工產(chǎn)品為原料合成所得， 其優(yōu)點(diǎn)是熱穩(wěn)定性好，使用溫度范圍寬（上限可達(dá)400 ℃），使用壽命長，可再生，缺點(diǎn)是價(jià)格昂貴。 國內(nèi)生產(chǎn)合成油的技術(shù)水平與國外有一定差距，目前主要依賴進(jìn)口。 國外合成熱媒油的主要產(chǎn)品見表4。

表4 國外合成熱媒油產(chǎn)品

熱媒油的選用應(yīng)根據(jù)工藝流程中被加熱介質(zhì)的溫位而定，一般，熱媒油的最高使用溫度應(yīng)高出被加熱介質(zhì)實(shí)際使用溫度50 ℃～60 ℃為宜。 考慮到被加熱介質(zhì)的溫差和熱媒油的使用安全系數(shù)，冷熱熱媒油的進(jìn)出溫度分別為160 ℃和220 ℃。 鑒于加熱油較寬的溫度使用范圍和良好的性能，選用合成熱媒油。 合成熱媒油的具體型號的選擇可進(jìn)行經(jīng)濟(jì)評價(jià)后再行確定。

2.4 熱媒油加熱系統(tǒng)使用注意事項(xiàng)

熱媒油屬于危險(xiǎn)化學(xué)品，使用時(shí)應(yīng)確保熱媒油中不能含水、升溫要緩慢，禁止超高溫使用［11-12］；另外，熱媒油要定期監(jiān)測化驗(yàn)，熱媒油系統(tǒng)停止運(yùn)行后，應(yīng)在熱媒油低溫時(shí)排入貯油罐。

3 結(jié)論

熱媒油加熱系統(tǒng)較蒸汽加熱系統(tǒng)具有投資低、系統(tǒng)簡單、熱效率高、設(shè)備腐蝕性低、安全節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，鑒于FLNG 裝置的上部模塊空間小、淡水缺乏、加熱負(fù)荷大等特點(diǎn)，推薦加熱系統(tǒng)選用熱媒油加熱系統(tǒng)。

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