劉元丹 蘇金波 王華

摘 要：隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和工業(yè)化水平的提高，能源的需求量急劇增加，尤其是石化資源。由于陸上石油天然氣資源日漸枯竭，目前石油勘探和開(kāi)發(fā)的中心逐步轉(zhuǎn)移到近海岸，甚至是遠(yuǎn)海深海區(qū)域，邊際小型油氣田也將逐步得到開(kāi)發(fā)。浮式液化天然氣生產(chǎn)儲(chǔ)卸系統(tǒng)（FLNG），作為一種有效的開(kāi)采處理設(shè)備系統(tǒng)將會(huì)得到廣泛的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：FLNG；旁靠系泊；串靠系泊

中圖分類(lèi)號(hào)：TE835 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1 引言

FLNG系統(tǒng)，即LNG-FPSO，與傳統(tǒng)意義上FPSO的區(qū)別在于FLNG系統(tǒng)主要用于海洋天然氣的處理，而FPSO主要處理的物質(zhì)為海洋原油，因此LNG-FPSO又稱(chēng)為浮式液化天然氣生產(chǎn)儲(chǔ)卸系統(tǒng)，圖1所示為FLNG系統(tǒng)概念圖。

FLNG是從深海氣田開(kāi)采天然氣后，通過(guò)預(yù)處理過(guò)程，以液體狀態(tài)儲(chǔ)藏的浮式液化天然氣儲(chǔ)卸船，集天然氣收集、處理、液化和儲(chǔ)存為一體的大型裝備系統(tǒng)。FLNG主要由浮式天然氣生產(chǎn)儲(chǔ)油輪、立管系統(tǒng)、系泊系統(tǒng)和卸載轉(zhuǎn)運(yùn)工具、卸載裝置等組成。浮式天然氣生產(chǎn)儲(chǔ)油輪主要由包括轉(zhuǎn)塔系統(tǒng)、生活區(qū)、天然氣前處理模塊、天然氣液化模塊以及公共服務(wù)模塊等組成。

借助FLNG技術(shù)，從天然氣田提取的天然氣通過(guò)管道輸送到LNG-FPSO上，經(jīng)過(guò)凈化除去雜質(zhì)后，在氮膨

脹和混合制冷劑等液化工藝技術(shù)的支持下，天然氣被冷卻至約-160 ℃，體積縮小到原來(lái)的0.17%，由氣態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)，并且暫時(shí)儲(chǔ)存在貨艙中，達(dá)到一定儲(chǔ)量后，通過(guò)系統(tǒng)自帶的卸載系統(tǒng)轉(zhuǎn)運(yùn)至LNG運(yùn)輸船中，隨后將液化天然氣直接運(yùn)輸?shù)绞澜绺鞯馗劭凇?/p>

在1970年代，Linde公司就對(duì)海上天然氣液化儲(chǔ)存

的可行性進(jìn)行了研究，2002年開(kāi)始對(duì)浮式液化天然氣儲(chǔ)卸系統(tǒng)開(kāi)展全面的概念設(shè)計(jì)研究。2009年Songhurst B F[1]在新加坡召開(kāi)的亞洲FLNG會(huì)議上指出，全球共有15個(gè)在建和處于概念設(shè)計(jì)階段的FLNG項(xiàng)目。殼牌公司于2011年5月決定通過(guò)三星重工船廠建造世界上首個(gè)應(yīng)用于實(shí)際的FLNG系統(tǒng)，該系統(tǒng)建成后將用于位于澳大利亞的序曲（Prelude）油田項(xiàng)目。韓國(guó)大宇造船和挪威H?egh LNG公司也將合作建造用于巴布亞新幾內(nèi)亞開(kāi)發(fā)項(xiàng)目的LNG-FPSO。截止2014年2月，我國(guó)第一個(gè)FLNG項(xiàng)目對(duì)外供氣已突破1億m3。

2 FLNG系統(tǒng)的發(fā)展前景

我國(guó)海洋領(lǐng)土幅員遼闊，領(lǐng)?？偯娣e達(dá)到470萬(wàn)km3。海洋中已探明的天然氣總量為16萬(wàn)億m3，占全國(guó)天然氣資源總量的1/3，海洋天然氣中又有70%蘊(yùn)藏于154萬(wàn)km2的深海區(qū)域內(nèi)。但是，由于基礎(chǔ)工業(yè)薄弱，海上勘探和開(kāi)發(fā)技術(shù)受到限制，使得目前我國(guó)海洋油氣資源開(kāi)發(fā)的水深普遍小于300 m，300 m以上海域內(nèi)的油氣資源開(kāi)發(fā)尚處于起步階段，圖2所示為我國(guó)目前近海油氣田大致分布圖。而對(duì)于一些小型邊際油氣田，由于儲(chǔ)量較小，常規(guī)方案投資大，收益率低，風(fēng)險(xiǎn)高，因此目前大多數(shù)邊際油田開(kāi)發(fā)項(xiàng)目都處于擱置狀態(tài)。

FLNG系統(tǒng)主要應(yīng)用于遠(yuǎn)海天然氣田和邊際小氣田的開(kāi)采和處理項(xiàng)目中。FLNG概念系統(tǒng)的提出和實(shí)施，為解決深海油氣田的開(kāi)發(fā)問(wèn)題提供了可靠的技術(shù)支持，為順利實(shí)施我國(guó)海洋戰(zhàn)略提供保證。一方面，F(xiàn)LNG系統(tǒng)將天然氣加工處理的環(huán)節(jié)直接轉(zhuǎn)移到海洋油氣田附近進(jìn)行，可避免在海底鋪設(shè)長(zhǎng)距離的傳輸管道，不需要對(duì)管道進(jìn)行維護(hù)等一系列工作，極大地降低了遠(yuǎn)海氣田的開(kāi)發(fā)成本；另一方面，LNG-FPSO平臺(tái)可以由現(xiàn)有油輪改造而成，機(jī)動(dòng)性強(qiáng)，可重復(fù)利用。通過(guò)FLNG系統(tǒng)，可以更有效地開(kāi)發(fā)我國(guó)邊際油氣田，這對(duì)于緩解我國(guó)東部沿海城市油氣資源供應(yīng)緊張的局面將會(huì)起到積極作用，同時(shí)也能緩解我國(guó)天然氣依賴(lài)進(jìn)口的狀況。

由于受到經(jīng)濟(jì)危機(jī)的沖擊，目前世界航運(yùn)業(yè)疲軟，傳統(tǒng)船型船舶需求量急劇減弱，造船訂單大幅下降，我國(guó)船舶工業(yè)受到了極大的沖擊。LNG-FPSO新型高附加值船舶的出現(xiàn)，對(duì)于改善我國(guó)船舶行業(yè)的低迷現(xiàn)狀，促進(jìn)我國(guó)船舶工業(yè)技術(shù)水平的提升有很大的益處。

3 FLNG系統(tǒng)轉(zhuǎn)運(yùn)卸載方式

當(dāng)液化天然氣達(dá)到系統(tǒng)設(shè)計(jì)儲(chǔ)量后，就需要通過(guò)LNG運(yùn)輸船進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)卸載。與FPSO的卸載方式類(lèi)似，目前FLNG的轉(zhuǎn)運(yùn)卸載主要有兩種方式：即旁靠卸載和串靠卸載。其基本原理是通過(guò)系泊線將LNG-FPSO和LNG運(yùn)輸船約束在一起，使得兩船體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)維持在一定的范圍內(nèi)，通過(guò)卸貨搖臂上的輸油管將液化天然氣輸送到LNG運(yùn)輸船貨艙中，從而完成卸貨作業(yè)。

在卸載轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中可能會(huì)由于船體間運(yùn)動(dòng)范圍過(guò)大，卸載搖臂管路出現(xiàn)破裂，導(dǎo)致液化天然氣泄漏，引發(fā)火災(zāi)；也可能會(huì)因兩船體系泊線強(qiáng)度不足，系泊線斷裂，使船體發(fā)生碰撞損傷，造成嚴(yán)重的安全事故，危及生命財(cái)產(chǎn)安全。因此，在卸載過(guò)程中需要重點(diǎn)關(guān)注的是要保證兩船的穩(wěn)定性，它將影響到卸載作業(yè)能否順利進(jìn)行，甚至是整個(gè)FLNG系統(tǒng)的安全性問(wèn)題。由于海洋環(huán)境的多變性，兩船體在海風(fēng)、海流和波浪的聯(lián)合載荷作用下，船體會(huì)產(chǎn)生搖蕩運(yùn)動(dòng)。同時(shí)又由于船體間水動(dòng)力相互作用的影響，以及系泊線張力的作用，使得兩船體的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)更加復(fù)雜，因此對(duì)于所設(shè)計(jì)的FLNG必須在系泊系統(tǒng)所能承受的最?lèi)毫雍Ｑ蟓h(huán)境工況以下完成卸載作業(yè)。

3.1 FLNG系統(tǒng)旁靠系泊連接方式

旁靠卸載也稱(chēng)為并聯(lián)卸載，即side-by-side mooring。旁靠卸載是指LNG-FPSO的一舷側(cè)與LNG運(yùn)輸船的另一舷側(cè)靠泊在一起，通過(guò)護(hù)舷和系泊線將兩船體固定在一起。旁靠連接方式適用于船型較為一致、干舷高度差別不大的船體。

旁靠連接方式中兩船體間距較小，轉(zhuǎn)運(yùn)卸載所需管路較短，由于管路不直接與海水接觸，可以有效地降低海水對(duì)管路的腐蝕作用，同時(shí)也不存在海冰對(duì)外輸管路的影響。但是由于船體距離非常近，需要裝備護(hù)舷以防止船體發(fā)生碰撞，而且船體間距較小，導(dǎo)致兩船間的水動(dòng)力相互作用會(huì)對(duì)船體水動(dòng)力性能產(chǎn)生明顯的影響。此外，旁靠系泊方式適宜較平靜海況水域內(nèi)的船體系泊連接。

3.2 FLNG系統(tǒng)串靠系泊連接方式

串靠系泊方式可以承受較為惡劣的海況，而且對(duì)于船型相差較大的船體也可以采用這種轉(zhuǎn)運(yùn)卸載方式。串靠系泊兩船體間距較遠(yuǎn)，而水動(dòng)力相互作用的影響隨船體距離的增加而減弱，因此串靠系泊方式中水動(dòng)力相互作用的影響很小。然而串靠系泊需要長(zhǎng)距離的外輸管路，以及額外的外輸管路操作設(shè)備。對(duì)于在冰區(qū)作業(yè)的FLNG系統(tǒng)還需要考慮到漂浮海冰對(duì)管路系統(tǒng)的損傷情況。另外，采用串靠方式作業(yè)時(shí)，卸載系統(tǒng)需要很大的操作回轉(zhuǎn)半徑，要防止其他船只進(jìn)入作業(yè)區(qū)域內(nèi)。

4 小結(jié)

本文主要介紹了新型FLNG系統(tǒng)的概念和功能，對(duì)FLNG系統(tǒng)的發(fā)展歷程作了簡(jiǎn)要介紹，并結(jié)合目前我國(guó)海洋油氣田勘探開(kāi)發(fā)的現(xiàn)狀和存在的問(wèn)題，列出FLNG系統(tǒng)在開(kāi)發(fā)深海油氣田和小型邊際油田方面所具有的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。針對(duì)FLNG系統(tǒng)轉(zhuǎn)運(yùn)卸載過(guò)程中的兩種主要的系泊方式——旁靠和串靠系泊做了具體的闡述，對(duì)這兩種系泊方式進(jìn)行了對(duì)比分析，指出各自的優(yōu)缺點(diǎn)：（1）旁靠系泊適宜在平靜海域內(nèi)工作，適宜在冰區(qū)作業(yè)，外輸管路較短，作業(yè)回轉(zhuǎn)半徑?。唬?）串靠系泊可以在高海況條件下工作，對(duì)系泊船體干舷高度差要求和船型要求較為寬松，LNG-FPSO轉(zhuǎn)塔受力較小。

參考文獻(xiàn)

[1] Songhurst B F. LNG liquefaction and regasification technologies and processes

–determining your best option. In： Commercializing FLNG Asia 2009.

Singapore： IQPC， 2009.