韋曉強(qiáng)

(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

國(guó)際海事組織(IMO)0.5%全球限硫令已在2020年1月 1日生效。為應(yīng)對(duì)日趨嚴(yán)格的船舶排放控制要求，LNG燃料的推廣和應(yīng)用使船舶的運(yùn)營(yíng)更加經(jīng)濟(jì)、環(huán)保，日益得到船東的青睞。伴生氣隨原油共生，屬于天然氣的一種，通常為富含甲烷等低分子烷烴的混合氣體[1]。將海上油田生產(chǎn)平臺(tái)生產(chǎn)期間的富余伴生氣進(jìn)行回收處理，液化成合格的LNG(liquefied Natural gas)產(chǎn)品，直接在海上向LNG燃料動(dòng)力海洋石油支持船(三用工作船、操錨船、守護(hù)船等)提供 LNG燃料加注服務(wù)，建立海上小型液化天然氣加注站，不僅可實(shí)現(xiàn)放空伴生氣價(jià)值轉(zhuǎn)化，保障船舶 LNG燃料供應(yīng)，還可解決海上油氣生產(chǎn)平臺(tái)放空伴生氣燃燒排放帶來(lái)的污染和能源浪費(fèi)問(wèn)題。

由于現(xiàn)役海上油氣處理固定平臺(tái)甲板上設(shè)備布置緊湊，可利用的空間非常有限，能滿足安裝液化、加注設(shè)備需求空間的平臺(tái)非常有限，使油田伴生氣就地液化處理受到依托的固定平臺(tái)空間限制，并且需要根據(jù)固定平臺(tái)的實(shí)際情況對(duì)平臺(tái)進(jìn)行技術(shù)改造，不能在油田的不同區(qū)域重復(fù)利用，項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性不是很好。

本文借鑒“蜜蜂式”[2]開(kāi)發(fā)邊際油氣田的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，提出了一種制造成本低廉，并能重復(fù)使用，可適宜在同一海域不同油田區(qū)塊間調(diào)遣和生產(chǎn)作業(yè)的海上油田伴生氣液化加注平臺(tái)技術(shù)方案，旨在實(shí)現(xiàn)海上油氣生產(chǎn)平臺(tái)放空伴生氣的回收和利用。下文將以滿足日回收、處理伴生氣能力 2萬(wàn) m3/d的平臺(tái)方案為例予以論述。

1 工程方案

根據(jù)渤海某油田現(xiàn)役生產(chǎn)平臺(tái)對(duì)伴生氣回收的實(shí)際需求，和 LNG燃料動(dòng)力守護(hù)供應(yīng)船對(duì) LNG燃料補(bǔ)給需求量，借助海上油田伴生氣液化、加注平臺(tái)，采用“現(xiàn)役生產(chǎn)平臺(tái)＋自升式伴生氣液化、加注平臺(tái)＋LNG燃料動(dòng)力守護(hù)供應(yīng)船”的工程模式，工程開(kāi)發(fā)示意圖見(jiàn)圖1。

圖1 開(kāi)發(fā)示意圖Fig.1 Schematic diagram of development

2 平臺(tái)技術(shù)方案

2.1 平臺(tái)型式

自升式海上油田伴生氣液化、加注平臺(tái)是一座可移動(dòng)、自升式的LNG生產(chǎn)、加注平臺(tái)，可將海上油氣生產(chǎn)平臺(tái)生產(chǎn)期間輸送來(lái)的伴生氣液化成合格的LNG，可定期向船舶加注 LNG燃料。平臺(tái)不設(shè)置居住艙室，不設(shè)置主發(fā)電設(shè)備，平臺(tái)就位時(shí)靠臨時(shí)發(fā)電機(jī)撬供電，平臺(tái)完成就位后臨時(shí)發(fā)電機(jī)可吊離平臺(tái)，不單獨(dú)占用發(fā)電設(shè)備，液化工藝處理系統(tǒng)模塊化布置，人員居住和電、工業(yè)空氣等公用系統(tǒng)消耗由現(xiàn)役油氣生產(chǎn)平臺(tái)提供。平臺(tái)兼具有LNG生產(chǎn)、儲(chǔ)存、加注功能。平臺(tái)總體結(jié)構(gòu)和海工設(shè)備滿足現(xiàn)行法規(guī)、規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)要求，處理伴生氣能力2萬(wàn)m3/d，設(shè)計(jì)使用年限 25a，作業(yè)水深 40m，具有在作業(yè)海域五十年一遇環(huán)境條件下的自存能力。

平臺(tái)主要包括主體、樁腿、樁靴、升降系統(tǒng)等。平臺(tái)主體為單底、單甲板的鋼質(zhì)四邊形箱體結(jié)構(gòu)。樁腿采用圓柱鋼質(zhì)結(jié)構(gòu)，分布在主體四角，樁腿下端設(shè)有樁靴。樁腿均設(shè)有液壓插銷(xiāo)式升降系統(tǒng)和插銷(xiāo)鎖緊裝置，通過(guò)中控室控制升降系統(tǒng)平臺(tái)主體可沿樁腿上升或下降，并支撐于一定高度，在拖航和站立狀態(tài)平臺(tái)通過(guò)鎖緊裝置將主體與樁腿進(jìn)行連接固定。平臺(tái)的主甲板為設(shè)備布置區(qū)。平臺(tái)的主體尺度以及樁腿的型式、數(shù)量等主要量度見(jiàn)表1。

表1 主要尺度Tab.1 Principal particulars

2.2 平臺(tái)總布置

平臺(tái)主體的內(nèi)部設(shè)有縱艙壁和橫艙壁，除艏部圍阱結(jié)構(gòu)之間設(shè)置泵艙和液壓站艙外，其余均為壓載水艙。在平臺(tái)主甲板上由艉至艏分別布置有輔助定位錨泊設(shè)備、制氮撬、LNG儲(chǔ)罐、LNG 生產(chǎn)工藝模塊、加注裝置、臨時(shí)發(fā)電機(jī)撬、海水提升裝置、棧橋和起重機(jī)等裝置和設(shè)備?？紤]安全區(qū)域劃分要求，制氮撬、中控室、配電間及應(yīng)急發(fā)電機(jī)室均布置在遠(yuǎn)離周?chē)夯O(shè)備3m以外的區(qū)域。

平臺(tái)生產(chǎn)作業(yè)所需海水由海水提升裝置提供，該裝置由海水提升架、海水提升絞車(chē)、海水提升泵和海水提升軟管等組成。平臺(tái)在插樁和生產(chǎn)期間海水提升泵通過(guò)海水提升絞車(chē)下潛至海面以下，為平臺(tái)提供足夠量的海水；平臺(tái)調(diào)遣時(shí)海水提升泵通過(guò)海水提升絞車(chē)收至海水提升架內(nèi)使之穩(wěn)固。

旋轉(zhuǎn)棧橋主要用于生產(chǎn)管線的連接和操作人員在平臺(tái)與固定平臺(tái)間的安全往返，由旋轉(zhuǎn)基座、扶梯平臺(tái)等組成，通過(guò)旋轉(zhuǎn)基座固定在平臺(tái)甲板上，由起重機(jī)輔助完成棧橋與固定平臺(tái)間的搭接。

平臺(tái)配置一臺(tái)繞樁起重機(jī)，設(shè)置在艏部左舷固樁室上，起重機(jī)吊臂擱置架設(shè)置在尾部左舷固樁室上，用于輔助 LNG加注作業(yè)及設(shè)備維修、物品吊裝，起重機(jī)采用液壓驅(qū)動(dòng)。

平臺(tái)其他系統(tǒng)及設(shè)備如救生、消防、安全監(jiān)測(cè)等按照規(guī)范要求配置。平臺(tái)總布置如圖2所示。

2.3 液化、加注方案

2.3.1 液化方案

將小型橇裝天然氣液化裝置用于海上零散天然氣資源回收是近年來(lái)國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)[3]。該平臺(tái)的LNG生產(chǎn)工藝模塊共 4個(gè)天然氣處理撬塊，包括原料氣分離調(diào)壓撬、原料氣凈化撬、深冷液化撬和冷劑壓縮撬。

圖2 總布置圖Fig.2 General arrangement plan

油田伴生氣屬于濕氣，C3+烴類含量較高，參考陸地項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，LNG生產(chǎn)工藝方案的設(shè)計(jì)建議選擇MDEA吸收法脫除酸性氣體、分子篩脫水、浸硫活性炭脫汞及洗滌法脫重?zé)N，選用比較節(jié)能的單混合冷劑液化流程。當(dāng)伴生氣組分在 CH4含量不低于80mol.%，CO2含量不高于 3mol.%，H2S含量不高于 200/106范圍波動(dòng)情況下，能將固定平臺(tái)輸送來(lái)的伴生氣經(jīng)過(guò)增壓、凈化處理，液化成合格的 LNG生產(chǎn)，并可保持連續(xù)生產(chǎn)。平臺(tái)生產(chǎn)的 LNG產(chǎn)品儲(chǔ)存于 LNG儲(chǔ)罐內(nèi)，生產(chǎn)、加注過(guò)程中產(chǎn)生的低溫蒸發(fā)氣 BOG經(jīng)回收單元(空氣加熱器加熱)處理后，返回工藝系統(tǒng)的原料氣增壓入口進(jìn)行回收。伴生氣液化過(guò)程中產(chǎn)出的副產(chǎn)品NGL及廢氣通過(guò)管線返輸至固定生產(chǎn)平臺(tái)進(jìn)行處理?？偣に嚵鞒倘鐖D3所示。

圖3 總工藝流程圖Fig.3 General process flow chart

為了確保裝置的安全穩(wěn)定運(yùn)行，LNG生產(chǎn)裝置采用冗余 PLC(控制系統(tǒng))、ESD(緊急停車(chē)系統(tǒng))系統(tǒng)，集中設(shè)置在中控室，實(shí)時(shí)監(jiān)控生產(chǎn)過(guò)程，也能通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸在固定平臺(tái)中控室進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)高度自動(dòng)化控制管理。

2.3.2 加注方案

平臺(tái)配置的加注裝置由 LNG計(jì)量加注撬、控制系統(tǒng)、吹掃系統(tǒng)、緊急脫離裝置、干式快速接頭、軟管絞車(chē)、液項(xiàng)低溫軟管、氣項(xiàng)軟管等組成，通過(guò)軟管絞車(chē)旁的控制臺(tái)控制纏繞在絞車(chē)上的液相低溫軟管和氣相軟管完成與受注船的管線連接和解脫，實(shí)現(xiàn)LNG的輸送和BOG的回收。在加注作業(yè)區(qū)設(shè)置集液盤(pán)、水幕保護(hù)等設(shè)施防止 LNG泄漏造成低溫?fù)p傷和火災(zāi)損傷。加注操作所需氮?dú)庥芍频颂峁?/p>

受注船以兩點(diǎn)系泊方式停泊在平臺(tái)舷側(cè)，如圖 4所示。LNG加注操作分為準(zhǔn)備階段、加注階段和完成階段[4]，整個(gè)操作過(guò)程應(yīng)嚴(yán)格遵循國(guó)家相關(guān)法律法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求。

圖4 受注船系泊示意圖Fig.4 Schematic diagram of fueled ship mooring

3 平臺(tái)經(jīng)濟(jì)方案

自升式海上油田伴生氣液化、加注平臺(tái)作為回收海上油田伴生氣和為 LNG燃料動(dòng)力船舶提供 LNG加注服務(wù)的一體化裝置，其結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)單、功能性強(qiáng)，可有效節(jié)省建造工期和建造成本，減少項(xiàng)目總投資；工藝系統(tǒng)智能化控制，操作人員少，設(shè)備操作維護(hù)成本低。平臺(tái)回收、處理的油田放空伴生氣成本為零，液化后作為L(zhǎng)NG動(dòng)力PSV燃料可直接在海上加注，降低了 LNG 生產(chǎn)、加注成本。以日回收、處理伴生氣能力2萬(wàn)m3/d的平臺(tái)方案為例，經(jīng)測(cè)算其LNG加注成本明顯低于目前加注船加注、岸基加注等模式的船舶加注 LNG燃料成本，且具有節(jié)能減排作用，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)，平臺(tái)依托現(xiàn)役油氣生產(chǎn)平臺(tái)建立海上加注站，遠(yuǎn)離陸地人口密集區(qū)和沿海工業(yè)區(qū)，不占用陸地資源，不會(huì)增加陸地環(huán)境和安全影響，具有較好的社會(huì)效益。

4 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)對(duì)上述方案的分析介紹，自升式海上油田伴生氣液化、加注平臺(tái)采用四邊形箱型結(jié)構(gòu)主體，建造難度低；四邊形甲板可用面積大，便于設(shè)備模塊的布置和更換調(diào)整。平臺(tái)依托現(xiàn)役油氣生產(chǎn)平臺(tái)資源不設(shè)置人員住艙及主電站等公用設(shè)施(可根據(jù)實(shí)際需求確定公用設(shè)施的配置)，不單獨(dú)占用發(fā)電設(shè)備，可極大節(jié)省平臺(tái)建造成本和運(yùn)營(yíng)成本。

平臺(tái)兼具伴生氣回收、LNG生產(chǎn)、LNG儲(chǔ)存、LNG加注外輸功能，設(shè)備模塊化便于更換，機(jī)動(dòng)靈活，能在油田不同區(qū)塊重復(fù)使用，滿足淺水油氣田開(kāi)發(fā)中對(duì)富余伴生氣回收和 LNG燃料動(dòng)力船舶對(duì)LNG燃料加注的需求，可有效解決淺水油氣田開(kāi)發(fā)中富余伴生氣難以實(shí)現(xiàn)回收的技術(shù)及經(jīng)濟(jì)瓶頸，為油田開(kāi)發(fā)節(jié)能減排、環(huán)境保護(hù)做出有力貢獻(xiàn)，值得深入研究和推廣。