浅议浮式生产储油船.doc

青岛远洋船员职业学院毕业设计论文青岛远洋船员职业学院毕业论文题 目 浅议浮式生产储油船 （FPSO）动力系统 作 者 单位名称 舟山中远船务机电工区 指导教师 贾小平 完成日期 2011年 5 月 27 日 2121浅议浮式生产储油船（FPSO）动力系统摘要：FPSO是Floating Production Storage and Offloading的英文缩写，即浮式生产储油卸油装置，习惯上我们称之为浮式生产储油船。它是集生产、储油、外输、生活、动力于一体的多功能采油设施，是海洋石油开发中非常重要、也是最有应用前景的装备之一。本文通过FPSO简介和FPSO动力装置设计简述，描述整体的FPSO及动力装置的概况。在以往经验的基础上通过对系统进一步的研究和探索，分析总结设计原则，在分析设计原则最优化的思路上提出平衡综合型的观点。关键字：FPSO；总体设计分析；动力装置；海洋工程Analyze The Power Plant of FPSOAbstract: FPSO is the abbreviation for Floating Production，Storage and Offloading unit, It is a multifunctional vessel designed for offshore production and storage and offloading of oil or gas. Now FPSO is one of the most important equipment in the offshore oil and gas industry and has good future prospects. The article describes the whole FPSD and its power plant through a brief introduction. It studies and explores the main system based on experiences and summarizes of design principles, and tables an integrated and balanceable proposal after the analysis of system optimization.Key words: FPSO; Overall Design; Power Plant; Ocean Engineering目录1 前言11.1 研究工作的意义和目的12 FPSO简介12.1 FPSO主要系统12.2 FPSO特点22.3 FPSO功能22.4 FPSO主要优点32.5 国外FPSO的发展及研制现状132.6 国内FPSO的应用现状242.7 当前FPSO的主要发展特点和趋势63 FPSO动力装置系统概述63.1 动力装置的范围463.1.1 FPSO的动力装置包括以下内容：63.2 FPSO动力装置概述63.2.1 在设计上有以下一些特点73.2.2 在设计上的主要要求包括以下内容73.2.3 相关规范，公约和行业标准73.3 系泊和定位73.3.1 单点系泊系统83.3.2 多点系泊装置83.3.3 动力定位103.4 电力装置及系统103.4.1 电力装置103.4.2 电站配置的几种基本形式5103.5 热力装置及系统123.5.1 热力装置123.5.2 供热系统分类和比较6133.6原油的生产、储存和外输及相关系统7143.6.1 原油的生产可以分为原油处理和含油水处理的系统143.6.2 原油的储存153.6.3 FPSO外输卸油方式153.7 生活系统和环保装置173.8 消防安全系统173.8.1 安全系统173.8.2 危险性和操作性分析(HAZOP)184 总结20参考文献21致谢221 前言海洋是一个有待开发的巨大的资源宝库，它不仅富有水资源与生物资源，而且在海底蕴藏着极为丰富的油气资源。石油和天然气在能源结构中占有相当重要的地位。当陆上油气资源经过长期、大规模开发之后，世界范围内的油气勘探与开发己转向了广裹的海洋，并逐渐形成了投资高、风险大、高新技术密集的能源工业新领域。我国海域辽阔，其中大陆架面积约有110万平方公里。渤海、黄海、东海和南海都有大面积的沉积盆地，其中具有油气勘探价值的面积在60万平方公里以上，预测的石油储量达250亿吨，这是我国海上石油天然气开发的丰富资源基础。FPSO作为海洋油气开采领域中风险较小，投资回报较为稳定的一种设备，应用前景极为广阔，是我国海洋工程的一个高附加值产品。我国的造船企业在国家的海上石油开发规划中承担了重要任务。同时，国际上FPSO市场日益广阔，由于我国已经成功建造了数条大型FPSO，国外业主和设计公司也开始与我国的造船企业合作，订造超大型FPSO，为我国的造船企业施展身手提供了舞台，也为我国的造船企业施展身手提供了舞台。2 FPSO简介2.1 FPSO主要系统FPSO外形类似油船（如图21所示），但其复杂程度要远远高于油船，主要由三个部分组成：上部模块、船舶系统、系泊立管系统，涉及的复杂系统包括二十几个大类，例如：单点锚泊系统、动力定位系统、油处理系统、废水处理系统、注水处理系统和直升机起降系统等，这类系统在运动型船中很少遇到。其他的惰性气体发生系统、消防救生系统、监控系统、发电系统等都要高于运输型船舶的建造要求。图21 大连中远船务工程有限公司改装的FPSO2.2 FPSO特点 FPSO 的主要特点为机动性和运移性好，具有适应深水采油（与海底完井系统组合）的能力、在深水域中较大的抗风浪能力、大产量的油气水生产处理能力和大的原油储存能力。FPSO可以与导管架井口平台组合，也可以与自升式钻采平台组合成为完整的海上采油、油气处理和储油、卸油系统，但更主要的是用于深水采油，与海底采油系统（包括海底采油树、海底注水井、海底管汇等）和穿梭油轮组合成为完整的深水采油、油气处理、原油储存和卸油系统（如图22所示）。浮式生产设施的应用已很普遍，在全世界已有100多艘FPSO正在操作运行，甚至有取代固定式平台的趋势。图22 FPSO工程布置图2.3 FPSO功能 1） 兼有生产和储油的作用，是一座海上油气加工厂，具有小至几千立方米，大到几百万立方米的油气处理能力。2） 是一座储油轮，目前世界上正在服役的FPSO，其储油能力已达35万吨。3） 适应能力强，可在20-1000m 水深范围内工作。4） 可省去外输海底管道，用穿梭油轮将商品油运往外地。5） 设计重现期高（100年），抗风浪能力强，可长期系泊、连续工作。6） 与“固定式导管架平台+海底管道”方案相比，具有投资省、见效快、可重复使用、风险小等特点，特别适用于远离海岸的中、深海及边际油田的开发。有人将FPSO列为近10年来海上油气开发的主流方式，称之为海工装备中最耀眼的“明星”。2.4 FPSO主要优点随着海洋油气田的开发、生产向深海不断进入，FPSO与其他海洋钻井平台相比，优势明显，主要表现在以下四个方面：1） 生产系统投产快，投资低，若采用油船改装成FPSO，优势更为显著。 而且目前很容易找到船龄不高，工况适宜的大型油船。2） 甲板面积宽阔，承重能力与抗风浪环境能力强，便于生产设备布置。3） 储油能力大，船上原油可定期、安全、快速地通过卸油装置卸入穿梭油船中运输到岸上，穿梭油船不仅可与FPSO串联，也可傍靠FPSO系泊。最新FPSO还具备了海上天然气分离压缩罐装能力。4） 应用灵活，移动方便，其海上自航能力是其他海洋平台系统所不具备的，因此，FPSO可根据作业需要和实际情况迅速转换工作海域和回厂检修。2.5 国外FPSO的发展及研制现状1在国外，FPSO海工结构至今不过30多年的历史。1976年壳牌石油公司用一艘59 000t的旧油轮改装成了世界上第一艘FPSO，1977年应用在地中海卡斯特利翁油田(西班牙近海)。由于FPSO具有储油多、投资省、可转移等优点，所以得到迅速发展。据资料统计，截止到2003-08，全世界投入运行和在建的FPSO为119艘(根据Penn Well公司调查，FPSO的数量为137艘)，其中旧船改造65艘，占54.6%；新建54艘，占45.4%，截止到2003-09，全世界正在建造的FPSO有11艘，其中韩国现代重工为Exxon Mobil 公司建造的FPSO 排水量达到了3618 万吨，至2009年，全世界投入运行FPSO有149艘。目前FPSO 的工作水深主要在100500 m，但随着采油工作水深的增加，大于500m工作水深的FPSO将逐年增加。由Roar Ramde和挪威海事技术公司联合设计、韩国现代重工施工建造的Ramform Banff 号FPSO 工作水深达1 524 m(5 000英尺)，属英国所有，由Conoco公司作为操作者计划用于北海Banff/Kyle深水油田，其抗风浪能力为百年一遇，浪高可达16.76m (55 英尺) 。另一艘英国所有、工作水深达2 000m(6 560英尺) 、堪称目前世界顶级采油水深的浮(船)式生产储油卸油船，由Harland & Wolff 负责全部设计和建造，由巴西国家石油公司承担操作，用于深海海底完井系统组合的采油。这些FPSO的适应风暴能力大都为50a 或100a 一遇，有相当数量属于非解脱型，即在大风暴来临时，仍然锚泊在采油原位而无需将船用液压连接或脱卸机构快速解脱而避风浪。目前在用的FPSO 的原油储存能力在1010420104m3 的占了大多数，最大原油储存能力达到31.8 104 m3 ，因此船的主要尺寸也相当大，如巴西国家石油公司的巴油31、巴油32、巴油33、巴油35、巴油37和FPSO、“N” kossa N KP号等FPSO，其长度达到344.2m(1 130英尺)，宽度达到54.3m (178 英尺)，型深达到28.3m (93英尺)，最大吃水深度达到22m ；日处理能力在5 00010 000m3 的占了近1/2，最大日处理能力已超过30 000m3，其中，由新加坡远东利文斯顿船厂(简称FELS) 建造、挪威国家石油公司所有并操作使用的Norne号FPSO日处理能力达到3.5104 m3(220 000 bbl)，生产水处理能力也较大，为19 900m3/d ，注水能力高达40 000 m3/d。据Quest Off shore Resources Inc预测，今后还将有更多的FPSO投入建造，向更深的水域、更大的储油能力发展，特别是2002年以后，海上气田开发出现了LPG & FPSO、LNG & FPSO等新技术，节省了敷设海底输气管道的巨额投资，使离岸遥远的气田开发具有了商业价值。2.6 国内FPSO的应用现状2中国海洋石油总公司是国内目前惟一应用FPSO的公司。1986年，我国北部湾油气开发中首次采用了FPSO，该FPSO由法国道达尔公司设计、新加坡胜宝旺船厂承建，由一艘载重17x104t的旧油轮改造而成，命名为“南海希望”号。1989年，我国自行设计建造了第1艘FPSO，命名为“渤海友谊”号，该FPSO由中国船舶工业公司第708研究所设计、上海沪东造船厂建造，采用软刚臂系泊方式，工作水深23m。“渤海友谊”号的成功设计与建造实现了国内浮式生产储油轮建造零的突破，且在世界范围内首次用于有结冰的渤中28-l油田海域，是我国船舶工业在海洋工程领域的标志性产品，该FPSO机动灵活，己成功用于渤海3个油田的开发，是获奖最多、级别最高的项目，也是我国海洋工程领域内标志性项目。进人20世纪90年代，中国海洋石油总公司又相继建造了“南海发现”号、“南海开拓”号和“南海胜利”号FPSO，并分别在南海惠州油田、西江油田、流花油田和陆丰油田作业。图23 “南海胜利”号FPSO工程设施图1999年，中国海洋石油总公司开始组织设计文昌FPSO。与北海永久系泊FPSO相比，文昌FPSO没有采用动力定位等辅助推进系泊，台风来临时无人操作，需靠单点系泊的风标效应被动抵御台风浪和台风。文昌FPSO设计寿命25年，1015年不进坞，海L生产期间的清舱、检测、船级社年检、维修均不得停产，首次解决了台风恶劣海况条件下永久系泊FPSO船体和系统设计建造重大难题，突破了世界记录。2002年，中国海洋石油总公司在文昌FPSO的基础上，打破国内外FPSO的设计惯例，全面推行船体、单点设施和上部模块三者的公用系统、仪电系统、安全消防等系统一体化设计，实现系统优化配置、资源共享，减少了设备、管线和电缆数量，不仅降低了采购、建造和安装成本，且便于生产操作。截止到2004年，中国海洋石油总公司共有FPSO 13艘，最小吨位为作业于渤中281油田的“渤海友谊”号，储油量52 000t;最大吨位为作业于渤中25-1油田的。“海洋石油113”号，储油量170 000t，该FPSO于2004年6月建成。2007年，我国第一艘完全自主设计并建造的30万吨级FPSO“海洋石油117”号(如图4所示)在上海命名交付。该FPSO是国内迄今为止建造吨位最大、造价最高、技术最新的FPSO建造项目，标志着我国在FPSO领域的设计与建造已居世界前列。该FPSO船体为双底双壳结构，船长323m，型宽63m，相当于3个标准足球场的面积。从船底到烟囱高7lm，相当于24层楼高。该FPSO可实现日加工19万桶合格原油，储油能力可达200万桶原油，配有140人工作居住的上层建筑及直升机平台;设计寿命25年，通过安装在船脂的软刚臂单点系泊装置，长期系泊于固定海域，25年不脱卸，可抵御百年一遇的海况。目前，我国FPSO的数量和总吨位均居世界前列，FPSO支持着我国海卜石油产能的80%，被称为我国的“海上石油舰队”。图2-4 海洋石油1172.7 当前FPSO的主要发展特点和趋势1) 工作水深逐年增加、抗风暴能力增强。随着采油工作水深的增加，大于 1 000m工作水深的FPSO在逐年增加，当前FPSO的最大工作水深已经达到2 00Om，新设计的即FPSO工作水深目标为3 000m3。以上FPSO的适应风暴大都为50年或100年一遇者，有相当数量属于非解脱型(即在大风暴来临时，仍然锚泊在采油原位而勿须将船用液压连接脱卸机构快速解脱而避风浪)。2) 原油储存能力增大，船的主尺度和载重吨位提高。目前世界上正在服役的最大FPSO，其储油能力已达35万吨。3) 原油、生产水的处理能力增强。4) 增加天然气的处理和转换成压缩天然气外输的能力。5) 锚泊能力和动力配置能力也增大，动力定位技术等均有新的发展，适应海况能力增强。3 FPSO动力装置系统概述由于本章中论述的对象为没有主推进动力、轴系、螺旋桨、舵装置以及侧向推力设备在内的FPSO，只着重介绍非自航的FPSO，因此与动力装置相关的内容很自然地转变成了论述系泊和定位系统、电力装置及系统（包括主电站及应急电站)、热力装置及系统等FPSO重要系统。3.1 动力装置的范围43.1.1 FPSO的动力装置包括以下内容：1） 系泊和定位系统2） 电力装置及系统（包括主电站及应急电站)3） 热力装置及系统4） 原油的生产、储存和外输及相关系统5） 生活系统和环保装置6） 消防安全系统3.2 FPSO动力装置概述FPSO作为海上石油处理厂，负责整个油田井口平台的监控，甚至电能供应，是整个油田的管理中心、生产中心和生活中心，海上油田项目有投资巨大、生产价值高的特点，也有生产过程危险性大、生产环境高度受控的特点，如果生产活动停一止的话，会造成巨大的经济损失；如果生产活动中有安全事故，会造成更大的经济损失和人员伤亡，如果生产活动中有污染事故，可能会造成极大的经济损失，FPSO的动力装置是海上土厂的生命力所在，不仅为生产活动提供热能、机械能，电能等各种形式的能源，还为人员提供维持生活主要条件。相比较于一般的船舶或者海上平台，涉及的专业技术领域更为广阔，系统更为复杂，技术性能要求、经济性能要求，安全性能要求和环境控制要求非常高，FPSO的动力装置设计对整个项目技术经济性能、安全经济性能和环境保护有非常重要的影响，对保障油田的运行更有决定性的意义。3.2.1 在设计上有以下一些特点1）必须符合FPSO的特殊使用条件，主要是作业区的海洋环境、水文条件气候条件。2）需要设计成具有必要的目标任务条件和合适的保障条件，包括营运条件、作业条件、工作条件、生活条件和生存条件。3）需要全面地综合地进行设计、进行通盘考虑，包括动力装置与总体性能，动力装置与其他专业行业，动力装置内部各子系统之间的综合平衡和匹配，以实现预定的技术经济指标和安全及环保指标。4）需要全面掌握动力装置所覆盖的各技术领域，例如推进定位技术、热能转换技术、电气控制技术，安全技术、消防技术、防污染技术以及人员生活、生存技术等，对于相关行业领域的技术，也要有所了解。5）受控于FPSO作业地的政府法规、相关国际公约，规则和入级的第三方规范标准。3.2.2 在设计上的主要要求包括以下内容1）营运经济性，主要是在满足运行指标的条件下追求低的营运费用，并提高能源利用效率。2）安全可靠性，主要是设备的选用和系统的设计应具有高度安全可靠性，应有必要的备用或具有一定的冗余度。3）操纵性，主要是便于操纵和管理，同时满足相应的安全环保要求。4）可维性，主要是设各的结构形式和系统管路的布局应使维修方便、简捷。5）建造经济性，应减少设备及管系的成本费用，合理降低建造成本。6）重量、尺寸指标，应尽可能在允许尺度范围内选择设备，并保证重量满足总体性能要求。3.2.3 相关规范，公约和行业标准作为石油上程的行业传统和习惯，美国的国内行业标准在国际上有相当大的影响和权威效应，在海上移动平台设计中，在解决实际问题上，美国的国内行业标准是国际上公认的可以参照遵循的规则，我国在海洋石油领域中与国际跨国公司频繁合作，实际上也多以美国的行业标准为设计当中遵循的规则，所以，美国石油工业标准族（API standards）就成为不能不使用的标准和设计参照。当然，工程领域在许多方面都是相同的，国际上各种各样标准大多数都可以有选择地作为设计依据和参照。3.3 系泊和定位FPSO一般处在多个无人驻守的海上石油井口平台之间，是整个油田的中心，在船上往往设有一个可解脱环解脱的单点系泊系统。在正常生产中，FPSO通过单点系泊在海上，通过单点接收由海底管线输送来的井口平台的粗原油，还可以通过海底电缆向多个井口平台供电，单点系泊系统是整个FPSO和平台系统的桥梁，可以说是使FPSO能应用在海上石油上程的关键，在海况特别恶劣的海区，一般仅仅靠单点还不足以使FPSO系泊在海上，还需要动力定位装置来协助，以减少单点系泊装置的受力，相对固定FPSO的位置以完成生产和外输原油的工作，必要时如果因为天气原因解脱了单点系泊的话，动力定位装置还可以驱动FPSO离开危险海域，待风暴过去后重新连接上单点系泊恢复工作。在海上油气田开发中，FPSO是一个重要的海上设施之一，它被系泊设施定位于某一固定的海域，进行长期的海上油气开采作业。由于FPSO不同于常规运输船舶的抛锚定位，它需要抵抗一定条件的环境力，海上系泊长达十几年至二十几年时间，需要与其他海上平台之间传输井流、电力和通信，保证一定海况下的连续安全生产。系泊系统的发展历史要比FPSO长，最早始于第二次世界大战期间，由美国海军开发与使用了悬链式浮筒单点系泊装置(称为CALM系泊系统)，而后，由于海上石油开发的需要得到了大力发展，曾出现了几十种设计方案，但真正被实际应用的仅十几种。自世界上出现FPSO以来，有关公司就致力于研究开发各种形式的系泊系统装置，目的就是针对不同海域、不同使用周期、不同功能和降低工程投资等内容进行研究。系泊系统装置从形式上主要可划分为两大系列，即单点系泊系统和多点系泊系统。对浮体而言，当系泊连接点为一个点时即为单点系泊，它适合长宽比大的浮体(如油轮，FPSO , FSO和船舶等)。单点系泊系统突出的特点是具有风向标效应，该系统允许浮体围绕系泊点作360的自由旋转运动，使浮体总是处于合外力最小的位置上;它的另一特点是安装旋转接头，以进行井流、电能和通信等传输。由于单点系统具有很多优点，而被石油工业界广泛采用;它的投资也非常高，技术又被几家单点公司所垄断。因此，油田开发前期论证时应多加注意。多点系泊系统不同于单点系泊系统，即浮体上有多个系泊连接点，它没有风向标的效应;不需要安装旋转接头;它适合浮体长宽尺度接近且海上环境条件平缓的工程中，它也是系泊系统的一种选择方案。动力定位也是浮体系泊的一种形式，它完全或部分借助于浮体上的推进器和侧推器，由计算机统一管理和操纵，能使浮体遭遇最小的环境力，并使浮体定位于某一定点的海域。3.3.1 单点系泊系统单点系泊系统，英文为Single Point Mooring System(简称SPM)，目前这种系泊系统被广泛应用于FPSO的海上定位系泊系统之中。它主要有如下几种形式:1)塔架软刚臂单点系泊系统；2)悬链式浮筒单点系泊系统(CALM)；3)单锚腿浮筒单点系泊系统(SALM)；4)内转塔式单点系泊系统；5)外转塔式单点系泊系统。3.3.2 多点系泊装置多点系泊装置(Multi一Point Mooring System或Spread Mooring System)是传统系泊系统的主体，而单点系泊则是多点系泊的一个特例，如图4图6。当浮体形状是船舶形状时，由于遭遇的纵向与横向环境力相差很大，使得浮体的风向标作用非常明显，在这种情况下，单点系泊装置显现出良好的优越性。但对于长宽尺度相接近的浮体，单点系泊的优势就不突出，这种浮体如半潜式平台等;在海洋工程施工作业中不允许作360。旋转的浮体，如起重船和铺管船等。在环境作用力较小的海域或港湾或不允许浮体进行3600旋转的河道与窄海峡等，都可以考虑使用多点系泊系统。生产平台，如深吃水立柱平台(SPAR)和张力腿平台(TLP)等都采用多点系泊系统。由于单点系泊装置投资很大，在条件允许情况下应该考虑使用多点系泊系统。多点系泊系统与单点系泊相比，专利技术少，在国际上没有被垄断，该系统中绝大部分部件都是使用船舶工业的常规技术与装备。尤其在中小油田开发中，可以将浮体设计为长宽尺寸相同或圆形的船体，使它遭遇各方向环境力相同，此时没有了风向标的效应，多点系泊系统就显出优势。每当一个浮体对环境力方向不敏感时，都可以考虑使用多点系泊系统。当然，多点系泊系统也可用于对环境力方向非常敏感的船形浮体上，前提条件是环境条件平缓，浮体的主受力方向比较固定。 图3-1 两点系泊系统布置图图3-2 四点系泊系统布置图图3-3 八点系泊系统布置图3.3.3 动力定位动力定位是英文(Dynamic Position，简称DP)的中译文，这套系统借助于螺旋桨和侧推器等有单独动力能源提供或用于辅助的系泊系统，它也被称为主动式系泊系统。动力定位包括一个位置参考系统，某船通过声呐探测系统与计算机相结合，以控制浮体的推进器和侧向推进器，实现浮体的海上定位系泊。动力定位也可与其他系泊方式一起使用，这种方式就称为辅助动力定位系泊系统。动力定位特别适合于经常性频繁地往返于工作地点与基地之间的浮式生产装置、深水起重船和深水钻井船等。动力定位的连接与解脱比其他系泊系统都容易。在开发深海油气田中，动力定位有相当大的优势，但动力定位不能在环境恶劣的海况下使用。3.4 电力装置及系统3.4.1 电力装置电力装置是海洋石油土程的动力心脏，因此电力装置的设计与选型，及其在生产中的经济性、安全性与可靠性，是海洋石油工程特别是FPSO设计中的关键环节，电力装置一般由主发电机组、应急发电机组和其相关动力系统、电力系统组成。主发电机组从原动机形式上可以是蒸汽轮机、燃气轮机、柴油机，从燃料上，主发电机组可以燃用柴油、原油或天然气。3.4.2 电站配置的几种基本形式5综观国内外现有的FPSO上电站的配置情况和所采用的原动机类型，主要有如下几种基本的形式：1)以燃用气体燃料(指天然气或油田伴生气)为主，烧液体燃料(指柴油)为辅的单一燃气轮发电机组的电站。该种形式电站存在的先决条件必然是本油田生产丰富的天然气或油田伴生气或者是可从就近获得气源供给。至于电站的总装机容量、单机功率的选择以及台数的配置则主要取决于不同年份、不同季节、不同工况，还包括有无外输的情况下的用电负荷大小及备用性的考虑。这种形式的电站在现有FPSO的总量之中所占有的比例最大，这是源于它具有其他形式电站所不及的许多突出优点所致。例如它有很强的独立运行能力，对外部辅助系统，尤其是船舶的公用系统的依赖性小，这是因为已经将某些辅助系统包括在独自成橇装形式的组块之内，不但齐全而且很完备。正如大家都熟悉的进气系统、排气和排烟系统。气冷式的冷却系统、润滑系统甚至安全、消防系统都是各机组之间相互独立的。还有它的可防风、雨、冰霜的罩壳具有保暖、隔音和吸音的考虑，它的机座有很好的减震隔震的效果，甚至对平时的维护和小型的检修亦已考虑周全。不需要另外为其设计和配置，相比往复活塞式发动机的电站，这都是望尘莫及的。2)以油田自产原油为主要燃料，柴油为辅助燃料的往复活塞式发动机组的电站。选用这种形式电站的根本原因在于本油田缺乏可供电站机组燃用的天然气或油田伴生气，即便是从附近也无法获得。但是又不打算采用市场上可购得的其他廉价液体燃料，立足于本油田自身的资源原油经过初步处理后供电站发动机作为主要燃料，柴油为辅助燃料用于某些特定的情况下。这种形式的电站配置其最突出的优点是摆脱了油田缺气的限制，能因地制宜地适应油田开发，不依赖于外购燃料的种种不便。其次活塞式发动机具有比燃气轮机高得多的热效率，这对保证油田开发的经济性是功不可没的。但是不可否认的是这种电站配置对外部辅助系统的依赖性大，自身的独立性小，机组的外形尺寸大且重量重，很少采用橇装形式供货，多数情况下是安装在一个或两个能防风、雨、日晒的共用建筑物或者机房之内。电站的进气、通风、采暖、保温、照明甚至报警、消防等诸系统都是统一布置的，不具有燃气轮电站的独立性。3)以燃气轮机为主、以活塞式发动机为辅的混合式电站。在这种混合式的电站之中，所谓的以燃气轮机为主，指的是电站的功率和单机的功率都是燃气轮机的大，而且机组的台数也多。活塞式发动机不但台数配置得少，而且单位功率也小，活塞式发动机燃用的是柴油，燃气轮机以燃用天然气或油田伴生气为主，燃用柴油为辅。在多数情况下是以运行一台燃气轮机和一台活塞式发动机进行供电，只有少数工况是两台燃气轮机并联运行供电，这其中包括用电负荷最大的和比较大的工况在内。有时只需运行一台燃气轮机。在这种混合式的电站配置之中，活塞式发动机以备用发电机的名义设置，来替代当两台燃气轮机之中的一台处于故障状态或正常的定期检修状态下使用。除此之外它还和应急发电机并联运行，承担着那些最重要的但并非真正意义上的应急负荷的供电。4)燃用原油的活塞式发动机与燃用天然气的活塞式发动机混合的电站。在这种形式的电站配置当中，原动机都是清一色的往复活塞式，但是它们之中的一部分是以燃用液体燃料的原油为主，燃用柴油为辅的发动机，另一部分则是燃用天然气或油田伴生气为主，燃用柴油为辅的发动机，这种发动机还不属于真正意义上的气体发动机。根据用电负荷和使用工况的不同，这两种发动机除了燃料系统和与之相关连的机件有明显的区别之外，人们可以选用机型、牌号、名义单机功率均相同的发动机组成的电站形式，也可以选用机型、牌号、名义单机功率不相同的发动机组成的电站形式。之所以会采用此种形式的电站配置，根本原因还在于油田本身只有部分天然气或油田伴生气产出，不足以供应全部的电站发动机的需要，如果不加以利用，只能通过火炬烧掉，这无疑是一种浪费，对整个油田营运不经济。另外还有这样一种情况，在油田开采初期，油田自产的伴生气很少，随着开采年份的增加，油田伴生气的产量也随之增大，可供部分机组燃用。为了充分利用这部分廉价的燃料，人们从原先全部配备的燃用原油为主燃用柴油为辅的发动机之中改装几台变成能使用油田伴生气的发动机。很显然，被改装而成的燃气发动机除了燃料系统和与之关系密切的机件与原机不同之外，可能还包括润滑油，其余的都完全相同。5)以单一的蒸汽轮机为原动机的电站。很明显，这也是一种不受油田可供燃料源限制的电站配置形式，也称得上是一种能适应各种燃料的电站配置。因为在这种电站中，作为原动机的蒸汽轮机所要求的工质是极其寻常而普通的饱和蒸汽，而蒸汽的来源无疑是出自于蒸汽锅炉。众所周知，蒸汽锅炉是最古老的一种动力，也是技术最成熟、运行最可靠、操作、维护和保养最简单的一种动力机械。它的另一个突出的优点是对各种燃料的要求不严，而且适应性很强，可燃用多种燃料。其缺点也很突出，其一电站装置的总效率低，一般只有20-25。其二装置复杂，体积庞大、重量过大。其三需要大量的海水作冷却剂，无疑将增大海水的供给量。其四需要有坚实且深厚的安装基础，因此对船体结构及加强提出了更高的要求。但是尽管如此，只要FPSO上能满足其要求，还是存在利用的可能性。当然还必须结合全船的热站和供热系统一体化考虑。至于原动机的蒸汽轮机，更是电站使用很广、很普遍的一种动力机。它在技术上的成熟程度很高，比同属旋转式发动机的燃气轮机价格便宜，对材料的要求也低，属于一种在价位上具有很强竞争力的电站配置。从长远的经济效益考虑，对油田的运营效益也是可观的。3.4.3 主电站在设计容量主电站在设计容量上，应考虑备用发电机，主要是为了提高整个FPSO和平台系统设计的安全性与可靠性，保证在任何工况下，机组中都有一台以上的备用余量。应急电站是专为供应FPSO应急上况的电负荷而设置的，应急电负荷主要包括应急照明，信号设备、内部通讯设备、逃生设备等等，考虑到恢复正常供电后生产的继续运行，有一部分保护环境和设各的负荷一般也接入应急电网。相关动力系统的，电力系统组基本与普通船舶相似，只是容量上特别大，我国新一代FPSO的主电站容量在1800035000 KW，应急电站也要14001600 KW万所以在主电力系统中一般会用到中高压的输配电设备。3.5 热力装置及系统3.5.1 热力装置热力装置是重要的辅助设备，一般由锅炉（燃烧装置和炉体）或者废气锅炉（没有燃烧装置的锅炉），及其辅助系统组成，燃料主要是开采油田伴生的天然气和柴油主要用于：1）、原油生产，储存和外输系统的热能供给，和储油舱惰性气体的供给。2）、电站动力装置所用燃油的加热以及其它各种辅助介质的预热。3）、生活系统热能供给。4）、维修保养时的热源供给。热力装置的形式选择要综合考虑工程的能源利用效率、总体经济性和技术性能指标，容量的设计主要取决于热量计算，表3-1为某FPSO部分的热量计算。表31 某FPSO部分的热量计算3.5.2 供热系统分类和比较61) 供热系统类型目前，在FPSO上使用的供热系统按工作介质分为: (1)热介质油供热系统； (2)蒸汽供热系统； (3)热水供热系统； (4)电加热系统。 目前，FPSO上的主要供热系统为热介质油供热系统。蒸汽供热系统主要用于以蒸汽为动力的油轮上，兼作蒸汽加热用，在FPSO上的蒸汽加热系统仅是作为辅助供热、吹除使用。热水供热系统只用于某些液货(化学品)对加热有限制温度要求的船上。FPSO上，管路、设备保温通常采用电伴热带伴行加热，也有少量蒸汽管伴热和热介质油管伴热的情况。有些液柜如热水柜，一般采用电加热或蒸汽加热。FPSO上厨房厨具通常采用电加热形式，个别使用蒸汽加热。2) 供热系统比较 (l)蒸汽供热系统 蒸汽供热系统已有数百年的使用历史，积累了丰富的运行经验，安全可靠。在油、水舱柜加热中，通常采用0.4 0. 8 MPa的低压饱和蒸汽，但只有在蒸汽为动力的船上采用蒸汽加热比较合理。在FPSO上，一般设全船加热吹除用蒸汽系统，热效率低，管路、设备结构尺寸庞大，布置困难。另外，水处理系统复杂，水消耗量也较大。因此，目前在FYSO上主要采用结构紧凑、效率高的热介质油供热系统。(2)热介质油供热系统热介质油供热系统的主要优点:系统效率高，采用强制循环；整个系统压力较低；热介质油对管路内壁无腐蚀；热介质油是一种高温载热工质，使用温度高，同被加热介质的温差大，使得热交换面积和加热盘管直径减少，既省材料又布置方便；热介质油系统无汽液相转变，具有良好调节性能，温度控制精度高；由于热介质油的固化温度低，故可泵温度很低，且在系统停运时无冰冻危险；没有蒸汽供热系统中的水处理设备等，设备少，因此维修工作量小，维修费用低；热介质油系统为封闭式循环，系统运行中工作介质损失小；热介质油除了采用部分流量定期过滤之外，无需进行其他的特殊处理，运行成本低。热介质油供热系统的主要缺点:热介质油成本高，初投资费用大；热介质油稳定性能差，在采用开式系统时，与空气接触易氧化分解，目前采用惰气覆盖的闭式系统；热介质油与高温物体接触时会引起燃烧，故在加热系统工作时要严防泄漏，对管路阀门系统密性要求较高。3.6原油的生产、储存和外输及相关系统73.6.1 原油的生产可以分为原油处理和含油水处理的系统原油处理系统就是对采油平台通过单点系统输送至FPSO的粗原油进行油、气、水分离处理的系统，处理过后的得到的油为合格原油，气为油田伴生气（天然气，主要成分为甲烷)，水则进入含油水处理系统作进一步处理，经含油监测仪自动监测，达到含油50mg/L环保排放要求后排海。虽然同样是油、气、水分离处理，由于油田粗原油品质千差万别，为了生产出合格的原油，原油处理系统的设计却及其复杂，综合简述的话，按流程粗原油先进入分离器进行油气水三相分离，分离器会根据粗原油品质专门设计，按需要会分为一级分离器、二级分离器以至三级分离器，最终分离出的蒸气压力合格的油经电脱水装置后能成为合格原油的，进入储油舱，不合格原油可以进入专门设置的油沉降舱进一步沉降，或者回至一级分离器再循环处理、各级分离器分离出的气体，大部分气体得到利用，或供发电机组，或供锅炉，剩余部分输向火炬管汇放空烧掉，分离或沉降出的水进入含油生产水处理系统，一般会依次通过沉降装置、水力旋流器和撇油排放罐，并在处理过程中可以添加入经过筛选的化学药剂，以保证除油效果，最后处理完毕的水经含油监测仪自动监测后，合格的水排海，不合格的水返回沉降装置，再循环处理，过程中回收的油则回收油泵返回原油处理系统一级分离器进口，原油生产流程处理设计源自陆上油田，而在FPSO上原油处理和含油水处理的系统均是安装在一个浮动的结构上，海上的摇摆和颠簸是进行油气水三相流程处理的分离沉降装置设计的难点。现在的FPSO上，原油的生产系统一般均设计为双系列，两个系列之间设连通阀，可以实现系列的串联和并联，以便于管理及系列的互换。这样，根据采油平台投产年限和实际产量、或某一个采油平台停产关井、或某一个系列维修时，可灵活切换和调整。3.6.2 原油的储存原油储存舱容量，与FPSO主尺度的主要要求，是根据油田的高峰生产率和穿梭油轮进行外输作业的周期（一般为七至十天）而定，除满足原油储存舱的大小要求，为确保轻载时有较大的吃水，避免恶劣的首部砰击现象，还需考虑提供足够的压载水容积。此外，根据原油的生产流程的需要，FPSO的主船体货舱区内可能还需专门划分出油处理舱、水处理舱、合格油缓冲舱，水缓冲舱等上艺油水舱，污油水舱的容积可参考MARPOL对油船洗舱的要求。所谓合格原油，其闭杯试验的闪点一般不会超过60，粘度较高，原油储存舱属于高危险区域，其环境控制至关重要：1）需要环境监测系统监测原油温度、环境压力及含氧量、整体装载情况，通过配载计算机的计算来获知FPSO装载状态，预报装载方案。2）需要用惰性气体保护并维持正压。3）需要专门的透气系统平衡舱内压力因装卸原油，环境温度变化而引起的变化。4）需要保温加热系统使原油维持流动性便于输送。5）需要定期清洗;以及提供需要进舱维修的人员必要的工作环境。6）需要输送泵及其系统进行外输完成生产任务。7）需要防腐蚀装置减少结构腐蚀。8）与原油有关的FPSO系统均处在内含高度危险性的区域。3.6.3 FPSO外输卸油方式海上油气田生产的最后一道作业工序就是将合格原油装船外运，目前有3种海上卸油作业方式，即串靠卸油、旁靠卸油和串旁靠联合卸油，而其中又以串靠卸油方式为主。海上卸油的运输油轮分为两种，一是穿梭油轮( Shuttle Tanker)，它是专门为海上油田卸油作业的特定油轮，航线固定，装备有馗娓侧推器，操纵性好;配有大系柱拖力的系缆眼板和快速脱钩装置，系柱拖力达200t;船舷和肿部都设有输油管汇，并配有快速输油软管连接与解脱机构,它的作业效率比常规运输油轮高。另一种就是常规运输油轮(也称外输油轮，Export Tanker)，由于它主要用于港口对港口运输，卸载设施依托港口，装备上相对于专用的穿梭油轮要简单得多;系拖力普遍较小，一般为305Ot，多数不超过100t，在串靠条件下作业环境条件比专用穿梭油轮费用低，这与系缆柱的强度有很大关系;输油管汇都设在舯部，串靠卸油作业时需用漂浮软管;但这种油轮适应性较强，可以靠泊任意的港口。图3-4 原油外输图3-5 原油的生产、储存和外输及相关系统3.7 生活系统和环保装置生活系统和环保装置、系统主要包括淡水供应系统、生活污水处理、空调系统和通风系统。3.8 消防安全系统3.8.1 安全系统海洋工程设施可根据的具体情况选择安全系统的组成，但在大多数情况下一个有人居住的生产或钻井设施要设置全部安全系统，FPSO就需要设置全部下述9个系统。安全系统在所有时间都要运行，即如果该安全系统检测的不正常或危险情况可能发生时，它就要起作用，包括在石油设施投产前及部分暂关闭停止时，安全系统在维护，试验及修理时应不影响其功能及容量，可采取一个操作性和/或技术性的补尝措施来达到这一点。安全系统的设计和防护要使它在事故中一段规定的时间内仍保持其功能，这段时间的长短应在危险分析中确定。安全系统及组成该系统的部件应能抵抗它们可能遭遇的环境载荷包括盐分，温度变化，振动，腐蚀，电磁辐射和电噪声，对在海中的系统还要考虑静水压力及海生物等。1） 火焰探测气体探测火焰和可燃气体探测系统;用来探测早期的火灾，火灾的发展以及突然的可燃气体排放，并对这些情况发出警告，它也是自动应急停止系统及自动灭火系统的启动信号来源。2） 应急停止系统停止和隔断除了在危险或事故情况下仍要求具有操作功能的设备外的所有生产和辅助设备，整个系统包括手动控制站，阀，执行机构，管系，蓄能器，信号设备等迅速和安全地停止和隔离生产设各所必需的以及消除着火源所必需的设备。3） 生产安全系统用于探测不正常的生产情况，并在适当时间发出报警和信号，系统由传感器，控制单元，阀等组成，它在应急停止系统前起作用。4） 生产控制系统用于控制和规则生产及生产支撑系统。5） 气体释放系统气体释放系统分为减压系统:包括减压阀，附属管系及液体分离器，火焰系统：包括火炬塔，燃气处理器等及冷通风系统；气体不经燃烧即释放入大气的系统。6） 火警和撤离报警系统包括报警设备和警铃、号角，全船广播系统，以及其它火警和撤离报警用的声光装置。7） 应急动力源系统在主动力源供应失误时重要设备连续供应动力，系统包括发电机，控制屏，液压瓶、蓄能器等。8） 应急照明系统：在主电源夫误时提供适当的照明。9） 压载系统:对FPSO有要求。3.8.2 危险性和操作性分析(HAZOP)危险性分析的规划、进行、结果使用和数据更新是在受控和有组织的状态下完成。危险分析的规划要跟上FPSO建设的进度，它是设计工作的一部分。危险性分析的步骤：1）确定可接受的衡准可接受的衡准必须在危险分析前确定（即不能把可接受的衡准的安全水平降低到初步设计方案能达到什么水平就取什么水平)。可接受的衡准包括以下各项：（1）规范规则对安全性的要求，这是可接受的衡准的最低水平线。（2）认可的标准对安全性的要求，一般来说，标准是以前项目的经验总结，是切实可行的和有效的解决方案，但不是强制性的，即若有充分理由可以用同等安全水平的其它解决方案替代。（3）对减少危险的措施的要求，在考虑减少危险的措施时，减少危险发生概率的措施要优先于降低危险后果的措施。（4）事故假定，应根据以前其它项目的经验教训，并结合本项目的特点，假定可能发生的事故或事故组合情况，并估计事故的后果。可接受的衡准可以是定量的或不定量的。考虑到不断产生的新经验，新技术，可接受的衡准也可随之修改。2）确定危险分析的范围，项目和分析方法