浮式LNG接收终端技术解析

中山大学学报论丛, 2007年第27卷第2期SUN Y A TSEN UN I V ERS ITY FO RUM , Vol 127No 122007浮式LNG 接收终端技术与应用3侯建国, 黄群, 诸良(中海石油天然气及发电有限责任公司, 北京 摘要:对近海浮式LNG 接收终端从概念、发展状况、分类设计较系统地介绍, 阐述了与陆地LNG 接收站的不同特点FSRU 项目情况。浮式LNG 接收终端对我国LNG 关键词:LNG; 接收终端; 浮式; ; G 中图分类号:TE8:(2007 近年来, LNG 的发展速率非常快。根据I G U (I nternati onal Gas Uni on 和W GC (World Gas W GC 网站的报道, 液化天然气的发展速率比其他燃料快两倍多, 全球贸易非常活跃, 2005年约114108t 。LNG 接收终端得到了快速发展, 据Encycl o 2pedia of LNG 2005报道, 到2005年底, 全球已建成52个LNG 接收站(2003的统计数据为38个 , LNG 接收站得到了越来越多的关注, 特别是其安全性, 人们需要但又视其为“危险装置”, 这就要求提供新的、更加安全、更加合理的LNG 接收终端。借鉴海上油气田的成功经验, 建设近海接收站的想法就提出来了。据英国近海工程师杂志2000年11月刊报道, 意大利船级社进行的一项研究得出结论, 液化天然气浮式接收储存终端是经济可行的。此项研究工作表明, 浮式储存与再气化装置较常规陆上终端具有多种优点, 特别是对环境敏感地区或人口稠密地区。据2005版Petr oleum Econom ist World LNG Map 详细报道了将于2008/9年投产的8个海上LNG 接收终端。全美国已经建有6个LNG 接收站, 虽然几经扩建, 预测至少需要再建约30个接收终端才能满足北美天然气市场, 海上接收终端也成为考虑的方向之一。2005年4月, Excelerate 公司宣布, 世界上第一个海上LNG 接收气化装置完成试运转, 开始商业运营1, 拉开了海上浮式LNG 接收终端的建设序幕。海上浮式LNG 接收再气化终端从概念设计终于成为现实, 对LNG 接收站的发展和建设具有划时代的意义, 开创了LNG 技术的新时代。一、海上LNG 接收终端种类从LNG 接收终端所处的位置来看, LNG 接收站可分为两类, 一类是陆地式, 即传统的LNG 接收站; 一类是近海离岸式接收终端, 即海上LNG 接收站终端。海上接收站可分为几种形式:(1 浮式LNG 储存再气化装置(Fl oating St orage and Re 2gasificati on Unit, FSRU ;(2 浮式LNG 气化装置(Fl oating Re 2gasificati on Unit, FRU, 快速气化, 与地下储气库联3收稿日期:2006-11-20作者简介:侯建国(1970- , 男, 四川营山人, 中海石油天然气及发电有限责任公司高级工程师, 博士; E 2mail :houjgcnooc 1com 1cn 。用 ;(3 LNG 穿梭船(LNG Shuttle and Regas Vessel, SRV; 包括水下或外转塔式系锚系统 ; (4 重力基础结构(Gravity Based Structure, G BS (5 平台式LNG 接收终端(Platfor m Based I m port Ter m inal, P B I T FSRU 是浮式接收储存和再气化装置, 其外形类似于LNG 运输船, 具有储存和再气化LNG 的功能。FRS U 与FRU 相比, FRU 没有储存功能, 它是利用在LNG 运输船上安装气化设施, 用海底管线上岸。目前, FSRU 成为浮式接收站的主要方式, 。SRV 是FSRU 的备选方法, 与FRU 非常类似, 利用安装在辅助甲板/船头的再气化装置直接气化LNG 船靠近或安全连接到海底浮标, 连接之后, LNG 立管, LNG2-3。类似平台不能承受LNG 船的载荷, , 可以与陆地上的大型地下储气库集成一体使用。G BS 形式的海上接收终端是一个座落在海底的混凝土或钢制矩形(或几个沉箱 式结构。对于预应力混凝土结构的G BS 型LNG 接收终端, 具有重量轻, 在低温下具有优良的性能和长久耐用性能等特点, 已在英国、墨西哥、美国、加拿大和澳大利亚等国得到应用, 成为仅次于陆地LNG 接收终端的应用方式, 但其它成本比FSRU 、FRU 和SRV 高很多。下面主要讨论浮式LNG 接收及气化终端, 即FSRU 。二、浮式LNG 接收终端(FSRU 发展状况和特点(一 FSRU 发展状况对于传统的LNG 运输船, 可以与FSRU 采用并靠或旁靠(Side 2by 2side 方式卸货。用串靠或尾靠(Tande m transfer 方式的也可以, 且适用条件更广, 可在较恶劣的条件下卸载。对于陆上终端和G BSs 来说, FSRU 非常具有成本优势。由于LNG 是资金密集型的工业, FSRU 和SRV 能显著降低成本。国外的研究表明4, 就一般而言, 不同的接收终端的成本如图1所示。图1几种LNG 接收站终端的成本比较84(二 FSRU 的特点FSRU 特别适合对气价承受力非常好、急需尽早供气的高端市场。而这些市场, 可以在传统的LNG 接收站建立以前用FSRU 供气, 然后这个FSRU 可以被拖到类似的地方再用。它也适合于短期供气的市场。浮式LNG 接收终端广泛集成已被证实的技术, 如石油天然气工业中广泛使用的海洋船舶、储罐、气化、装卸船等技术。浮式LNG 储存与再气化装置较常规陆上LNG 终端具有许多特点5-7:(1 特别适合于环境敏感地区或人口稠密地区, (2 它能够接收更大容量LNG 运输船, 。(3 与陆上LNG 接收站相比, 浮式LNG (如开方、填方等 、不需要建设码头/防波堤, 也没有航道(4 建设周期较短, , 简化了土地征用及政府审批手续, 提高了当地居民对,(5 , 确保陆域财产/生命安全, 方便选址和搬迁, 可采用灵, 为环境友好型工程。但是, FSRU 在以下方面仍存在挑战8:(1 大型LNG 运输船选择旁靠方式卸载LNG 时, 虽然在石油工业中经常采用这种方式, 但仍然存在风险因素;(2 如果危险情况发生时, 由于在海上, 紧急疏散的难度会增大很多;(3 FSRU 扩容能力较差。虽可选择再建一个FSRU, 导致投资增加。(三 FSRU 建造方式对FSRU 而言, 有两种方式, 一种是新建, 一种是旧LNG 运输船改建。上文提到的世界上第一个FSRU 就是属于新建, 其采用Excelerate 能源公司的专有“能桥”技术。新建FSRU, 可有三种不同的储罐形式:(1 Moss 型球体储罐, 其特点是甲板面积受限, 船体空间利用率低;(2 SP B 方体储罐, 其特点是充足的甲板面积, 可解决各种液位晃动载荷问题, 制造工艺简单, 周期短, 便于操作/维护;(3 薄膜方体储罐, 需解决晃动载荷问题, 有一定的制造工艺难度。图2世界上新建的第一个浮式接收终端9。图34为其他的FSRU 三维效果图。新建一艘FSRU 比FPS O 还简单, 其上部设施比常规的FPS O 设施少/简单, 单点系泊系统也比FPS O 简单, 船体结构没有自航系统, 储罐结构制造工艺设备与传统造船相同, 仅用的材料不同。以一艘现存的LNG 运输船进行改造, 可将其改建成FSRU , 用海底管线将气化后的天然气输送上岸, 供用户使用。也可将其改变成浮式电站FPGP (Fl oating Power Stati on f or Power Ex 2port , 用海底高压电缆把电能输送到陆地。改建将以最少改型为设计思想, 尽可能地利用现存设备, 并使系统最简单, 满足可行性、可用性和安全性。使用20年的LNG 运输船到LNG 新运输船都可以作为改建的对象。根据一定的用户规模, 如能找到合适的旧船, 其成本上有很大的竞争力。根据需要使用的年限要求, 进行设计后改建后的FSRU , 经船级社严格认证后, 可完全能达到设计要求。2006年1月18日, Golar LNG 有限公司宣布, 以LNG 运输船改建成FSRU 的合同正式签订, 整个改建工作将于2007年第二季度完成, 将成为世界上第一个改建的FSRU , 它是钢体单壳船, Moss 储罐在船的中部, 再气化装置在船的前部, 控制中心、共用94设施和船员生活设施在FSRU 的尾部, 采用并靠方式卸载LNG, 用海底管线, 输送压力815MPa, 大约每年能输送2715亿m 3的天然气, 即每年约200万t 。图2世界上新建的第一个浮式LNG 接收终端目前, 世界上主要有以下公司能提供FSRU 技术或服务:S BM 、ABB 、F MC 、DNV 、Knut 2sen OAS Shi pp ing AS 、Aerati on I ndustries 国际公司、Advanced Pr oducti on and Loading 公司、Aker Kvanerner 公司、B r oad water 公司、Golar LNG 公司和Mustang EngineeringsM idstrea m 集团等。改建FSRU, 应主要遵循以下规范和要求:DNV Rules f or Classificati on of Shi p s;I M O I GC Code 1993I nternati onal Code f or the Constructi on and Equi pment of Shi p s Carrying L iquefied Gases in Bulk;S OLAS I nternati onal Conversi on for Safety of L ives A t Sea;I CLL I nternati onal Conventi on of Load Lines 图3Golar LNG FSRU 三维效果图05 图4water FSRU 三维效果图FSRU 的构成使用FSRU, 。要满足不间断供气, 必须选择系泊位置和考虑当地的极端气象条件10。(一 适用FSRU 的海域条件(1 水深条件。最小水深在2050m , 可到200m 水深, 距岸线有一定的距离; (2 满足单点系泊有效作业半径和安全距离要求;(3 需考虑海底、相邻结构物的关系。(二 FSRU 的基本参数对于新建的FSRU, 可以根据需要的条件进行设计建造, 完全可以满足用户的要求。但对于改建, 由于选定旧船的限制, 有很多参数就受到限制, 比如存储能力等。为便于参考, 下面给出Golar 公司改建的FSRU 的参数, 表1是对应的FRS U 使用的极限环境条件参数。船型:现有的一艘LNG Moss 运输船船主:Golar LNG船制造年代:1981容积:m 3(在-163, 100%装载船长:289m型宽:4416m型深:2510m吃水深度:1114m表1Golar 公司给出的极限环境参数条件波浪(m 水流(m /s 风(m /s FS RU 生存极限00LNG 运输船连接卸载极限条件00实际上, FSRU 的储存能力可从几万到几十万m 3, 可在墨西哥海湾飓风条件下使用。其船体总长可到340m 左右、垂线间长可到320多m , 型宽约60m 、船中型深约34m 左右, 设计15吃水可到 14 m 左右 , 强肋骨间距约 314 m。 (三 FSRU 的总体布置 (四 FSRU 的组成 2. 卸料系统 52 图 5 为 SBM 集团的 SPB 储罐型的 FSRU 总体布置图 , 图 6 为 Gloar公司 Moss船改造成的 FSRU 的总体布置 。 图 5 SBM 集团的 FSRU 的气化设施和总体布置 图 6 Golar公司 Moss船改建的 FSRU 总体布置图 FSRU 除了适用海上的特点之外 , 与传统的 LNG接收站的功能非常类似 , 其组成也很类 似 。对于新建的 FSRU , 完全可以根据需要设计建造 (本文主要针对改建而言 , 所用参数与上 文 Golar 公司的 FSRU 匹配 。但不论对于哪种方式 , FSRU 基本上包括以下组成部分 : 1. 塔式系泊系统 塔式系泊系统与 FSRU 的前部相连 , 提供固定 、无旋转的结构以支持锚链 、柔性立管和控 制电缆等 。允许 FSRU 绕着此单点进行 360 。有内转塔式单点系泊和外转塔式单点系泊 。 旋转 此外 , 也可采用立管式单点系泊等 。另外 , 还包括 LNG运输船并靠卸载时的系泊系统 。 并靠时 , FSRU 使用标准的卸料系统 , 3 根 16 ”的卸料臂 , 2 根用于液体 , 1 根用于气体 3 返回 。一般来说 , 对于 13 万 m 的 LNG运输船 , 仅卸料需要 16 h, 如包括靠泊 、卸料 、离开 泊位等时间大约 24 h。 3. LNG储存 、气化及外输系统 LNG储存在 FSRU 上的 LNG储罐内 , 与传统的接收终端类似 , 气化外输系统主要包括增 压泵 、气化器及计量系统等 。在气化前 , 增压泵将压力增加到 9 M Pa 左右 , 然后气化 , 计量后 通过气体旋转通道和柔性立管送到海底管线 。对于 Moss储罐 , 蒸发率大约为 0125% , 把这些 BOG气体收集起来 , 一般将其用于燃料 , 用于蒸汽发电 。 FSRU 一般比 LNG 运输船压力高 , 避免安装不必要的 BOG处理设备 。计量系统一般在船甲板的前部 。 4. 船上发电系统 改建船上现有的设备将用于在船上发电 。一般来说 , 船上有两台蒸汽驱动的透平发电机 , 将新添一台 6 MW 的透平发电机 。同时 , 还新增两台柴油发电机 。一般说来 , 锅炉全部用吸入 的 BOG气体做燃料 , 有时也增加一个 LNG气化器来提供所燃料用天然气 。 对于 Golar公司改建的第一个 FSRU , 其主要设备如表 2 所示 。 与陆地 LNG接收站一样 , 也应考虑 LNG以液态形式外输 , 如槽车运输等 。对于 FSRU 来 说 , 可考虑小型船槽船 (班轮 运输 , 上岸后用槽车运输到卫星站 , 气化后给用户使用 。由 于 FSRU 型深比一般的槽船大很多 , 高度相差很大 , 并且 FSRU 上空间非常有限 , 不能再设装 11, 12 车位和吊车等 。为解决此问题 , 开发了一套柔性 LNG转移系统 。详情请参阅文献 。 结合实例和数据 , 本文较详细地介绍了浮式 LNG接收终端的概念 、发展状况 、分类 、特 点 、组成 、建造 、系泊等问题 。经过多年来的发展 , 浮式 LNG接收终端已从概念设计走向了 53 表 2 Golar公司第一个改建的 FSRU 主要设备表 (气化能力为 240 t/ h, 年外输 2715 亿 m3 设备名称 设备数量 5 2 2 1 2 1 2 1 1 2 3 4 主要参数 3 罐内潜液泵 喷淋系统泵 HP压缩机 LP压缩机 1 100 m / h 3 50 m / h, 50 m th 27 000 m / h 6 700 m / h 3 3 LNG蒸汽加热器 LNG气化器 LNG卸料臂 2 200 MJ / h (7 000 kg/ h Vapor 7 500 MJ / h ( 8 800 kg / h LNG 16 ” 16 ” 3 蒸汽回气臂 惰性气体 氮气 5 000 m / h 60 Nm / h 3 3 LNG增压泵 267 m / h, 1 980 m lc LNG外出气化器 80 000 150 000 kg/ h 四 、 FSRU 上液态天然气的外输系统 五 、结论 工程实际应用 。因其不同于传统的接收终端的特点 , 相信会在中国得到应用 , 从而推动中国 LNG产业的发展 。 参考文献 : 1 http: / /www1 excelerateenergy1 com / gulf_ gateway1php EB /OL . m inals M . Sp ring, 2004. OL . 9 JENS P KAALSTAD. Submerged Turret Loading System - STL T M 2 JANA HARTL I E. Evaluation of L iquified Natural GaS Receiving Term ininal for Southern Califom ia of LNG Ter2 N 3 钱成文 . 国外 LNG接收站终端简介及发展趋势 J . 石油工业技术监督 , 2005, 21 (5 : 65 - 70. 4 htttp: / /www1 hoeghlng1 no / hoeghlng/multim edia / archive /00000 / SRV _OTC_ 2004 _ p resentat_ 585a. pdf EB / 5 http: / /www1poten1 com / attachmentS/LNG