《海洋石油121》浮式储油轮（FSOU）锅炉采用闪蒸原油的改装设计

陈海江 张家茂 胡刚明

摘    要：为了使《海洋石油121》浮式储油轮（FSOU）锅炉可以采用闪蒸原油，从原锅炉使用闪蒸原油存在的问题和风险入手，主要针对闪蒸原油的油品特性，如闪点、倾点、油品稳定性和温度控制等方面，在改装设计中采取多种安全保护与检测措施，确保改造后的锅炉可安全运行，实现降本增效、提高经济效益的目的。

关键词：海洋石油121;锅炉改造;闪蒸原油;降本增效

中图分类号：U644.5+8                          文献标识码：A

Abstract： In order to enable the original ship boiler of the HYSY121floating storage offloading unit （FSOU） project to burn flash crude oil， this paper expounds the problems and risks of using the flash crude oil in the original boiler， sorts out the technical difficulties and key points， aiming at the characteristics of flash crude oil， such as flash point， pour point， oil stability and temperature control and others， carries out the boiler-related systems retrofitting， through taking necessary safety measures to control various risks， and ultimately ensures the safety and reliability of burning flash crude oil， and achieves the purpose of burning flash crude oil， reducing cost and increasing efficiency， and improving economic benefits.

Key words： HYSY 121; Boiler retrofitting; Flash crude oil; Reduce cost and increase efficiency

1     引言

《海洋石油121》浮式儲油轮（FSOU）是由原《凤凰洲》油轮改造而成，具有储油、外输功能，采用内转塔式单点系泊定位、串靠尾输。

原船两台锅炉使用180CST重油和MDO作为燃料油，不符合使用闪蒸原油的要求。为达到节能减排、降本增效的目的，要求对原锅炉及其系统进行改造，实现油田自产的原油经闪蒸装置处理后可直接供燃油锅炉使用。

虽然此类锅炉改造工程在中海油具有成功改造案例，但此项目是在原船锅炉上进行局部改造，而不是通过更换锅炉而进行的大换新改造。通过与业主方、锅炉改造厂家、院校专家、CCS及ABS船级社等多次沟通，最终确定了锅炉改造方案并通过了CCS和ABS船级社的审核。经过专业锅炉改造厂家的设计和施工，按要求在交船节点前改造完成并通过试验验证，确保原船锅炉可以安全使用闪蒸原油。

2     原船燃油锅炉简介

原船燃油锅炉为Aalborg制造的两台MISSION OL 型锅炉，燃烧器型号为KBSD1900。

2.1   锅炉参数

品牌：Aalborg（Denmark）

数量：2台

型式：立式，水管锅炉

产气量：25 Ton/h

工作压力：1.6/0.7 MPa

给水温度：60 ℃

燃料：180 cSt重油（50 ℃）和船用柴油（MDO）

燃烧器型号：KBSD1900。

锅炉控制系统：Aalborg UNISAB控制系统

2.2   燃烧器

锅炉共配2个燃烧器：主燃烧器和点火燃烧器。燃烧器系统原理图，见图1。

2.2.1 主燃烧器

主燃烧器可以使用180 cSt的燃料油，采用蒸汽雾化。主燃烧器外形图，见图2。

2.2.2  点火燃烧器

点火燃烧器为电点火。锅炉启动时点火使用轻柴油，具有独立的轻柴油供给系统。点火燃烧器原理及外形图，见图3。

从图1、图2可见：主燃烧器既可以采用蒸汽雾化也可以采用空气雾化，原船设计采用蒸汽雾化式。该主燃烧器结构中，蒸汽及燃油分别在主油枪内部的内外管内运行、在雾化器内汇合雾化喷射。

3    原锅炉采用闪蒸原油存在的问题与风险

3.1   油品参数对比分析

本船闪蒸原油生产工艺流程为：井口生产井液（含水原油）→原油生产分离器（一级脱水）→电脱水器（脱盐+脱水）→原油缓冲罐（脱气）→外输泵→海底管道→海洋石油121储存→闪蒸设备撬（闪蒸处理，提高闪点）→闪蒸原油舱储存（合格）→各日用油柜→燃油设备。

原油本身具有挥发性和不稳定性，本船闪蒸原油只是在原油基础上通过闪蒸装置提高了闪点，并没有经过炼油厂的其他相关工艺处理，闪蒸后的原油依然是非标油品，所以闪蒸原油稳定性是不确定的。

根据闪蒸原油与ISO8217-2017中规定的轻柴油和燃料油各项参数的对比可知：运动粘度为11.9 cst（50 ℃时）;闪点80 ℃，高于规定中60 ℃的要求，油品偏于安全;倾点为40 ℃，流动性能较差;其他参数，如粘度、硫含量、水分、灰分、金属杂质等，都明显小于燃料油RMG180的极限值，接近轻柴油，个别参数甚至优于轻柴油，如水分和总残碳值等。

3.2   存在问题与风险

仅从闪蒸原油的参数来看，闪蒸原油是相对安全的，但原油内的易挥发成分并不能保证被闪蒸装置完全分离出来。原锅炉KBSD燃烧器是基于ISO8217性能稳定的油品进行设计的，而且由于锅炉具有明火燃烧的特性，其安全性要求较高;此外，在锅炉点火的瞬间对于锅炉炉膛和锅炉周围的防爆要求更高。因此，原锅炉使用闪蒸原油作为燃料油，对锅炉的各个系统均需要进行相应改造，以达到锅炉安全使用的目的。

原船锅炉燃用闪蒸原油存在的问题和风险，主要有如下几个方面：

（1）闪蒸原油闪点为80 ℃、倾点为40 ℃，这就要求系统内油温必须精确控制在一定范围内。若温度过高将有大量的可燃气体挥发，若温度过低将导致流动性变差，进而影响系统内设备及仪器仪表的正常使用;

（2）闪蒸原油存在不稳定性，需要确保锅炉燃烧器控制系统无漏泄。不论是泄漏至燃烧器周围还是锅炉炉膛内部，遇到高温均会蒸发或挥发出危险性气体，从而产生爆炸风险;

（3）锅炉燃烧器的火焰探测系统一旦出现问题，若不能及时做出检测，会导致炉膛内积聚较多未完全燃烧的燃油，将蒸发或挥发出危险性气体，从而产生爆炸风险;

（4）原锅炉的点火方式为电点火，点火枪比较长、高压点火电缆也比较长，一旦某个部位绝缘不好将会在对应部位产生电火花，若恰好附近有可燃气体就会存在爆炸的风险;

（5）原锅炉KBSD燃烧主油枪为老式油枪，主油枪为内外环管式，雾化蒸汽在内管、燃油在外管，若继续使用蒸汽作为雾化介质，雾化蒸汽会将主油枪中的燃油继续加热导致喷油嘴处的油温很高，从而产生爆燃风险。

综上所述，整个锅炉改造的重点为原油闪蒸后的油品闪点、倾点、温度控制，以及油品稳定性的控制与检测，需采取多种保护措施以确保改造后锅炉安全运行。

4    采用闪蒸原油锅炉改造方案

4.1   增加可燃气体探测系统

增加可燃气体探测系统，并入锅炉燃烧控制系统内，如图4、图5所示：在锅炉附近加装可燃气体探测设备，用以实时检测锅炉附近可燃气体浓度，从而检测燃油管路中和燃烧器主油枪是否存在漏泄现象，并可监测燃烧情况;如果在燃烧器启动或燃烧过程中出现可燃气体浓度超标时，可及时自动切断燃烧器管路以确保安全。

4.2   改造点火油枪系统

原锅炉柴油点火方式不作变更，避免在点火过程中产生火花，降低点火风险;原点火电极的绝缘材料是陶瓷且点火电极较长，对点火电极进行改造。改造后为全包围式点火电极，减少了导电的裸露部分，确保其不会漏电;对点火电缆与点火电极接头处作绝缘处理，进一步保证点火安全。

4.3   改造火焰檢测系统

原火焰检测设备使用的是西门子RAR9+LAE10系列，该火焰探测器为光电池型，对于使用闪蒸原油会存在火焰信息反馈不准确从而导致爆燃风险，需要改造为感应紫外线的火焰检测系统，该火焰探测器通过感应火焰中的紫外线强度来确定火焰是否正常。改造后的火焰探测系统更好的适应了闪蒸原油的特点，使反馈火焰信息更为精准和安全可靠。

4.4   增加燃油检漏阀和燃油切断阀

在燃烧器的燃油管路中增加一个检漏管路及阀门和一套主燃油切断阀，尽可能减少燃油泄漏的可能，最大限度的避免燃油泄漏至锅炉炉膛中，从而避免风险。

4.5   更换新型燃烧器主油枪和主喷油嘴

原燃烧器主油枪为内外环管式，雾化蒸汽在内管、燃油在外管，雾化蒸汽与燃油进行热交换导致燃油被过度加热;而新型的主油枪中雾化介质和燃油管路完全独立分开，两者只会在主喷油嘴前进行接触;此外，改造后使用压缩空气作为雾化介质，可以最大限度的避免燃油被过度加热的可能，同时将原雾化蒸汽进锅炉管线盲死。

4.6   增加压力仪表管线电伴热系统

燃油管路中的压力表和压力传感器的信号管内的油不会流动，由于闪蒸原油倾点为40 ℃，流动性较差，在室温情况下会出现凝固现象，从而导致燃油压力表和传感器不能正常工作。为此，在压力表和传感器的信号管线外部缠绕低温电伴热带，从而保证压力仪表管线内的闪蒸原油不会出现凝固现象，保证仪表管线正常工作。

4.7   增加燃油管的温度控制设备

闪蒸原油闪点为80 ℃、倾点为40 ℃，保证系统内闪蒸原油温度不会出现过高或过低现象尤为重要。通过修改燃油温度控制器参数及报警值，将系统内油温大体稳定控制在45 ℃～50 ℃范围内，从而保证整个系统对闪蒸原油油温的要求。

4.8   增加新控制箱

在锅炉旁新增1个新控制箱，功能主要包含可燃气体检测报警、闪蒸原油温度指示及报警、闪蒸原油泄漏报警等;对原控制箱的电气部分进行相应改造，同时将新控制箱与原控制箱进行信号/控制程序的交互控制，从而确保安全使用闪蒸原油。

4.9   延长预扫风时间

延长锅炉启动过程中的预扫风时间，增加锅炉炉膛内的换气量，以进一步保证点火的安全。

5     结论

（1）通过对闪蒸原油特性的分析，结合原船锅炉特点，将原船锅炉燃用闪蒸原油存在的问题与风险逐步排查出来，提出有效的改造措施和方案，从根本上确保了原船锅炉改造后燃用闪蒸原油的安全性和可靠性;

（2）中海油适应国家降本增效要求，改造后的锅炉可以直接燃用油田自产经闪蒸设备处理后的原油，降低了运营成本，提高了经济效益，达到降本增效的目的;

（3）船舶锅炉仅通过局部改造就可以燃用闪蒸原油的实例尚属于首次，油田自产原油未经工厂炼化处理就可以作为一种可供锅炉直接燃用的油品种类，意义十分重大。该锅炉改造案例的成功，将对有类似锅炉改造需求的船舶或其他行业锅炉改造均具有一定的指导意义，而且对于船舶上其他重要设备，如主机，发电机组等是否可以改造为可以直接燃用闪蒸原油均具有一定的参考意义。

参考文献

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