FSRU 气化装置遮闭式布置

2021-07-09朱崇远朱永凯时光志

机电设备 2021年3期

朱崇远，朱永凯，时光志

（中海油能源发展股份有限公司采油服务分公司，天津 300452）

0 引言

近年来，随着液化天然气（Liquefied Natural Gas，LNG）产业的开发和储运技术的发展，人们对清洁能源的认识不断提高，世界天然气产业发展迅猛[1]。LNG迅速发展的关键在于LNG工程技术的提高。经过多年的发展，LNG已经形成了从液化、储存、运输、气化到终端利用一整套完整的工艺技术和装备产业。

浮式液化天然气再气化装置（Floating Storage and Regasification Unit，FSRU）。目前，全球FSRU数量从13艘增加到21艘[2]。从新船订单来看，FSRU的订单相对稳定，每年都会有2～4艘新造或改装订单。

现有的FSRU都是以开架式气化器（ORV）和浸没燃烧式气化器（SCV）作为主要气化技术，利用闪蒸汽（Boil-Off Gas，BOG）燃烧的热量或海水将LNG气化。该气化技术的应用使得系统低温冷能浪费和海水温度升高，从而破坏生态环境。此外，LNG-FSRU适合近岸设置，便于实现冷能产品的船岸共享。

本文以大型FSRU为研究对象，提出遮闭式布置气化装置方案，并对气化装置布置提出优化方案，对比FSRU气化装置敞开式布置，验证该装置的可靠性和经济性。

1 FSR U 气化装置遮闭式布置

在运行的大多数FSRU都配备推进系统，兼具LNG运输船的功能，可以在没有气化任务时从事LNG运输业务。现运行的FSRU很多是由LNG运输改造而来的，为了保证原船的LNG运输仓容量，需简化改造方案；很多改造思路是将LNG气化装置布置在船首，这样虽然保持了原来LNG船的舱容，但是也带来一系列的问题。为了解决上述问题，笔者开发了遮闭式气化装置布置方案，并申请了《遮闭式浮式气化设施船体布置结构》国家专利，得到了专利保护。

2 装置主要特点

目前，全球运行的大多数FSRU的LNG气化装置基本上都采用了敞开式布置气化装置，一般布置在船首或者船舯，其中最大的问题是视线问题，如图1所示。LNG气化装置布置在船首或船舯是现行的主流布置方案。气化装置的高度一般为28 m，无论布置在船首或船舯，视线都会受阻，如图1所示。有1艘147 000 m3的LNG船，加装LNG气化装置后，视线盲区达到了500 m以上，超出了IMO的相关规定，基本上丧失了航行功能，将严重影响航行安全。如果气化作业地点发生改变，则需要由拖轮拖带其航行，才能完成转移。

图1 气化装置开敞式布置造成的船舶视线盲区

由于前甲板加装了开敞式气化装置，当FSRU航行时，超过国际海事组织有关航行视线的相关规定，存在着风险隐患。部分LNG运输船改造成气化装置开敞式布置FSRU后，由于航行视线受阻，不得不租用大动力拖轮拖带，才能为了保证航行安全，笔者开发了气化装置遮闭式布置方案，并申请授权了《遮闭式浮式气化设施船体布置结构》国家专利，专利号为：ZL 202021537636.7。申请保护的几种典型的布置方案如图2和图3所示。

图2 遮闭式浮式气化设施船体布置结构

图3 FSRU 气化装置布置方案3气化装置布置于船尾

图2(a)将LNG气化布置在LNG舱前部，图2(b)则将其布置在LNG舱后方；图3为LNG运输船优化造型，气化装置安装在船尾的绞缆机上方。

3 2 种布置的对比分析

采用遮闭型和敞开型气化装置布置方案，很多优势和劣势是相对的，相关学者可根据自身研发需求进行选择。

3.1 安全性

从航行安全、人身安全和设备运行安全3个方面进行分析。

1）航行安全。由于开敞气化装置大多布置在船首，使得部分改造型FSRU视线受阻，如图4所示。气化装置明显遮挡驾驶台的航行视线，对航行安全带来极大的隐患。现状下，即使有辅助安全设施，还是不能代替人工，因此很多承接改造项目的船厂，建议不使用自航。由此，FSRU在合同开始或结束时，必须使用大马力拖轮拖带航行。从近几年的数据来看，由于瞭望引起的碰撞事故占碰撞事故的33%；一旦船舶碰撞发生，尤其是载有LNG货物时发生碰撞事故，所造成损坏后果巨大，并无法估量损失。

图4 LNG 运输船改造FSRU 后，航行视线受阻

2）工作人员安全。在封闭的环境中，利用LNG气化的冷源，可以较方便地将封闭舱室内的温度降到舒适温度范围内。外界经历雨、雪、风和雹等自然天气时，工作人员可以按照预定的路线进行检修。

3）气化设备位于甲板以上。以17 400 m3的FSRU为例，LNG输船或FSRU重达1 600 t，尤其是当船处于空载状态且在台风期间航行或避台状态时。敞开式的气化装置暴露在潮湿的海洋环境中，空气的盐度加剧对设备的腐蚀；生产过程中，设备因被腐蚀而发生泄漏，对LNG气化生产带来较大的威胁。而遮闭式安全性能得到最大的提升。气化装置安装在舱内，一旦发生火灾事故，便可停止气化装置舱LNG、电力和通风设备的运行，在人员安全撤离后，关闭气化装置舱所有进出口和通风口，并喷入七氟丙烷等类似灭火剂对火焰进行窒息，达到迅速灭火的目的；如果采用敞开式布置，一旦因不可避免的原因而发生火灾事故，火势则会因无法与空气隔绝而难以控制，对FSRU本身及周围设施带来严重威胁。

3.2 经济性

1）由于开敞式布置气化装置的FSRU动员或复员需要拖轮拖带，每天10 000 hp（1 hp=0.735 kW）拖轮的租金（含油水及动复员准备）为30万/天。假设从天津拖带到东南亚，拖带速度5 n mile/h，平均按3 000 n mile计算，需要航行1 000 h，合计约为42 d，约1 300万元人民币，这是一批不菲的支出。而LNG气化装置布置在舱内对驾驶台视线无遮挡，可以像正常船舶一样，安全自航。

2）布置在室外的电气设备（比如气化装置重要的印刷板式换热器）在室内时可以采用IP23级防护；敞开式布置时，则需要IP68级防护，两者造价相差约为40%，1套3×250 mmsfcd室外费用约为5 000万美元；如果将设备安装在室内，可以减少近2 000万美元投资，是一笔可观的费用。

3）布置在船底舱内的气化装置海水泵，工作压力采用1 kg/cm2即可达到工作要求。如果布置在型深26.5 m、吃水11.5 m的主甲板以上，海水泵的工作压力至少需要2.5 kg/cm2才能达到工作要求；经咨询海水泵的供应商，1 kg/cm2海水泵的压头约为2.5 kg/cm2海水泵的1/3，且运行功率压头1 kg/cm2的海水泵约为2.5 kg/cm2海水泵的40%。这样从发电机配置上减小功率，省1 000 kW的总功率配置，且1 000 kW的电功率1年可节约2 000 t LNG，约600万元人民币，是一笔比较可观的费用；但如果改造型FSRU因难以把气化装置安装在舱内，并将LNG气化装置安装在船尾绞缆机上方，压头仍需采用2.5 kg/cm2以上的海水泵，不能降低海水泵泵压头，则没有该优势。