1、中山大學學報論叢, 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 接收終端技術與應用3侯建國, 黃群, 諸良(中海石油天然氣及發(fā)電有限責任公司, 北京100027 摘要:對近海浮式LNG 接收終端從概念、發(fā)展狀況、分類設計較系統(tǒng)地介紹, 闡述了與陸地LNG 接收站的不同特點FSRU 項目情況。浮式LNG 接收終端對我國LNG 關鍵詞:LNG; 接收終端; 浮式; ; G 中圖分類號:TE8:100721792(2007 0220047208近年來, LNG 的發(fā)展速率非?？?。根據(jù)I G U (I n

2、ternati onal Gas Uni on 和W GC (World Gas W GC 網(wǎng)站的報道, 液化天然氣的發(fā)展速率比其他燃料快兩倍多, 全球貿(mào)易非?；钴S, 2005年約114108t 。LNG 接收終端得到了快速發(fā)展, 據(jù)Encycl o 2pedia of LNG 2005報道, 到2005年底, 全球已建成52個LNG 接收站(2003的統(tǒng)計數(shù)據(jù)為38個 , LNG 接收站得到了越來越多的關注, 特別是其安全性, 人們需要但又視其為“危險裝置”, 這就要求提供新的、更加安全、更加合理的LNG 接收終端。借鑒海上油氣田的成功經(jīng)驗, 建設近海接收站的想法就提出來了。據(jù)英國近海工程師

3、雜志2000年11月刊報道, 意大利船級社進行的一項研究得出結論, 液化天然氣浮式接收儲存終端是經(jīng)濟可行的。此項研究工作表明, 浮式儲存與再氣化裝置較常規(guī)陸上終端具有多種優(yōu)點, 特別是對環(huán)境敏感地區(qū)或人口稠密地區(qū)。據(jù)2005版Petr oleum Econom ist World LNG Map 詳細報道了將于2008/9年投產(chǎn)的8個海上LNG 接收終端。全美國已經(jīng)建有6個LNG 接收站, 雖然幾經(jīng)擴建, 預測至少需要再建約30個接收終端才能滿足北美天然氣市場, 海上接收終端也成為考慮的方向之一。2005年4月, Excelerate 公司宣布, 世界上第一個海上LNG 接收氣化裝置完成試運轉(zhuǎn)

4、, 開始商業(yè)運營1, 拉開了海上浮式LNG 接收終端的建設序幕。海上浮式LNG 接收再氣化終端從概念設計終于成為現(xiàn)實, 對LNG 接收站的發(fā)展和建設具有劃時代的意義, 開創(chuàng)了LNG 技術的新時代。一、海上LNG 接收終端種類從LNG 接收終端所處的位置來看, LNG 接收站可分為兩類, 一類是陸地式, 即傳統(tǒng)的LNG 接收站; 一類是近海離岸式接收終端, 即海上LNG 接收站終端。海上接收站可分為幾種形式:(1 浮式LNG 儲存再氣化裝置(Fl oating St orage and Re 2gasificati on Unit, FSRU ;(2 浮式LNG 氣化裝置(Fl oating R

5、e 2gasificati on Unit, FRU, 快速氣化, 與地下儲氣庫聯(lián)3收稿日期:2006-11-20作者簡介:侯建國(1970- , 男, 四川營山人, 中海石油天然氣及發(fā)電有限責任公司高級工程師, 博士; E 2mail :houjgcnooc 1com 1cn 。用 ;(3 LNG 穿梭船(LNG Shuttle and Regas Vessel, SRV; 包括水下或外轉(zhuǎn)塔式系錨系統(tǒng) ; (4 重力基礎結構(Gravity Based Structure, G BS (5 平臺式LNG 接收終端(Platfor m Based I m port Ter m inal, P

6、B I T FSRU 是浮式接收儲存和再氣化裝置, 其外形類似于LNG 運輸船, 具有儲存和再氣化LNG 的功能。FRS U 與FRU 相比, FRU 沒有儲存功能, 它是利用在LNG 運輸船上安裝氣化設施, 用海底管線上岸。目前, FSRU 成為浮式接收站的主要方式, 。SRV 是FSRU 的備選方法, 與FRU 非常類似, 利用安裝在輔助甲板/船頭的再氣化裝置直接氣化LNG 船靠近或安全連接到海底浮標, 連接之后, LNG 立管, LNG2-3。類似平臺不能承受LNG 船的載荷, , 可以與陸地上的大型地下儲氣庫集成一體使用。G BS 形式的海上接收終端是一個座落在海底的混凝土或鋼制矩形(

7、或幾個沉箱 式結構。對于預應力混凝土結構的G BS 型LNG 接收終端, 具有重量輕, 在低溫下具有優(yōu)良的性能和長久耐用性能等特點, 已在英國、墨西哥、美國、加拿大和澳大利亞等國得到應用, 成為僅次于陸地LNG 接收終端的應用方式, 但其它成本比FSRU 、FRU 和SRV 高很多。下面主要討論浮式LNG 接收及氣化終端, 即FSRU 。二、浮式LNG 接收終端(FSRU 發(fā)展狀況和特點(一 FSRU 發(fā)展狀況對于傳統(tǒng)的LNG 運輸船, 可以與FSRU 采用并靠或旁靠(Side 2by 2side 方式卸貨。用串靠或尾靠(Tande m transfer 方式的也可以, 且適用條件更廣, 可在

8、較惡劣的條件下卸載。對于陸上終端和G BSs 來說, FSRU 非常具有成本優(yōu)勢。由于LNG 是資金密集型的工業(yè), FSRU 和SRV 能顯著降低成本。國外的研究表明4, 就一般而言, 不同的接收終端的成本如圖1所示。圖1幾種LNG 接收站終端的成本比較84(二 FSRU 的特點FSRU 特別適合對氣價承受力非常好、急需盡早供氣的高端市場。而這些市場, 可以在傳統(tǒng)的LNG 接收站建立以前用FSRU 供氣, 然后這個FSRU 可以被拖到類似的地方再用。它也適合于短期供氣的市場。浮式LNG 接收終端廣泛集成已被證實的技術, 如石油天然氣工業(yè)中廣泛使用的海洋船舶、儲罐、氣化、裝卸船等技術。浮式LNG

9、 儲存與再氣化裝置較常規(guī)陸上LNG 終端具有許多特點5-7:(1 特別適合于環(huán)境敏感地區(qū)或人口稠密地區(qū), (2 它能夠接收更大容量LNG 運輸船, 。(3 與陸上LNG 接收站相比, 浮式LNG (如開方、填方等 、不需要建設碼頭/防波堤, 也沒有航道(4 建設周期較短, , 簡化了土地征用及政府審批手續(xù), 提高了當?shù)鼐用駥?(5 , 確保陸域財產(chǎn)/生命安全, 方便選址和搬遷, 可采用靈, 為環(huán)境友好型工程。但是, FSRU 在以下方面仍存在挑戰(zhàn)8:(1 大型LNG 運輸船選擇旁靠方式卸載LNG 時, 雖然在石油工業(yè)中經(jīng)常采用這種方式, 但仍然存在風險因素;(2 如果危險情況發(fā)生時, 由于在海

10、上, 緊急疏散的難度會增大很多;(3 FSRU 擴容能力較差。雖可選擇再建一個FSRU, 導致投資增加。(三 FSRU 建造方式對FSRU 而言, 有兩種方式, 一種是新建, 一種是舊LNG 運輸船改建。上文提到的世界上第一個FSRU 就是屬于新建, 其采用Excelerate 能源公司的專有“能橋”技術。新建FSRU, 可有三種不同的儲罐形式:(1 Moss 型球體儲罐, 其特點是甲板面積受限, 船體空間利用率低;(2 SP B 方體儲罐, 其特點是充足的甲板面積, 可解決各種液位晃動載荷問題, 制造工藝簡單, 周期短, 便于操作/維護;(3 薄膜方體儲罐, 需解決晃動載荷問題, 有一定的制

11、造工藝難度。圖2世界上新建的第一個浮式接收終端9。圖34為其他的FSRU 三維效果圖。新建一艘FSRU 比FPS O 還簡單, 其上部設施比常規(guī)的FPS O 設施少/簡單, 單點系泊系統(tǒng)也比FPS O 簡單, 船體結構沒有自航系統(tǒng), 儲罐結構制造工藝設備與傳統(tǒng)造船相同, 僅用的材料不同。以一艘現(xiàn)存的LNG 運輸船進行改造, 可將其改建成FSRU , 用海底管線將氣化后的天然氣輸送上岸, 供用戶使用。也可將其改變成浮式電站FPGP (Fl oating Power Stati on f or Power Ex 2port , 用海底高壓電纜把電能輸送到陸地。改建將以最少改型為設計思想, 盡可能地

12、利用現(xiàn)存設備, 并使系統(tǒng)最簡單, 滿足可行性、可用性和安全性。使用20年的LNG 運輸船到LNG 新運輸船都可以作為改建的對象。根據(jù)一定的用戶規(guī)模, 如能找到合適的舊船, 其成本上有很大的競爭力。根據(jù)需要使用的年限要求, 進行設計后改建后的FSRU , 經(jīng)船級社嚴格認證后, 可完全能達到設計要求。2006年1月18日, Golar LNG 有限公司宣布, 以LNG 運輸船改建成FSRU 的合同正式簽訂, 整個改建工作將于2007年第二季度完成, 將成為世界上第一個改建的FSRU , 它是鋼體單殼船, Moss 儲罐在船的中部, 再氣化裝置在船的前部, 控制中心、共用94設施和船員生活設施在FS

13、RU 的尾部, 采用并靠方式卸載LNG, 用海底管線, 輸送壓力815MPa, 大約每年能輸送2715億m 3的天然氣, 即每年約200萬t 。圖2世界上新建的第一個浮式LNG 接收終端目前, 世界上主要有以下公司能提供FSRU 技術或服務:S BM 、ABB 、F MC 、DNV 、Knut 2sen OAS Shi pp ing AS 、Aerati on I ndustries 國際公司、Advanced Pr oducti on and Loading 公司、Aker Kvanerner 公司、B r oad water 公司、Golar LNG 公司和Mustang Engineer

14、ingsM idstrea m 集團等。改建FSRU, 應主要遵循以下規(guī)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 Convent

15、i on of Load Lines 圖3Golar LNG FSRU 三維效果圖05 圖4water FSRU 三維效果圖FSRU 的構成使用FSRU, 。要滿足不間斷供氣, 必須選擇系泊位置和考慮當?shù)氐臉O端氣象條件10。(一 適用FSRU 的海域條件(1 水深條件。最小水深在2050m , 可到200m 水深, 距岸線有一定的距離; (2 滿足單點系泊有效作業(yè)半徑和安全距離要求;(3 需考慮海底、相鄰結構物的關系。(二 FSRU 的基本參數(shù)對于新建的FSRU, 可以根據(jù)需要的條件進行設計建造, 完全可以滿足用戶的要求。但對于改建, 由于選定舊船的限制, 有很多參數(shù)就受到限制, 比如存儲能力

16、等。為便于參考, 下面給出Golar 公司改建的FSRU 的參數(shù), 表1是對應的FRS U 使用的極限環(huán)境條件參數(shù)。船型:現(xiàn)有的一艘LNG Moss 運輸船船主:Golar LNG船制造年代:1981容積:129000m 3(在-163, 100%裝載船長:289m型寬:4416m型深:2510m吃水深度:1114m表1Golar 公司給出的極限環(huán)境參數(shù)條件波浪(m 水流(m /s 風(m /s FS RU 生存極限15吃水可到 14 m 左右 , 強肋骨間距約 314 m。 (三 FSRU 的總體布置 (四 FSRU 的組成 2. 卸料系統(tǒng) 52 圖 5 為 SBM 集團的 SPB 儲罐型的

17、 FSRU 總體布置圖 , 圖 6 為 Gloar公司 Moss船改造成的 FSRU 的總體布置 。 圖 5 SBM 集團的 FSRU 的氣化設施和總體布置 圖 6 Golar公司 Moss船改建的 FSRU 總體布置圖 FSRU 除了適用海上的特點之外 , 與傳統(tǒng)的 LNG接收站的功能非常類似 , 其組成也很類 似 。對于新建的 FSRU , 完全可以根據(jù)需要設計建造 (本文主要針對改建而言 , 所用參數(shù)與上 文 Golar 公司的 FSRU 匹配 。但不論對于哪種方式 , FSRU 基本上包括以下組成部分 : 1. 塔式系泊系統(tǒng) 塔式系泊系統(tǒng)與 FSRU 的前部相連 , 提供固定 、無旋轉(zhuǎn)

18、的結構以支持錨鏈 、柔性立管和控 制電纜等 。允許 FSRU 繞著此單點進行 360 。有內(nèi)轉(zhuǎn)塔式單點系泊和外轉(zhuǎn)塔式單點系泊 。 旋轉(zhuǎn) 此外 , 也可采用立管式單點系泊等 。另外 , 還包括 LNG運輸船并靠卸載時的系泊系統(tǒng) 。 并靠時 , FSRU 使用標準的卸料系統(tǒng) , 3 根 16 ”的卸料臂 , 2 根用于液體 , 1 根用于氣體 3 返回 。一般來說 , 對于 13 萬 m 的 LNG運輸船 , 僅卸料需要 16 h, 如包括靠泊 、卸料 、離開 泊位等時間大約 24 h。 3. LNG儲存 、氣化及外輸系統(tǒng) LNG儲存在 FSRU 上的 LNG儲罐內(nèi) , 與傳統(tǒng)的接收終端類似 ,

19、氣化外輸系統(tǒng)主要包括增 壓泵 、氣化器及計量系統(tǒng)等 。在氣化前 , 增壓泵將壓力增加到 9 M Pa 左右 , 然后氣化 , 計量后 通過氣體旋轉(zhuǎn)通道和柔性立管送到海底管線 。對于 Moss儲罐 , 蒸發(fā)率大約為 0125% , 把這些 BOG氣體收集起來 , 一般將其用于燃料 , 用于蒸汽發(fā)電 。 FSRU 一般比 LNG 運輸船壓力高 , 避免安裝不必要的 BOG處理設備 。計量系統(tǒng)一般在船甲板的前部 。 4. 船上發(fā)電系統(tǒng) 改建船上現(xiàn)有的設備將用于在船上發(fā)電 。一般來說 , 船上有兩臺蒸汽驅(qū)動的透平發(fā)電機 , 將新添一臺 6 MW 的透平發(fā)電機 。同時 , 還新增兩臺柴油發(fā)電機 。一般說

20、來 , 鍋爐全部用吸入 的 BOG氣體做燃料 , 有時也增加一個 LNG氣化器來提供所燃料用天然氣 。 對于 Golar公司改建的第一個 FSRU , 其主要設備如表 2 所示 。 與陸地 LNG接收站一樣 , 也應考慮 LNG以液態(tài)形式外輸 , 如槽車運輸?shù)?。對于 FSRU 來 說 , 可考慮小型船槽船 (班輪 運輸 , 上岸后用槽車運輸?shù)叫l(wèi)星站 , 氣化后給用戶使用 。由 于 FSRU 型深比一般的槽船大很多 , 高度相差很大 , 并且 FSRU 上空間非常有限 , 不能再設裝 11, 12 車位和吊車等 。為解決此問題 , 開發(fā)了一套柔性 LNG轉(zhuǎn)移系統(tǒng) 。詳情請參閱文獻 。 結合實例

21、和數(shù)據(jù) , 本文較詳細地介紹了浮式 LNG接收終端的概念 、發(fā)展狀況 、分類 、特 點 、組成 、建造 、系泊等問題 。經(jīng)過多年來的發(fā)展 , 浮式 LNG接收終端已從概念設計走向了 53 表 2 Golar公司第一個改建的 FSRU 主要設備表 (氣化能力為 240 t/ h, 年外輸 2715 億 m3 設備名稱 設備數(shù)量 5 2 2 1 2 1 2 1 1 2 3 4 主要參數(shù) 3 罐內(nèi)潛液泵 噴淋系統(tǒng)泵 HP壓縮機 LP壓縮機 1 100 m / h 3 50 m / h, 50 m th 27 000 m / h 6 700 m / h 3 3 LNG蒸汽加熱器 LNG氣化器 LNG卸

22、料臂 2 200 MJ / h (7 000 kg/ h Vapor 7 500 MJ / h ( 8 800 kg / h LNG 16 ” 16 ” 3 蒸汽回氣臂 惰性氣體 氮氣 5 000 m / h 60 Nm / h 3 3 LNG增壓泵 267 m / h, 1 980 m lc LNG外出氣化器 80 000 150 000 kg/ h 四 、 FSRU 上液態(tài)天然氣的外輸系統(tǒng) 五 、結論 工程實際應用 。因其不同于傳統(tǒng)的接收終端的特點 , 相信會在中國得到應用 , 從而推動中國 LNG產(chǎn)業(yè)的發(fā)展 。 參考文獻 : 1 http: / /www1 excelerateenerg

23、y1 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 錢成文 . 國外 LNG接收站終端簡介及發(fā)展趨勢 J . 石油工業(yè)技術監(jiān)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/LNGop inion