【技术】海上能源巨无霸之FLNG

FLNG装置能综合完成传统的LNG生产，即天然气的开采、净化、液化、储存和装卸。其功能一应俱全，可谓“五位一...

FLNG装置能综合完成传统的LNG生产，即天然气的开采、净化、液化、储存和装卸。其功能一应俱全，可谓“五位一体”。

FLNG作为一种概念，已经历长达40多年的讨论，而近几年来FLNG市场出现了快速发展，目前已有2艘FLNG项目投入运营，更多项目正在开展和论证中。

据
了解，Technip公司正在进行两个FLNG项目的设计、工程化、采购、建造安装项目。一个是壳牌公司的西澳大利亚Prelude开发项目，其合作伙伴
是三星重工。壳牌公司于2012年10月进行Prelude子结构的开工，2013年1月开始进行上层模块的建造。该FLNG船长488米，宽74米，每
年可以处理360吨的LNG、130万吨的凝析油、40万吨的LPG。

另一个是巴西国家石油公司(Petrobras)在马来西亚Kanowit油田运营的FLNG设施，合作伙伴是大宇造船海洋，共同负责项目的工程化、采购、建造和安装。

还有一些FLNG项目正在进行前端设计或超前端设计，包括埃克森美孚的Scarborough项目、Woodside石油公司的Browse开发项目、Inpedx公司的印度尼西亚Abadi项目。

诸多因素促进了FLNG市场的发展，例如海上FLNG装置的建造时间相比于陆地LNG储存舱短，陆上建造时间长达3～4年，而且海上FLNG装置的建造成本
相对较低。同时，生产储存技术的发展使得遥远的伴生气田的开发具有了可行性，工程师解决了FLNG的三个主要难题：围护、海上装载、将陆地液化气装置复制
到空间有限的浮式船舶上，进行安全的设计和找到合适的重心非常关键。

Technip公司称，空间利用和安全是海上LNG生产的关键难点，陆地上由于有大量空间而不存在这些问题，而海上却十分拥挤，在陆上可以使用2D方法，而海上只能采用3D方法。FLNG装置设计紧凑，同时实际工作环境还涉及到颠簸、腐蚀等诸多问题，因此甲板上的生产装置部分详细设计与陆地同规模工厂设计完全不同。该公司进行了长达40～50年的LNG装置设计，在过去，空间利用的问题不像FLNG这样突出，目前需要结合LNG技术和对海洋环境的理解，将所有的设备布置在一个有限空间内，这将决定项目的成功与否。

相比于固定码头附近的传统装载方式而言，LNG从浮式结构装载到运输船上同样也是一个较为复杂的问题。装载操作必须在两艘处于运动的船上进行，而且存在一定
的距离，例如Prelude项目中的FLNG装置的甲板上安装有装载臂，该甲板至常规LNG运输船的进入管汇长达10米甚至更大。

为了解决甲板之间的落差问题，FMC技术公司开发了一种新型装载臂，该系统命名为“海上无脚装载臂”(OLAF)，该装置基于现有的Chiksan船用装载技术，但取消了用于支持铰接组装的基础立管。OLAF安装在甲板的转盘上，能够减少1/5的臂长，距离范围能够到达下方运输船的甲板上。控制系统用于船舶
之间运动的分析与预测，以防止运输船上的应力集中。FMC公司称，LNG运输船的管汇不能承受较多的机械载荷，因此只能确保连接这些管汇的系统具有完全的
自我支持能力和自我平衡能力。

液体输送目前仍是一个挑战，特别是项目的工作环境越来越有挑战性的时候。在Prelude项目中，LNG运输船在装载状况下采用并行模式，而在海况波高超过
4.5米时这种模式并不可行，在这种状况下装载模式可以采用前后布置或首尾布置，两船之间的距离约为70～115米。FMC公司目前开发了一型前后排列的
装载系统，称之为“前后排列海上装载机”(ATOL)，适用于工作水深为900米的Carnarvon油气田。

通过项目积累经验也成为了FLNG市场发展的一个特点。壳牌公司在2011年开展Prelude项目时，就明确表示该项目应为未来的FLNG项目积累可行的经验。

FLNG的关键技术

容器内LNG的减晃技术

由于液舱内LNG的流动性远高于原油的流动性，因而FLNG船体的运动将会引发舱内LNG的晃荡。LNG的晃荡带来以下的危害：

1. 船体受到较大损害由于舱内LNG的晃荡反过来会影响FLNG船体的整体运动，故而在产生共振的情况下，将引起船体疲劳损伤。

2. 液化装置效率降低

船体在风、浪、流等影响下而产生的剧烈运动，使得安装于FLNG甲板上的液化装置处在不断运动的环境中，剧烈运动的液化装置引起的LNG的晃荡，将使液化工作效率大大降低。

但是，可以通过下面的措施来减小LNG在容器内的晃动：

1. 合理布置液化装置

液化装置在FLNG上的位置与方向对减小其运动响应有直接关系。

例如，在六个自由度的运动中，通常以纵摇最为有害，故液化装置的轴向若能沿最小的纵摇方向布置，则可减轻纵摇。

再如，若能使液化装置尽量靠近船体的重心位置来布置，则可使液化装置沿垂直轴(Z轴)方向的升沉运动的响应保持在一个最小值。

2. 合理设计液化装置

液化装置的尺寸和内部构件的几何形状、尺寸等均应合理设计。如卧式液化装置，应尽可能地增加其直径和减小长度尺寸。从内部构件来看，应增设堰板，但其数量及几何形状(如采用弯月形等)，则应通过优化设计，合理确定。一般应使液化装置能经受600横摇和300纵摇。

尾输卸载的软管技术

FLNG
尾输卸载作业时，是通过一根系泊缆与穿梭油轮连接，并使用输送LNG的软管进行卸载。通常一个卸载过程大约20小时左右，这就要求输送软管需要全程浮于水
面之上。但是，由于LNG必须保持零下162℃的超低温，因而不仅要求输送软管的材料能承受超低温；而且软管本身还要不受海水较长时间的温度影响，保持恒
超低温。此外，输送软管还需要克服FLNG与穿梭油轮两船相对运动的影响。目前我国尚无这种高端产品。

此种冷冻软管系由耐超低温材料的输送软管及其真空绝热环空系统组成，具体构成如下：

1-保护壳

2-柔性不锈钢外管

3-具有最佳保持恒低温及防漏性能的高级真空绝热环空系统

4-不锈钢层

5-柔性不锈钢内管

旁靠卸载的防碰技术

旁靠卸载作业时，由于近靠的两船体之间会相互产生强烈的非线性水动力影响，因而有时会导致两浮体之间的碰撞。因此，就需要对两浮体之间的相互的水动力影响进
行研究，对两浮体之间的相对运动响应做出准确的预报，尤其是要准确预报FLNG的运动响应。为此，不仅要开展非线性水动力学研究，给出预报软件；而且，还
要通验水池试验，研究抗撞措施(例如，自由液面处加一盖子等)。

液化工艺的改进技术

1. 液化流程的紧凑：FLNG的甲板面积仅为岸上天然气液化工厂面积的1/4，这就要求天然气液化的工艺流程，要设计得十分紧凑。

2. 制冷剂的高性能：船上制备的制冷剂，要具有对不同产地的天然气的高适应性，而且热效率还要高；并且在面临恶劣天气时能快速停机，移动至另一生产位置后能迅速开机。

3. 循环模式的优选：液化流程的循环模式要按照结构紧凑、安全性好、制冷剂始终保持气相、冷箱小、无需分馏塔、对船体运动的敏感性低等要求，依优化设计理论优选。

FLNG的动力定位技术

动力定位系统(DPS)是通过声波测量系统测出船体位移，再运用计算机自位移算出来自海洋环境的动力及力矩，然后，指令可变矩螺旋桨给出相反的抵抗力及力矩，从而实时保持船体定位的技术。有了动力定位技术，既可使FLNG适应海况的能力大大增强，也更有利于LNG的卸载作业，使卸载作业可以在更为恶劣的环境条件下进行。因此，这就需要从FLNG的船型特点及服役的海域海况实际出发，设计出相适应的FLNG的动力定位系统。

资料整理自海洋智汇