FSRU 氣化裝置遮閉式布置

朱崇遠，朱永凱，時光志

（中海油能源發展股份有限公司 采油服務分公司，天津 300452）

0 引言

近年來，隨著液化天然氣（Liquefied Natural Gas，LNG）產業的開發和儲運技術的發展，人們對清潔能源的認識不斷提高，世界天然氣產業發展迅猛[1]。LNG迅速發展的關鍵在于LNG工程技術的提高。經過多年的發展，LNG已經形成了從液化、儲存、運輸、氣化到終端利用一整套完整的工藝技術和裝備產業。

浮式液化天然氣再氣化裝置（Floating Storage and Regasification Unit，FSRU）。目前，全球FSRU數量從13艘增加到21艘[2]。從新船訂單來看，FSRU的訂單相對穩定，每年都會有2～4艘新造或改裝訂單。

現有的FSRU都是以開架式氣化器（ORV）和浸沒燃燒式氣化器（SCV）作為主要氣化技術，利用閃蒸汽（Boil-Off Gas，BOG）燃燒的熱量或海水將LNG氣化。該氣化技術的應用使得系統低溫冷能浪費和海水溫度升高，從而破壞生態環境。此外，LNG-FSRU適合近岸設置，便于實現冷能產品的船岸共享。

本文以大型FSRU為研究對象，提出遮閉式布置氣化裝置方案，并對氣化裝置布置提出優化方案，對比FSRU氣化裝置敞開式布置，驗證該裝置的可靠性和經濟性。

1 FSR U 氣化裝置遮閉式布置

在運行的大多數FSRU都配備推進系統，兼具LNG運輸船的功能，可以在沒有氣化任務時從事LNG運輸業務。現運行的FSRU很多是由LNG運輸改造而來的，為了保證原船的LNG運輸倉容量，需簡化改造方案；很多改造思路是將LNG氣化裝置布置在船首，這樣雖然保持了原來LNG船的艙容，但是也帶來一系列的問題。為了解決上述問題，筆者開發了遮閉式氣化裝置布置方案，并申請了《遮閉式浮式氣化設施船體布置結構》國家專利，得到了專利保護。

2 裝置主要特點

目前，全球運行的大多數FSRU的LNG氣化裝置基本上都采用了敞開式布置氣化裝置，一般布置在船首或者船舯，其中最大的問題是視線問題，如圖1所示。LNG氣化裝置布置在船首或船舯是現行的主流布置方案。氣化裝置的高度一般為28 m，無論布置在船首或船舯，視線都會受阻，如圖1所示。有1艘147 000 m3的LNG船，加裝LNG氣化裝置后，視線盲區達到了500 m以上，超出了IMO的相關規定，基本上喪失了航行功能，將嚴重影響航行安全。如果氣化作業地點發生改變，則需要由拖輪拖帶其航行，才能完成轉移。

圖1 氣化裝置開敞式布置造成的船舶視線盲區

由于前甲板加裝了開敞式氣化裝置，當FSRU航行時，超過國際海事組織有關航行視線的相關規定，存在著風險隱患。部分LNG運輸船改造成氣化裝置開敞式布置FSRU后，由于航行視線受阻，不得不租用大動力拖輪拖帶，才能為了保證航行安全，筆者開發了氣化裝置遮閉式布置方案，并申請授權了《遮閉式浮式氣化設施船體布置結構》國家專利，專利號為：ZL 202021537636.7。申請保護的幾種典型的布置方案如圖2和圖3所示。

圖2 遮閉式浮式氣化設施船體布置結構

圖3 FSRU 氣化裝置布置方案3氣化裝置布置于船尾

圖2(a)將LNG氣化布置在LNG艙前部，圖2(b)則將其布置在LNG艙后方；圖3為LNG運輸船優化造型，氣化裝置安裝在船尾的絞纜機上方。

3 2 種布置的對比分析

采用遮閉型和敞開型氣化裝置布置方案，很多優勢和劣勢是相對的，相關學者可根據自身研發需求進行選擇。

3.1 安全性

從航行安全、人身安全和設備運行安全3個方面進行分析。

1）航行安全。由于開敞氣化裝置大多布置在船首，使得部分改造型FSRU視線受阻，如圖4所示。氣化裝置明顯遮擋駕駛臺的航行視線，對航行安全帶來極大的隱患。現狀下，即使有輔助安全設施，還是不能代替人工，因此很多承接改造項目的船廠，建議不使用自航。由此，FSRU在合同開始或結束時，必須使用大馬力拖輪拖帶航行。從近幾年的數據來看，由于瞭望引起的碰撞事故占碰撞事故的33%；一旦船舶碰撞發生，尤其是載有LNG貨物時發生碰撞事故，所造成損壞后果巨大，并無法估量損失。

圖4 LNG 運輸船改造FSRU 后，航行視線受阻

2）工作人員安全。在封閉的環境中，利用LNG氣化的冷源，可以較方便地將封閉艙室內的溫度降到舒適溫度范圍內。外界經歷雨、雪、風和雹等自然天氣時，工作人員可以按照預定的路線進行檢修。

3）氣化設備位于甲板以上。以17 400 m3的FSRU為例，LNG輸船或FSRU重達1 600 t，尤其是當船處于空載狀態且在臺風期間航行或避臺狀態時。敞開式的氣化裝置暴露在潮濕的海洋環境中，空氣的鹽度加劇對設備的腐蝕；生產過程中，設備因被腐蝕而發生泄漏，對LNG氣化生產帶來較大的威脅。而遮閉式安全性能得到最大的提升。氣化裝置安裝在艙內，一旦發生火災事故，便可停止氣化裝置艙LNG、電力和通風設備的運行，在人員安全撤離后，關閉氣化裝置艙所有進出口和通風口，并噴入七氟丙烷等類似滅火劑對火焰進行窒息，達到迅速滅火的目的；如果采用敞開式布置，一旦因不可避免的原因而發生火災事故，火勢則會因無法與空氣隔絕而難以控制，對FSRU本身及周圍設施帶來嚴重威脅。

3.2 經濟性

1）由于開敞式布置氣化裝置的FSRU動員或復員需要拖輪拖帶，每天10 000 hp（1 hp=0.735 kW）拖輪的租金（含油水及動復員準備）為30萬/天。假設從天津拖帶到東南亞，拖帶速度5 n mile/h，平均按3 000 n mile計算，需要航行1 000 h，合計約為42 d，約1 300萬元人民幣，這是一批不菲的支出。而LNG氣化裝置布置在艙內對駕駛臺視線無遮擋，可以像正常船舶一樣，安全自航。

2）布置在室外的電氣設備（比如氣化裝置重要的印刷板式換熱器）在室內時可以采用IP23級防護；敞開式布置時，則需要IP68級防護，兩者造價相差約為40%，1套3×250 mmsfcd室外費用約為5 000萬美元；如果將設備安裝在室內，可以減少近2 000萬美元投資，是一筆可觀的費用。

3）布置在船底艙內的氣化裝置海水泵，工作壓力采用1 kg/cm2即可達到工作要求。如果布置在型深26.5 m、吃水11.5 m的主甲板以上，海水泵的工作壓力至少需要2.5 kg/cm2才能達到工作要求；經咨詢海水泵的供應商，1 kg/cm2海水泵的壓頭約為2.5 kg/cm2海水泵的1/3，且運行功率壓頭1 kg/cm2的海水泵約為2.5 kg/cm2海水泵的40%。這樣從發電機配置上減小功率，省1 000 kW的總功率配置，且1 000 kW的電功率1年可節約2 000 t LNG，約600萬元人民幣，是一筆比較可觀的費用；但如果改造型FSRU因難以把氣化裝置安裝在艙內，并將LNG氣化裝置安裝在船尾絞纜機上方，壓頭仍需采用2.5 kg/cm2以上的海水泵，不能降低海水泵泵壓頭，則沒有該優勢。

4 結論

隨著我國經濟結構轉型升級以及對清潔能源需求的不斷增長，FSRU裝置憑借其自身優勢，必將在國內受到越來越多用戶的關注。FSRU氣化裝置遮閉式布置的研究與優化，為FSRU的設計和建造提供了更多的選擇。