中国大型LNG/FLNG绕管换热器研发进展与工业化应用

大型LNG/FLNG绕管换热器是FLNG和大型LNG生产建设的核心装备,技术门槛高,长期由美国APCI和德国Linde公司垄断。本文全面回顾了中国在大型LNG/FLNG绕管换热器研发和工业化应用方面的最新进展,主要包括:①构建了适用于烷烃工质冷凝与沸腾流动的高精度数值模拟方法,提升了数值计算的准确性和稳定性,数值模拟结果与实验数据相对误差在±20%以内;揭示了晃动及结构参数对烷烃工质复杂相变流动传热的影响机制,建立了烷烃工质复杂相变流型转换准则与分流型的流动换热关联式;开发了具有自主知识产权的大型LNG/FLNG绕管换热器仿真设计软件,其仿真结果与现场运行数据平均相对误差小于5%。②研制了300 m以上超长无缝换热铝合金管及3种适用于LNG/FLNG绕管换热器的新型均布器,形成了基于铝换热管的大型LNG/FLNG绕管换热器结构优化设计技术,开发出了中国首套全铝制30万m3/d LNG/FLNG绕管换热器,通过了CCS认证,并制定了相关企业标准。③搭建了全球首个LNG/FLNG绕管换热器工业化测试平台,完成了首套全铝制30万m3/d LNG/FLNG绕管换热器静止和晃荡工业化应用测试,结果表明国产LNG/FLNG绕管换热器在换热等方面性能良好。相关研究成果为未来自主设计和建造大型LNG/FLNG绕管换热器奠定了基础。

海洋环境中LNG多工况转运用低温软管动力学响应研究

LNG低温软管是液化天然气深远海转运装卸的关键纽带,保证其安全可靠运行、高效持续作业对于LNG输送系统至关重要。LNG低温软管的主要应用工况有船-船并靠卸料、船-船串靠卸料及船岸加注。针对这些不同的应用工况,本文开展针对LNG低温软管的整体水动力分析和整体布置参数的敏感性分析。以直径为12英寸规格的LNG低温软管为研究对象,考虑风、浪、流等复杂海洋环境荷载的联合作用,采用Orcaflex软件对不同应用工况下的LNG低温软管进行建模、水动力分析和计算校核,研究结构的关键响应,并对低温软管整体线型设计参数及提升速度进行敏感性分析。结果表明:无论是串靠还是并靠工况,管长和两船间距增大都会导致曲率极值增大,张力极值减小;船岸加注时,提升速度会使张力极值减小,曲率极值增大。研究成果可为LNG低温软管的设计优化提供理论依据,并对FLNG卸料系统整体布置具有参考意义。

利用小型FLNG技术开发难动用储量的技术经济分析

在寻找整装优质储量愈来愈困难的情况下,盘活低品位的难动用储量已成为国内气田稳产乃至上产的重要途径之一。为此,提出了一种小型集海上天然气液化、储存和装卸为一体的新型浮式装置(FLNG)开发方案,分析了小型FLNG技术的发展现状及关键技术实施的可行性,并以某海外气田区块A为例,对小型FLNG开发方案和传统开发模式进行了经济性对比。结果表明:在保证小型FLNG装置滚动生产期限的前提下,区块A难动用储量经小型FLNG装置加工、转运和销售后,LNG到岸价格基本满足目标市场的消费水平,保证了上、下游同时实现10%内部收益率的要求。同时分析了小型FLNG方案还可通过成本控制、市场细分、管理模式创新、申请优惠税费政策等手段来进一步提升经济效益。结论认为,在国内外争夺海上油气资源日益激烈的前提下,小型FLNG方案已成为盘活海上天然气难动用储量的可行性方案,虽然尚未有具体的工程化应用案例,但是应综合考虑小型FLNG技术的优势与风险,采用可靠的工程化技术手段并利用其他海上类似工程应用经验,加快推进小型FLNG技术的发展与工程化应用。

FLNG薄膜型液货舱结构强度分析

由于FLNG在海上气田开采上具有优势,其相关技术成为新的研究热点,但国内相关研究尚不够深入。以某采用GTT NO96薄膜型围护系统的FLNG前端工程设计为例,首先简要阐述LNG液货舱结构特点,然后采用有限元软件对液货舱的强度进行分析和优化。整个设计面向实船,贴近业主运营需求,可为类似船型的开发提供参考。

FLNG船凝析油舱与LNG舱过渡区域结构强度分析及优化

以一艘船体纵向结构存在突变的FLNG船为研究目标,根据BV规范要求,利用有限元分析技术和VeriSTARHull软件,对目标船凝析油舱与LNG舱之间的结构突变区域的强度进行评估。建立了FLNG舱段的三维有限元模型,根据BV规范确定了计算工况及载荷,对目标船过渡区域的结构强度和应力水平进行了分析。结果表明:应对凝析油舱与LNG舱之间的水平桁、垂直桁根部设置大肘板,以增大根部的剪切面积,降低应力水平;同时采用合理的端部大肘板形式,并在端部大肘板处开洞,以减轻结构重量;对于内甲板过渡结构,由于结构较为冗余,因此取消靠近舷侧的两根甲板纵桁,以满足结构轻量化的要求。本文研究可为我国大型FLNG设计尤其是对FLNG船舱存在结构突变过渡区域的设计提供借鉴。

LNG运输船旁靠FLNG卸载作业时的水动力性能试验

针对LNG(液化天然气)运输船旁靠FLNG(浮式液化天然气生产储存装置)进行卸载作业时两船间存在复杂的水动力响应问题开展了水池模型试验,研究了不同载况下FLNG、LNG运输船的运动响应与相对运动特性以及旁靠定位系统连接缆与防碰垫的受力情况,并分析了斜浪对两船相对运动、旁靠定位系统连接缆与防碰垫的受力和系泊定位系统锚链受力的影响。结果表明:两船的艏摇一致性较好;横荡和纵荡存在较明显的相对运动,相对横荡运动波频运动特性明显,相对纵荡运动低频运动特性明显且幅值更大;风和波浪的夹角变化对于两船相对运动和旁靠系统所承受载荷有一定的影响,而且斜浪工况下两船相对运动和承受载荷都更加明显。这些研究结论可为LNG运输船旁靠FLNG卸载作业以及未来FLNG的设计提供参考。

FLNG船体关键技术综述

FLNG浮式液化天然气开发系统是当前海洋工程领域所关注的研究热点之一。介绍FLNG船体相关的关键技术现状及发展趋势，并对我国FLNG的发展提出了建议。

FLNG发展及应用初探

浮式液化天然气生产储存外输装置(FLNG)是海洋工程领域所关注的热点之一。介绍了FLNG的概念及关键技术,分析了FLNG的发展历程及工程应用,总结了在中国南海应用中存在的问题和挑战,并给出了相应的建议。

浅谈中小型浮式FLNG货舱系统选型

通过介绍目前世界上主要的船用LNG货舱舱型,分析了各类型LNG液货舱的特点。结合国内在建的FLNG项目现状和实践经验,针对中小型FLNG装置,对FLNG液货舱的选型提出了建议。

板翅式换热器在FLNG领域的研究进展

介绍了板翅式换热器在FLNG领域的应用背景,综述了近年来国内外板翅式换热器的研究的发展进程。对应用在FLNG领域的板翅式换热器的主要研究方向和现存问题作了总结。结果表明,随着我国近海天然气的开发,板翅式换热器作为FLNG液化工艺过程中的主换热器,具有良好的应用前景。

印刷电路板式换热器在深海浮式LNG装置中的应用和关键技术分析

印刷电路板式换热器(PCHE)具有耐高压、耐高/低温、结构紧凑、体积小、换热效率高的优点,是深海浮式LNG装置的关键设备之一。论文介绍了印刷电路板式换热器(PCHE)在深海浮式LNG装置中的应用与工作原理,重点阐述了印刷电路板式换热器研制的关键技术,以及七二五所在印刷电路板式换热器研制过程中解决关键技术所采取的措施和取得的成果,分析了印刷电路板式换热器在不同领域的应用和发展前景。

LNG液舱围护系统发展现状及趋势分析

本文首先对LNG液舱围护系统的发展现状进行了概述,并详细阐述了其装卸流程。然后对典型的LNG液舱围护系统组成进行了详细介绍。然后针对LNG动力船、LNG运输船和FLNG装置特点,对其液舱围护系统选型进行分析。之后对目前新型的LNG液舱围护系统进行介绍,并对其发展趋势进行分析。最后对LNG液舱围护系统进行总结,并对液舱发展前景进行展望。

LNG项目模块化应用实践及对中国模块厂的挑战

模块化已成为一些陆上LNG项目和海上浮式液化天然气(FLNG)项目建设的重要实施方式。从模块化技术特点出发,介绍陆上LNG和海上FLNG模块化技术应用的进展,分析中国模块化厂的现状和所面临的挑战,建议:1)促进中国相关工程公司与国际工程公司开展国际项目合作;2)加强创新技术研发和关键设备研发;3)培养中方模块化工程技术管理人才;4)积极参与海外中型项目模块化建造,为进一步参与大型天然气区块开发积累工程经验。

渤海湾浮式LNG发展现状及趋势

渤海湾天津地区,工业发达,能源紧缺。接受终端的使用能为天津地区,提供大量LNG,作用生产。在国外发达国家,最近10年正大规模开发该系统。综述了渤海湾浮式发展现状,提出未来发展趋势将是大规模开发FLNG系统,提高效率。

LNG生产发展新趋势

随着世界能源需求的不断增长以及人们环保意识的不断加强,液化天然气(LNG)产业进入了前所未有的黄金发展期,LNG生产也表现出一些新的发展趋势。随着开采技术的快速发展,非常规天然气的可采储量和产量迅速增长,LNG气源来源也更加广泛。为了降低投资成本,使LNG产品的价格更具市场竞争力,LNG单线生产规模不断增大。同时,由于小型LNG装置工艺简单、流程短、适应性强、运行成本相对较低,小型LNG橇装装置设计简单、采购零部件少、现场工程量小、运行维护简单、具有良好的可移动性,也成为应用的热点。原料气组分及环境温度适应性强、技术可靠性高、流程简洁、操作维护简单、设备数量少、安全高效的工艺流程成为未来液化天然气技术的发展方向,而LNG工程建设模块化成为重要趋势。浮式液化天然气(FLNG)技术因投资少、投产快、效益高,特别适用于边际气田和深海气田的开发,受到国际知名石油公司的高度重视,已从概念转入工业应用。与此同时,中国、日本、韩国等主要LNG进口国正在逐步加深对上游天然气开发的参与程度。

低温混合工质大质流密度流动传热试验系统

针对目前大质流密度条件绕管式换热器试验数据缺乏的现状,本研究搭建了可实现低温混合工质大质流密度条件试验工况控制和数据测试需求的试验系统。试验系统包括压缩机、冷却塔、冷水和冷冻机组、低温液化换热器等关键装备,可进行混合工质的压缩-冷却液化-相变传热流动控制和可视化等测试研究。试验平台可实现质量流量密度在20~140 kg/(m^(2)·s)范围内测试,系统温度误差为±0.1℃,压力误差小于10 kPa,压降误差小于2 kPa,干度误差小于1.4%。在预冷段试验区域干度为0.4,质流密度120 kg/(m^(2)·s)下实现了平稳运行,获得了稳定循环数据验证。

穿梭液化天然气船旁靠计算

介绍了170000m3穿梭液化天然气船旁靠250000m3浮式天然气储卸装置的运动计算及响应分析。采用三维线性零航速频域理论结合引入两船间自由液面能量耗散系数的方法预报船体的运动性能,分析了旁靠时两船之间的相互效应对固有周期、两船间运动、波浪的遮蔽效应等影响:两船旁靠情况下,小船的固有周期会略有减小;将两船旁靠和仅小船单船的运动情况做比较,单船的运动幅值介于两船旁靠时无遮蔽和遮蔽水域之间的运动幅值;两船旁靠,对大船的运动影响小,对小船的运动影响大,在波浪频率1.0(?)/s附近会出现峰值;受大船遮蔽效应的影响,小船在遮蔽水域运动幅值大部分小于无遮蔽水域的运动幅值。因此,从船体运动性能角度出发,在旁靠作业时,建议小船从受大船遮蔽的水域靠近大船较好。

天然气液化工艺发展的新趋势——关键技术问题与案例分析

液化天然气(LNG)工业曾经在相当长的一段时间里都把注意力放在陆上大规模基荷型(base-load LNG)液化项目。近几年来,LNG工业开始显现出一些新的发展趋势,如北美的页岩气热、海上天然气资源的开发、使用LNG作为车船用燃料以及在极寒地区建设液化设施等。这些新趋势带来新的挑战,要求人们对工艺技术选择进行谨慎思考。在这个大背景下,最近筹建和在建的新兴LNG项目多具有与传统项目不同的特征,如原料气来源、驱动方式与燃料要求、海洋运动对设备的影响以及外部气候条件等。与此同时,这些项目在可靠性、易操作性、效率和产能等方面也具有不同的要求和侧重点。本文首先对传统基荷型LNG项目在液化工艺技术方面需要考虑的问题进行综述,然后重点论述如何针对新LNG项目优化这些问题以期达到更好的投资回报。以使用2个LNG项目作为案例分析,来展示如何进行正确的工艺技术选择以保证项目成功。

西澳大利亚液化天然气项目现状及前景

澳大利亚天然气探明资源量约为392万亿立方英尺,居亚太地区首位,其中西澳大利亚占据澳洲近82%的天然气资源。目前西澳大利亚有3个LNG在产项目、3个在建项目,如果所有在建项目能够如期投产,2017年LNG总产能将达到5420万吨/年,届时澳大利亚将超过卡塔尔成为世界第一大液化天然气出口国。目前西澳LNG项目面临工期延迟,成本超预算,市场落实困难,FLNG技术还未得到实际检验,国内供气义务政策增加了项目成本等现实问题。未来西澳LNG项目可能采用FLNG开发技术,同时小型项目和滚动开发将成为市场主流。科学的项目治理和优秀的项目管理团队是LNG项目成功的关键,中国石油企业可通过少量参股LNG项目,熟悉大型LNG项目的流程,为将来成为大型LNG项目作业者打下坚实基础。

PRICO~?天然气液化技术在海上浮式装置上的应用

较之于岸上(陆地)天然气液化装置,海上浮式天然气液化(FLNG)装置具有投资低、建设周期短、便于迁移及可重复使用等优点,但也面临着易受海上工况及船体晃荡影响等诸多挑战。为此,借助于PRICO~?单循环混合冷剂(SMR)天然气液化工艺技术所具有的较大的灵活性,以及流程简单、易于操作、可满足不同客户的需求、成本更低等优势,运用模块化设计进行了FLNG装置的设备布置,针对海上操作环境对部分关键设备进行了改进,研发出了世界上第一个基于该工艺的浮式天然气液化装置——Exmar FLNG,并进行了现场调试及性能考核。应用效果表明:(1)PRICO~?天然气液化技术能够使FLNG从概念设计实现工程化,并获得更多的发展空间;(2)Exmar FLNG装置集合了天然气处理、天然气液化、LNG储存和装卸功能,工艺流程简短、装置设备数量少、操作简单,具有较短的开停车时间,能较好适应海上恶劣天气及原料气组成变化大的工况,其设计与建造完全符合船级社的相关规范和规定。结论认为,该技术为海洋石油伴生气处理、边际气田和深海气田开发利用提供了一种新的既安全又经济的解决方案。