FSRU多点系泊设备基座疲劳分析

以一艘13.7万立方米的浮式储存和再气化装置(FSRU)多点系泊设备基座为例,基于英国劳氏船级社(LR)规范,以系泊分析中各缆绳疲劳载荷作为输入,采用SESAM GENIE软件进行有限元计算得到10 kN疲劳载荷作用下的热点应力范围,通过线性换算得到其他载荷作用下的热点应力范围。基于S-N曲线疲劳损伤公式,并考虑作业海域各海况发生概率,利用Miner线性疲劳累积方法得到使用年限内各热点的疲劳累积损伤值。结果表明,各系泊设备基座疲劳寿命满足要求,疲劳累积损伤较大值位于连接首尾横缆的系泊设备基座。该方法对于浮式海洋结构的多点系泊设备基座疲劳寿命计算具有参考意义。

FSRU再气化模块再冷凝系统控制方案研究

再气化模块作为液化天然气浮式储存与再气化装置(FSRU)中的核心装备,再冷凝系统的控制对整个再气化模块的稳定运行至关重要。结合传统陆上液化天然气(LNG)接收站和FSRU船再冷凝器工艺流程和控制方案,提出了适用于再气化模块再冷凝系统的新型压力控制方案和液位控制方案,采用HYSYS模拟分析了2种控制方案在BOG(闪蒸气)变化工况下的稳定时间及再冷凝器液位、压力等参数超调量。结果表明:2种控制方案均能实现再冷凝系统的平稳运行,新型液位控制方案再冷凝器液位及顶部压力超调量小,但达到平稳控制的时间较长,适用于外输量波动较大的调峰型再气化模块;新型压力控制方案的控制超调量较大、稳定速度较快,适用于稳定外输的基荷型再气化模块。本研究为后续模块化、集约化程度较高的再气化装备研发设计提供了参考。

充注工况下FSRU液货舱内部扰动的数值模拟

以浮式液化天然气存储再气化装置(LNG-Floating Storage and Regasification Unit,LNG-FSRU)为研究对象,针对其常年处于水域中受到波浪的冲击、船体始终处于晃荡状态、对其液舱充注过程中LNG的稳定程度造成影响的问题,采用FLUENT软件,选取合适的湍流模型、多相流模型、耦合运动模型等进行数值模拟。假设初始液货舱内LNG密度均匀,没有发生分层,且充注过程中液货舱始终处于运动状态,仿真其内部LNG的扰动变化过程。通过控制变量法,分别设置多组不同的充注速度、充注密度、充注量的情况来进行对比分析。研究成果对LNG-FSRU充注过程中控制LNG稳定性具有一定的参考价值。

应用于LNG交割中的FSRU货物交割及管理系统研究

浮式储存及再气化装置(FSRU)液货管理是液化天然气(LNG)交割中的重要部分,FSRU货物交割及管理系统(CTMS)越来越多地被应用到FSRU等大型海上天然气终端上。文章以某大型FSRU改装项目的CTMS设计为例,从规范规定、系统配置等方面研究和介绍该系统的特性。

软钢臂单点系泊LNG-FSRU水动力特性数值研究

采用全耦合时域数值方法,开展软钢臂单点系泊浮式液化天然气储存及再气化装置(Liquefied Natural Gas-Floating Storage and Regasification Unit,LNG-FSRU)水动力特性研究,探讨不同风浪流环境载荷和不同装载状态对水动力特性数值的影响。计算结果表明,环境载荷及装载状态对单点系泊LNG-FSRU运动响应及系泊力的影响显著。研究结果可为LNG-FSRU软钢臂单点系泊系统设计提供参考依据。

FSRU动力模块及支撑结构强度评估

为保障结构的安全性,采用有限元分析方法对FSRU加装的动力模块、模块支撑结构、船体结构进行整体强度分析,采用极限设计法计算不同海况下的结构响应值。在此基础上,针对模块校核的各种工况,对结构进行设计优化,得到了合理可行的设计方案。研究成果可为FSRU动力模块及支撑结构设计提供一定参考。

FSRU改装电力系统设计分析

针对浮式储存及再气化装置(FSRU)改装项目对于电力系统的具体要求及设备布置的局限性,文章根据相应的规范和标准要求,结合FSRU再气化设备的工作特性,从FSRU的可利用率要求、电力系统配置、主机及变压器的容量计算、新安装设备的选择等方面进行了阐述,归纳总结了FSRU改装电力系统设计的基本方法和特点。

FSRU管式透气桅强度与振动分析

随着全球气候变化导致全球变暖加速,国际海事组织(IMO)设立了排放控制区(ECA),并鼓励使用液化天然气(LNG)。因此,随着LNG需求的增加,相关设备的需求和研究也随之增加。文章对其中一种用于LNG排放的透气桅进行了研究,以某浮式存储和再气化装置(FSRU)项目的透气桅系统为例,介绍桅体强度和振动计算分析的基本思路,为其它FSRU的透气桅计算分析提供参考。

球罐型FSRU系泊布置设计与研究

由于球罐型浮式储存和再气化装置(FSRU)的干舷较高,导致侧向风力通常比同等排水量船舶大,因此系泊设计是该型FSRU设计的重点和难点。文章以某球罐型FSRU为研究对象,对FSRU的系泊系统进行布置设计和系泊分析,保证恶劣海况下FSRU在码头长期系泊的安全。

FSRU-LNGC旁靠作业运动响应

对浮式储存及再气化装置(FSRU)-液化天然气船(LNGC)多浮体系泊系统在风、浪、流联合作用下的水动力响应进行研究。提出一种多浮体系泊系统旁靠作业的布置方式,通过数值模拟得到风、浪、流联合作用下该系统六自由度运动及相对运动、缆绳张力和护舷受力的响应时程,分析给出连接缆绳预张力对船舶运动响应、缆绳张力和护舷受力的影响规律。结果表明,该布置方式可满足选择的环境载荷使用要求,所采用的数值模拟方法对同类多浮体系泊系统运动分析有参考意义。

液化天然气浮式存储再气化装置的运营特点和发展趋势

分析液化天然气浮式存储再气化装置(FSRU)的技术和运营特点,详细介绍FSRU投资少、周期短、灵活性高等优势,以及作业环境和方式受限多、扩容难、税费增加风险、国产化带动作用不确定等劣势。结合FSRU发展现状,预测FSRU的未来发展趋势,并向FSRU船东或运营商提出建议。

双排舱型LNG-FSRU频域内液舱晃荡研究

利用液舱晃荡-水动力耦合方法,对27 000m^3双排舱型液化天然气浮式储存气化装置(LNG-FSRU)液舱晃荡下水动力性能在频域内进行了研究,在各典型工况下对考虑和不考虑液舱晃荡作用的船体运动进行了比较和分析。分析认为区别于对单排舱横摇的显著影响,晃荡对双排舱横摇影响较小,对纵荡和横荡影响较大。随着液舱装载率的增加,纵荡和横荡对晃荡的响应频率相对于液舱在此方向的固有频率的偏移增大。结合选取的波谱和环境参数对液舱内动压力进行了短期预报,得到不同装载率下货舱内点的动压力极值分布,为货舱结构分析提供依据。分析发现极限动压力来源和分布形状与液舱装载率有关,不同装载率下自由表面处极限动压力极值大小与液舱晃荡作用下船体运动的响应强弱不一致,低装载10%附近时液舱晃荡最为剧烈。

LNG-FSRU双船并靠码头总平面设计方法研究

系统地总结出了LNG-FSRU 双船并靠码头的总平面设计方法。确定了LNG-FSRU 双船并靠码头设计船型的选择方法。针对FSRU 特殊的系泊、靠泊和作业要求,给出了LNG-FSRU 双船并靠码头的详细平面布置方法;详细阐述了LNG-FSRU双船并靠码头的系泊试验分析方法;通过对各国规范相关规定研究,分析了船行波对于LNG-FSRU 双船并靠系泊的影响,并给出了合理建议。

蒸汽透平推进式LNG船改造为FSRU的发电方案研究

目前很多船龄较大的汽轮机推进式LNG运输船,由于与新型内燃机LNG运输船竞争处于劣势,被改造成FSRU(Floating Storage and Regasification Unit)运营。针对此类方案的电力改造,如果采用增加双燃料发电机及其附属设施,需要耗资约2亿元人民币。为了降低投入和运营费用,根据运营数据,通过论证和对比,设计采用主透平改造的发电方案,深入分析结果表明,采用主透平改造的发电方案优于新增双燃料发电机发电方案。

FSRU中印刷电路板式换热器换热性能的试验研究

海上LNG浮式储存与再气化装置(FSRU)兼具成本和灵活性上的优势,是全球通用型LNG进口一站式解决方案,而基于印刷电路板式换热器(PCHE)的FSRU气化技术研究则是突破该装置模块核心技术的焦点。为了给后续开展的基于天然气侧/丙烷侧、超临界低温介质侧/乙二醇侧再气化流程PCHE相关试验研究提供理论与试验基础,系统介绍了国外两种适用于FSRU中液化天然气再气化的流程及典型参数,选择了以丙烷为中间流体的再气化流程,建立了超临界压力低温介质——丙烷试验台,研究了氮侧和丙烷侧在PCHE中的,首次获得了两者在PCHE中的试验数据,基于面积权重提出了多相态换热器表观总传热系数的评价指标,并将以丙烷为中间流体的PCHE的表观传热系数和试验传热系数进行了对比。研究结果表明:①开展PCHE的热力性能研究是实现FSRU关键换热设备国产化的基本途径;②PCHE中超临界低温流体流量对总传热系数的影响规律为随着超临界低温流体流量的增加,总传热系数值不断升高;③以丙烷为中间流体的PCHE的表观传热系数和试验传热系数的偏差在6%以内,由此验证了PCHE设计方法的正确性。

FSRU建造过程事故致因分析与关键管理技术

液化天然气(Liquefied Natural Gas,LNG)浮式储存及再气化装置(Floating Storage and Regasification Unit,FSRU)建造过程兼具高技术和高风险,以其建造全流程事故致因与系统安全管理为研究对象,旨在探究FSRU建造中各环节的危险因素,开展针对性风险评估并提出过程安全管理措施,结合当前先进的安全管理技术应对FSRU建造全流程事故隐患。根据FSRU建设现场调研进行危险因素辨识,针对大型液货舱、闪蒸气(Boil-Off Gas,BOG)处理系统等模块涉及的立体交叉作业多、模块化责任分界模糊等新问题,提出全新的FSRU建造过程安全检查表(Safety Checklist Analysis,SCA)以规范现场作业。同时,采用预先危险性分析法(Preliminary Hazard Analysis,PHA)对FSRU建造过程开展全面的风险评估和危险等级划分。PHA结果显示FSRU全周期建造中所涉及吊装、动火焊接、受限空间施工和船体涂装作业环节中存在大型设备倒塌、危险物质火灾、爆炸的重大危险源,事故风险等级最高。基于此,进一步提出FSRU建造过程适配的安全管理措施与科学的管理技术(如建筑信息模型、数字孪生技术等),为解决新型海工装备制造产业涉及的安全管理问题提供参考。

桩腿系泊FSRU的无压载水设计和研究

当前世界范围内的浮式液化天然气存储和再气化装置(FSRU)均依赖于压载水,在加注、外输、气化、检验、保养和维修等过程中,LNG的装载始终处于动态变化状态,须持续调拨压载水以调整船体浮态,从而附加了大量的运营和维护成本。目前暂无无压载水FSRU设计问世。针对一艘桩腿系泊的FSRU进行无压载水设计,在常规FSRU基础上,进行分舱和布置等方面的设计修改,并提出2种主要设计方案。通过结合水动力分析的方法校核其稳性,并分析、对比采用的无压载水设计思路在控制船体浮态上可实现的效果。最终提出一种无压载水设计方案,该方案具有足够稳性,并在LNG均匀装载时的各正常操作工况下船体横倾和纵倾基本为0°,在其他所有装载工况和破损工况下船体横倾和纵倾小于3°,可满足桩腿系泊系统在船体浮态方面的设计要求。

HIPPS在FSRU上的应用

高完整性压力保护系统(High Integrity Pressure Protection System,HIPPS)是一种基于安全仪表保护的独立控制系统,能有效防止工艺系统设备和管道超压。详细说明HIPPS的适用条件和功能组成,同时结合工程实例,重点介绍HIPPS在浮式储存再气化装置(Floating Storage Regasification Unit,FSRU)上的2种应用方案,并从设计要求、系统配置和成本等方面对这2种方案进行分析对比。结果表明:针对不同项目的设计特点,应从安全性、适用性和经济性等角度综合考虑HIPPS的设计方案,合理确定HIPPS阀门关断压力设定值,以使其在FSRU上得到更好的应用。

海洋条件下印刷电路板式换热器多通道内超临界液化天然气瞬态分配特性分析

印刷电路板式换热器(printed circuit heat exchanger,PCHE)是海上液化天然气(liquified natural gas,LNG)浮式储存和再气化装置的核心部件。在海洋条件下,其内部微细多通道间的流量分配特性复杂多变,易急剧恶化,严重影响气化效率和运行安全。通过UDF程序分别引入晃荡导致的周期性变化的附加惯性力及LNG物性计算关联式,构建适用于PCHE内超临界LNG流动与传热的三维非稳态模型,并开展了数值研究。结果表明,相比于初始稳态条件,晃荡过程中PCHE各通道内超临界LNG的流量及温度等参数随之发生周期性的震荡,而且工质分配的均匀性明显恶化,各通道间流量、温度分布的相对标准偏差均显著高于初始稳态值,最高甚至达到初始稳态值的3倍以上;晃荡振幅及晃荡频率越大,PCHE各通道间工质的流量分配及温度分布越不均匀;相比于在垂直于通道内工质流动方向上施加晃荡作用力,当在工质流动方向上施加晃荡作用力时,晃荡作用引发的工质分配恶化现象明显较为微弱,通道内参数的震荡幅度明显降低。

LNG船改造成浮式天然气装置中的电气设计

以将一艘采用汽轮机推进方式的液化天然气(Liquefied Natural Gas,LNG)船改造成浮式天然气装置的项目为例,对改造过程中涉及的主要电气系统进行阐述,包括电力系统改造、电力负荷分析、火气系统、应急切断系统和船岸连接系统等。在此基础上,提出将LNG船改造为浮式天然气装置的快速、经济的方案,为后续类似LNG船改造项目的开展提供参考。