1、海洋石油装备FPSO,2019/4/7,2,主要内容,FPSO简介 国内外FPSO的研制及发展现状 FPSO的组成结构及主体设计 FPSO的生产工艺流程 FPSO的未来发展趋势,2019/4/7,3,2019/4/7,4,2019/4/7,5,2019/4/7,6,2019/4/7,7,2019/4/7,8,2019/4/7,9,2019/4/7,10,2019/4/7,11,2019/4/7,12,2019/4/7,13,2019/4/7,14,2019/4/7,15,2019/4/7,16,2019/4/7,17,2019/4/7,18,2019/4/7,19,2019/4/7,20,5.
2、 FPSO主要优点随着海洋油气田的开发、生产向深海不断进入，FPSO与其他海洋钻井平台相比，优势明显，主要表现在以下四个方面： 生产系统投产快，投资低，若采用油船改装成FPSO，优势更为显著。 而且目前很容易找到船龄不高，工况适宜的大型油船。 甲板面积宽阔，承重能力与抗风浪环境能力强，便于生产设备布置。 储油能力大，船上原油可定期、安全、快速地通过卸油装置卸入穿梭油船中运输到岸上，穿梭油船不仅可与FPSO串联，也可傍靠FPSO系泊。最新FPSO还具备了海上天然气分离压缩罐装能力。 应用灵活，移动方便，其海上自航能力是其他海洋平台系统所不具备的，因此，FPSO可根据作业需要和实际情况迅速转换工作
3、海域和回厂检修。,2019/4/7,21,2019/4/7,22,2019/4/7,23,2019/4/7,24,2019/4/7,25,2019/4/7,26,据Quest Off shore Resources Inc预测，今后还将有更多的FPSO投入建造，向更深的水域、更大的储油能力发展，特别是2002年以后，海上气田开发出现了LPG & FPSO、LNG & FPSO等新技术，节省了敷设海底输气管道的巨额投资，使离岸遥远的气田开发具有了商业价值。,2019/4/7,27,2019/4/7,28,2019/4/7,29,2019/4/7,30,2019/4/7,31,2019/4/7,3
4、2,2019/4/7,33,2019/4/7,34,2019/4/7,35,2019/4/7,36,2019/4/7,37,2019/4/7,38,2019/4/7,39,2019/4/7,40,2019/4/7,41,2019/4/7,42,FPSO由海底系统、船体系统、系泊定位系统、动力系统、油气处 理系统、消防监控系统、储油与外输系统、生活系统等十几个大类组成。 （1）海底系统海底系统由基座、水下卧式采油树、海底管汇、液压井控、立管等组成。以陆丰22-1油田为例，海底井口布置成紧凑的扇型，长宽各9m，各井口的原油通过各自的采油树汇集到中心管汇中，然后由两条177.8mm(7in)的海底生
5、产管道输送到储油轮上。设计中未考虑修井功能，但设置了水下泥线增压泵和ROV水下机器人，增压泵的排量为25000 桶/d，由400kW 的马达带动，增压泵的电缆有3种不同的功能（供电、信号传输、补压），电缆（10000v，246A）可以进行湿式接头作业。,2019/4/7,43,2019/4/7,44,2019/4/7,45,2019/4/7,46,2019/4/7,47,2019/4/7,48,2019/4/7,49,2019/4/7,50,2019/4/7,51,2019/4/7,52,2019/4/7,53,2019/4/7,54,2019/4/7,55,（6）生活系统FPSO的生活楼无论
6、怎样布置，都是处于危险油气之间。所以，生活楼布置在船艏或船艉，各有利弊。但特别要注意生活楼本身的安全性。生活楼在船艏、外输油系统及火炬塔在船艉的布置格局：生活楼处于生产工艺流程模块和尾部外输油系统的危险油气上风向，但处于首部输油管危险油气的下风向。生活楼及外输油系统在船艉、火炬塔在船艏的布置格局：生活楼处于艉部外输油系统油气上风向，但处于艏部输油管和生产工艺流程模块危险油气的下风向。生活楼布置在船艉，还需注意动力模块主发电机组排出的废气很可能随着风向飘向船艉，从而对生活区有影响，并有可能干扰直升飞机的起降。,2019/4/7,56,我国渤海与南海是决然不同的两类海域，所以FPSO已有如下典型的
7、布置形式（自船艏到船艉）。,2019/4/7,57,渤海常青号,最大储油量：5.1697104t 型长：215.6m 型宽：31m 型深：17.6m 生产分离器：2台 电脱水器：1台 注水系统：1 污水处理系统：1 供热系统：1 发电系统：1 原油计量外输系统：1 生活模块：69人 直升飞机坪：1,2019/4/7,58,最大储油量：4.48104t 型长：208m 型深：17.6m 吃水深：10.5m 生产分离器：2台 电脱水器：1台 空气压缩器：2台 污水处理系统：1 供热系统：1 发电系统：22500kw+630kw 原油计量外输系统：1 生活模块：69人 直升飞机坪：1,2019/4/
8、7,59,2.FPSO的布置FPSO设计与犹如油船一样，首先应了解FPSO有哪些部分构成，确定基本的布置格局。FPSO的构成基本前面已经简单叙述，包括船体系统、系泊系统、生产工艺流程模块、生活系统等部分。FPSO比油船多了火炬塔、生产工艺流程模块以及直升机平台等部分。FPSO布置时，就是要全面考虑这些构成之间合理布局与协调。人们将FPSO比喻为一枚“定时炸弹”，说明FPSO安全性是绝对的重要。所以确定FPSO布置基本格局时，要综合考虑涉及作业、安全等各方面要求，并结合FPSO运动性能一起考虑。,2019/4/7,60,FPSO的总体布置应依据下述原则进行： （1） 安全可靠，符合规范要求 a压
9、载水舱的宽度要满足FPSO最小的吃水要求。一般的FPSO可以设计成单底结构，但是对于浅吃水型FPSO，为满足国际防污染公约，船体应该为双底双壳。设置双底的主要优点是：有利于储油舱保温，有利于保护船底免受破坏，平直的内底便于洗舱，并且便于从双底的夹层对构件进行检查。 b满足国际防污染公约和破舱稳性的要求，对原油储藏舱与边压载舱的长度、宽度和数量要进行优化。 c满足相关规范对防火、防爆、安全区域划分和安全逃生方面的要求。例如生产甲板位于主甲板以上4 米（船中心线处）；热站模块和工艺模块之间留有隔离区等。,2019/4/7,61,（2） 便于操作 a主电站、热油锅炉、油气处理设备等均布置在生产甲板上
10、，便于操作、检测和维修保养。 b油气处理流程的控制、原油外输的计量与控制、液舱的液位遥测、火灾探测、报警、消防与应急关断控制等均集中在中控室内，便于操作和集中控制。,2019/4/7,62,（3） 满足实际需要 a设置足够的工作、居住、休息和娱乐等生活设施，为采油工人提供安全、舒适的工作、生活和休息环境。 b设置足够的柴油舱和淡水舱，保证本船具有一定的自持力。 （4） 满足实际工艺流程的需要。,2019/4/7,63,FPSO布置示意图,2019/4/7,64,FPSO的布置应该注意的问题 （1） 吊机的布置吊机一般布置在主甲板的左右舷。原则上要覆盖从生活楼/飞机甲板到所有上部模块的区域。吊机
11、的高度不但要考虑发电机和炉子的烟筒高度，又要满足吊直升飞机的要求，还要满足把深井泵从工艺甲板上吊出的要求。单点系泊系统和尾输油系统（位于FPSO尾部的原油外输系统）可以单独考虑吊机。,2019/4/7,65,（2）逃生通道的布置总体布置首先要保证人员的最大安全。生活楼靠近工艺模块的一侧墙壁要求达到H120的要求。在主甲板和工艺甲板的左右两侧要分别布置有一条通往生活楼的主逃生通道。并且每个工艺模块的左右两侧要有通往主甲板的斜梯。 （3）火炬塔高度的确定尤其是火炬塔位于船首的布置方式。一定要按照API RP521的相关要求来计算火炬的最大热释放量，然后确定火炬高度。,2019/4/7,66,（5）
12、考虑油气处理量的变化和将来的改造。由于有的油田产量高峰期和末期的差别比较大，所以有的设备在某个特定阶段是不使用的，所以在进行总体布置时要考虑这种情况下的左右对称。还有，由于FPSO的投入比较大，一般一艘FPSO不是一直在一个油田生产，所以在进行FPSO的总体布置时，要适当预留将来改造的空间，并且尽量不要占据堆场的空间。,2019/4/7,67,（6）主甲板面的布置FPSO的大体分舱确定后，需及时确定优先考虑主甲板面的系列开口。因为这些开口直接影响到结构中剖面模数的计算。因为一旦开口断掉一根纵骨，该纵骨就不会参与总纵强度的计算，计算中剖面模数也要相应减少。主要指的是深井泵的开口和储油舱舱口。主甲
13、板的深井泵开口与工艺甲板的相应深井泵检修口要对应。,2019/4/7,68,（7）工艺甲板开式排放管线的布置主甲板到工艺甲板的垂直间距一般为34米，结构本身要占去大约500mm的空间。所以要保证一根100多米的开式排放管线的100：1的坡度是非常困难的。这时候开式排放罐的位置可以考虑船体本身是首倾还是艉倾。同时可以减小管线坡度的要求。,2019/4/7,69,2019/4/7,70,2019/4/7,71,2019/4/7,72,2019/4/7,73,2019/4/7,74,2019/4/7,75,2019/4/7,76,2019/4/7,77,2019/4/7,78,2019/4/7,79
14、,FPSO生产工艺流程的组成FPSO生产工艺流程的功能是进行油、气、水等生产处理，大致分为三大类系统:(1)主要工艺系统是指将各井口平台输送来的生产流体进行脱气、脱水及脱除杂质等的原油处理系统，以达到外输标准，同时要保证原油回收率最大。尚应考虑除砂、防蜡、破乳、消泡等措施。 ( 2)辅助工艺系统主要包括生产污水处理系统、火炬放空系统、化学药剂注入系统、开式排放及闭式排放系统、燃料气处理系统。 ( 3)公用系统主要包括热介质系统、仪表气系统、海水系统、淡水/热水系统等。,2019/4/7,80,1. 原油处理系统海洋石油开发是高投入、高风险、高产出的行业，对原油处理系统的技术要求高，均采用国内外
15、较先进的设备，主要技术要求如下： 根据该油田油气性质、储量和该海域的海况、环境，采取合适的工艺措施，最大限度地满足油田高速、经济合理开发； 要有一定的储备能力， 以保证每次销售油轮到来前维持正常生产； 流程密闭， 防火、 防爆、 防污染； 安全可靠性好、 保险系数大、 运行效率高， 仪控自动化程度高， 便于操作管理； 适应性强，能适应油田较高速开发和滚动开发周边油田的生产要求，适应油田生产过程中的调整和改造； 工艺布局紧凑合理； 结构牢固， 适于防台、 防冻和耐腐蚀。,2019/4/7,81,原油处理工艺应根据油、 水、 伴生气、 砂、 无机盐类等混合物的物理化学性质、 含水率、 产量等因素，
16、 通过分析研究和经济比较确定。原油汇集、 处理和计量外输是原油处理工艺的三大主要组成部分。 渤海友谊号于2003年进行了历时一年的改造，其原油处理工艺图如下图。,2019/4/7,82,该流程中从单点来的原油将直接进入高高压分离器，利用设备内的空间进行减压、缓冲，同时配合加注的化学药剂，初步实现气液分离，形成稳定的可以进行处理的原料储存器。从高高压分离器出来的原油进入原油换热器，利用处理完成后的原油余热进行能量转换。将热转换后已经处理完毕的原油输送到原油脱水舱，将需要处理的原油输送到生产加热器，利用热介质油的高温对原油进行加热，确保原油进入生产分离器后能够正常分离。进入生产分离器后的原油将继续
17、在容器内进行缓冲、稳压、减压的过程，并继续利用容器的空间进行气液分离。分离出的原油进入原油处理流程，而容器下部的含油水在集聚到一定的液位时被排放到脱油水舱中。,2019/4/7,83,从生产分离器出来的原油被再次送到原油加热器中，利用热介质油进行充分的加热，然后进入脱水除气器，在容器内继续进行缓冲、稳压、减压，并利用热介质油加热分离出原油中含有的可燃气体及水分。处理后的原油进入原油脱水舱，在舱内使用热介质油加热，利用油水不同的密度特性对原油进行脱水处理。通过液位计观察油水分离的液面位置。当油液面达到可以输送位置时，启动间歇油泵，将液位上部已经沉降脱水完毕的原油按照调载程序输送至船上的货油舱，并
18、在货油舱室中继续使用热介质油加热恒温，防止凝固。,2019/4/7,84,在油水界面接合部位的原油，被间歇油泵送到乳化油舱，并注入化学药剂辅助进行油水分离，同时热介质油继续对乳化油进行加热并保持恒温，防止乳化油低温凝固。在乳化油舱液位达到一定高度后，启动乳化油泵，将乳化油再送回到原油加热器，再次进入原油处理工艺流程。那些处于油水接合部位以下的含油水被间歇油泵输送到脱油水舱，使用化学药剂对它们进行促进分离，然后利用物质密度不同的特性进行沉降分离。,2019/4/7,85,在脱油水舱内的液位达到一定的高度后，撇油泵将上部的含水原油输送到乳化油舱，按照乳化油的处理流程再进行处理，再次进入原油处理循环
19、;位于下部的含油水则被污水泵输送到生产污水处理系统中进行分离排海。处理完毕的原油被储存在货油舱内，达到一定数量后可以启动原油外输泵外输，完成原油从单点平台的接收、工艺甲板分离、工艺舱内沉淀分离的整个工艺过程。,2019/4/7,86,某30万吨FPSO原油处理工艺流程设计如下图。,2019/4/7,87,从单点来的原油直接进入段塞流捕集器，在段塞流捕集器内进行减压、缓冲(缓解海底管道不稳定流动给下游设备带来的冲击)，同时配合加注的化学药剂，初步实现气液分离，形成稳定的可以进行处理的原料进储存器;从段塞流捕集器出来的原油进入原油/原油换热器，利用处理完成后的原油余热进行能量转换;将热转换后已处理
20、完的原油输送到原油沉降脱水舱，将需要处理的原油输送到生产加热器，利用热介质油的高温对原油进行加热，确保原油进入生产分离器后能正常分离。,2019/4/7,88,进入生产分离器后的原油将继续在容器内进行缓冲、稳压和减压，并继续进行气液分离。分离出的原油进入原油处理流程，而容器下部的含油水在集聚到一定的液位时被排放到污水脱油舱中。从生产分离器出来的原油被再次送到原油加热器中，利用热介质油进行充分的加热，然后进入脱水除气器，在容器内继续进行缓冲、稳压、减压，并利用热介质油加热分离出原油中的可燃气体及水。,2019/4/7,89,处理后的原油进入原油沉降脱水舱，在舱内使用热介质油加热，利用油水不同的密
21、度特性对原油进行脱水处理。通过液位计观察油水分离的液面位置。当油液面达到可以输送位置时，若沉降后的原油达到处理要求，则启动沉降舱外排泵，将液位上部已经沉降脱水完毕并合格的原油按照调载程序输送至船上的货油舱，并在货油舱室中继续用热介质油加热恒温，防止凝固，等待外输;若沉降后的原油未达到处理要求则用沉降舱原油外排泵泵出，经原油/原油换热器、原油加热器加热进入电脱水器进行静电破乳脱水，得到合格原油后进货油舱储存，等待外输。,2019/4/7,90,在油水界面接合部位的原油，被沉降舱原油外排泵送到乳化油舱，并注入化学药剂辅助进行油水分离，同时热介质油继续对乳化油进行加热并保持恒温，防止乳化油低温凝固。
22、在乳化油舱液位达到一定高度后，启动乳化油泵，将乳化油再送回到原油加热器，再次进入原油处理工艺流程。处于油水接合部位以下的含油水被原油外排泵输送到污水脱油舱，使用化学药剂对它们进行促进分离，然后利用物质密度不同的特性进行沉降分离。在污水脱油舱内的液位达到一定的高度后，撇油泵将上部的含水原油输送到乳化油舱，按照乳化油的处理流程再进行处理，再次进入原油处理循环;位于下部的含油水则被污水泵输送到生产污水处理系统中进行分离排海。,2019/4/7,91,处理完毕的原油储存在货油舱内，达到一定数量后启动原油外输泵外输，完成原油从单点平台的接收、工艺甲板分离及工艺舱内沉淀分离的整个工艺过程。,2019/4/
23、7,92,2. 污水处理系统 含油污水处理的目的及要求 含油污水经过处理后， 要进行排放或者作为油田回注水、 人工举升井动力液等。 处理含油污水的目的是要求排放水或回注水达到相应的排放或回注标准， 同时应充分考虑防止系统内腐蚀。 排放的污水水质要求是： 渤海海域排放污水含油量小于 30mg/L ； 南海海域为小于 50mg/L。 对回注的污水水质要求是： 达到各油田规定的注水水质标准 。,2019/4/7,93,渤海友谊号污水处理流程如下图所示。,2019/4/7,94,污油水的排海需进行严格的监督和控制，只有将污水处理达到标准要求时才能进行排放。当脱油水舱中污油水达到一定高度时，污油水泵自动
24、启动，污油水被输送到工艺甲板上的污水收集罐，并在管线中辅助加注化学药剂进行分离。从生产污水收集罐出来的污油水进入砂滤器，砂滤器内部的吸附填料(石头、煤炭等)由固体组成，分层堆积，相互之间存在一定的空间。生产污水从滤器的上部进入滤器，出口设在下部，污水经过这些固体颗粒之间的缝隙时吸附滤料将水中的油脂留住。经过砂滤器吸附过滤的污水被输送到净化水罐，在净化水罐内同样利用水、油密度不同的特性进行自然分离。由于设备出口的污水排放管线成倒U字型，这样不仅保证罐体下部的水分被排放掉，而且还保证罐体内的液位始终能够保持在倒U字的高度，稳定罐体内的压力以及分离的液位，保证出水的含油量能够满足环保的要求。,201
25、9/4/7,95,由于系统在运行过程中不断有污油被分离吸附在砂滤器内，所以砂滤器需要经常清理。为了减少工作强度，保证生产的正常进行，在设计中特意将砂滤器设计成2台(1台备用)，并且可以进行反冲洗。这样在正常的运作过程中，当砂滤器需要清洗时，只要将合格排放的污水引入到反冲洗泵，经加压、加热后引入到砂滤器的出口管线(从砂滤器下部进入)即可对内部的填充滤料进行反冲洗，将滤料中所吸附的油冲洗掉。,2019/4/7,96,最终被排放的污水需要被位于排海口的含油监测仪器进行随时监测，如果排放的污水达不到环保要求，则旁通阀门开启，出口阀门关闭，所有不合格污水再返回到脱油水舱中，再次进入生产污水处理循环系统，
26、直至排海监测仪器的取值合格。,2019/4/7,97,某30万吨FPSO污水处理工艺流程设计如下图。,2019/4/7,98,与陆上污油水处理不同的是：FPSO污油水的处理不是通过大罐沉降而是经过在舱内沉降达到油水分离。污水脱油舱用来接收原油沉降舱污水外排泵输送的含油污水，生产分离器、脱水除气器分离出的污水，污水脱油舱内反冲洗污水，经污水处理系统处理却不合格的回流污水。污水脱油舱分两级沉降，在污水脱油舱一级沉降舱内沉降一段时间后，底层污水通过旁通的任意一个溢流阀进入二级污水脱油舱内沉降，沉降得到的底层污水通过污水泵泵到甲板上的斜板除油器进行油水分离，处理后的污水进入核桃壳过滤器。,2019/4
27、/7,99,当斜板除油器污水出口管线上的污水在线分析仪监测到污水达到净化水要求，可以通过旁通直接排海;否则，进入核桃壳过滤器，当核桃壳过滤器的污水出口管线上的污水在线分析仪监测到净化水达不到排海要求时，自动切换流程，使污水返回到二级污水脱油腔内重新沉降。,2019/4/7,100,3. 伴生气处理系统在原油处理过程中，由于原油在容器中要进行加热、缓冲、减压、稳压，伴生有许多可燃气从原油中分离出来，这些气体被统一进行收集处理。对含天然气和伴生气少的油田， FPSO主要用来处理原油，原油伴生气只用于满足FPSO的自身需求，不通过海底管道外输，因此不设天然气脱水脱烃等处理装置。,2019/4/7,1
28、01,渤海友谊号伴生气处理工艺如下图所示。,2019/4/7,102,由于原油在接收过程中存在着高、低压区分，而且原油在分离过程中伴生的可燃气量也不稳定，所以这些气体的处理撬块也存在着高、低压区，它们分别对高、低压伴生气进行处理，并且分别设置高、低压火炬分液罐及高、低压燃料气罐。这不仅保证系统的运行安全，而且处理撬块中的伴生气在接收容器中形成稳定的压力源，这对伴生气的处理和利用都非常有利。,2019/4/7,103,经过处理后的伴生气被统一减压到可以直接使用的压力，经低压燃料气系统直接向FPSO的各个用户热介质锅炉、惰气发生器、透平发电机、燃气压缩机等设备供气。如果系统中的伴生气体很多，也可以
29、连接到新增天然气处理系统中直接输送到陆地。如果气量很小，则在满足平台设备使用后直接进入伴生气高、低压火炬系统，将它们进行燃烧释放。,2019/4/7,104,某30万吨FPSO伴生气处理工艺流程设计如下图。,2019/4/7,105,从油气分离系统分离出来的高、低压天然气，分成两路系统。一路是由段塞流捕集器出来的天然气称为高压天然气系统;另一路是从生产分离器分离出来的天然气称为低压天然气系统。高压天然气经减压后被送到高压燃料气分液器，再次除去液态烃和水雾，净化后的高压燃料气可作为燃料供给燃气透平发电机组;低压天然气经来自生产分离器出来的伴生气，压力调节阀将压力降低送到低压燃料气分液器，分离出重烃和水，净化后的低压燃料气可作为惰性气体发生器、火炬导火长明灯燃料，还可作为惰气发生器发生故障或检修时密封用的备用气。,2019/4/7,106,低压燃料气供气系统内多余的燃料气，通过一个压力控制阀流到高压火炬分液器，到高压火炬燃烧放空。脱水除气器分离出的伴生气通过一个压力控制阀流到低压火炬分液器，到低压火炬燃烧放空。,2019/4/7,107,2019/4/7,108,2019/4/7,109,2019/4/7,110,2019/4/7,111,2019/4/7,112,2019/4/7,113,2019/4/7,114,2019/4/7,115,2019/4/7,116,结束,
