楊 利

(中海石油(中國(guó))有限公司曹妃甸作業(yè)公司，天津 300459)

FPSO(Floating Production Storage and Offloading)浮式生產(chǎn)儲(chǔ)存卸貨裝置，它集生產(chǎn)處理、儲(chǔ)存外輸及生活、動(dòng)力供應(yīng)于一體[1]，把來(lái)自油井的油氣水等混合液經(jīng)過(guò)加工處理成為合格的原油或天然氣，成品原油儲(chǔ)存在貨油艙，到一定儲(chǔ)量時(shí)經(jīng)過(guò)外輸系統(tǒng)輸送到穿梭油輪。FPSO的原油處理流程分為兩個(gè)系列，油井產(chǎn)出液通過(guò)海底管線輸送到FPSO經(jīng)過(guò)換熱器進(jìn)行熱量交換，再通過(guò)一級(jí)分離器、二級(jí)分離器及電脫水器進(jìn)行油水分離，處理合格的原油經(jīng)海水換熱器冷卻后進(jìn)入到貨油艙儲(chǔ)存，流程簡(jiǎn)圖如圖1所示。

圖1 FPSO原油處理流程總圖

經(jīng)生產(chǎn)模塊處理后的合格原油從流程甲板通過(guò)主甲板注入總管分配到貨油艙，通過(guò)調(diào)整壓載水及與貨油泵相連的轉(zhuǎn)駁總管來(lái)完成轉(zhuǎn)駁功能，從而調(diào)整貨油艙的裝載，實(shí)現(xiàn)貨油的存儲(chǔ)功能。除了貨油艙外，一般FPSO還會(huì)設(shè)立污油水艙和工藝流程艙以及其他輔助艙室，污油水艙的作用將生產(chǎn)流程中產(chǎn)生的污油水通過(guò)沉降和加熱，起到再次分離的作用；工藝流程艙是為了接收生產(chǎn)水處理流程處理合格的生產(chǎn)水[2]。但由于十多年的生產(chǎn)，造成了貨油艙內(nèi)污油的積累并且難以有效處理，部分貨油艙用作存儲(chǔ)污油如5P/S、6P/S(P和S分別代表左和右，與船體左右舷相對(duì)應(yīng))，此外生產(chǎn)流程中產(chǎn)生的污油水均存儲(chǔ)在污油水艙中，艙室大體分布如圖2所示。

圖2 FPSO貨油艙及污油水艙分布圖

通過(guò)圖2可知，改造前FPSO的貨油艙僅有1P/S，2P/S、3P/S和4P，每個(gè)貨油艙的艙容量為13125 m3，由于要滿足生產(chǎn)需求，F(xiàn)PSO的多個(gè)艙室功能發(fā)生改變，在現(xiàn)有流程下，導(dǎo)致原油下艙后，在各艙內(nèi)倒轉(zhuǎn)，減少了沉降時(shí)間，增加外輸含水控制難度，同時(shí)貨油泵的頻繁啟停，既會(huì)增加貨油泵的損耗，也增加了主機(jī)原油消耗和廢氣的排放。由于近些年來(lái)環(huán)保形勢(shì)日益嚴(yán)峻，為響應(yīng)國(guó)家政策號(hào)召，F(xiàn)PSO生產(chǎn)水要實(shí)現(xiàn)零排放，而就上述艙室工況而言，無(wú)法實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)水的零排放，需要對(duì)現(xiàn)有流程和艙室功能進(jìn)行優(yōu)化改造。

1 存在問(wèn)題分析

目前生產(chǎn)兩系列原油裝載流程圖如圖3所示。

圖3 改造前原油裝載流程簡(jiǎn)圖

通過(guò)流程圖分析可知，目前原油的裝載方式主要有兩種，一種是生產(chǎn)兩個(gè)系列原油混摻后進(jìn)入到裝載主管線然后再分配到各艙室，第二種是保持一個(gè)系列處理合格的原油進(jìn)入4P貨油艙，另一個(gè)系列的原油進(jìn)入到主裝載管線進(jìn)入到各個(gè)艙室。倒艙主管線用于污油水的倒轉(zhuǎn)，不參與貨油倒轉(zhuǎn)。生產(chǎn)兩系列原油物性存在差異，如下兩系列原油物性參數(shù)表1[3]所示。

表1 兩系列原油物性參數(shù)表

為滿足特定生產(chǎn)需求，需要將兩系列原油分開進(jìn)艙存儲(chǔ)，此時(shí)會(huì)導(dǎo)致原油頻繁倒艙，貨油泵長(zhǎng)時(shí)間在線運(yùn)轉(zhuǎn)，原油在貨油艙中分離效果較差等問(wèn)題，同時(shí)也會(huì)增加主機(jī)原油消耗，造成廢氣的產(chǎn)生。并且就目前艙室功能的分布，沒有工藝流程艙，需要優(yōu)化艙室功能，給出接收工藝流程中的生產(chǎn)水進(jìn)艙緩沖空間，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)FPSO生產(chǎn)水的零排放。具體問(wèn)題見如下分析：

(1)生產(chǎn)兩系列的原油需要分別裝載時(shí)，需要一個(gè)中間艙4P進(jìn)行過(guò)渡，弱化了4P貨油艙的功能，且原油下艙后，在各艙內(nèi)倒轉(zhuǎn)，減少了沉降時(shí)間，增加外輸含水控制難度。

鑒于油田原油的品質(zhì)，外輸要求含水率控制在0.5%以下。統(tǒng)計(jì)2015年3月至2016年12月本油田共88船次，其中含水率結(jié)果在0.5%～1.0%之間的有7次；在0.3%～0.5%區(qū)間的有66次，小于等于0.3%的15次。如圖4所示。

圖4 2015.3-2016.12原油外輸含水統(tǒng)計(jì)圖

多年來(lái)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，2.5天產(chǎn)出原油12210 m3，裝滿一個(gè)貨油艙，油溫70度，沉降3天，或3天以上，可出明水20m3左右。這就使得艙內(nèi)原油含水降低20/12210≈0.16%。工藝流程處理后的進(jìn)艙原油含水離心結(jié)果在0.3%左右，再此基礎(chǔ)上再減掉0.16%，理論上艙內(nèi)原油含水可達(dá)到0.14%左右。但是由于原油下艙后在各艙室內(nèi)倒轉(zhuǎn)，縮短了原油在貨油艙內(nèi)的沉降時(shí)間，導(dǎo)致外輸原油含水率偏高。

(2)4P貨油艙的貨油泵長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)，增加了泵的損耗，同時(shí)增加了主機(jī)原油消耗，造成資源浪費(fèi)，也增加了廢氣的排放。

FPSO的動(dòng)力由五臺(tái)燃油發(fā)電機(jī)提供，而使用的燃料油就是油田自產(chǎn)的原油，由于兩系列原油油品有差異，如表1所示，主機(jī)燃料油要求閃點(diǎn)高于60℃，酸值越低越好，二系列的原油酸值高且閃點(diǎn)低不能達(dá)到主機(jī)燃油的要求，因此選擇一系列的原油作為主機(jī)燃油使用

生燃油艙是主機(jī)燃油的存儲(chǔ)艙，一系列的原油要進(jìn)入生燃油艙，需要將二系列原油轉(zhuǎn)入4P貨油艙，將一系列原油轉(zhuǎn)到裝載主管線，再分配至生燃油艙。目前每天消耗一系列原油150 m3左右，供應(yīng)主機(jī)燃料的生燃油艙艙容1758 m3。為保障燃料原油的品質(zhì)，每次將生燃油艙加滿，需要1300 m3/次，大約需要29 h。往生燃油艙加油過(guò)程中，二系列直接進(jìn)4左，大約4495 m3。將4左油轉(zhuǎn)出需要8.5 h。7天加注一次原油，4左的泵就要運(yùn)轉(zhuǎn)8.5 h。每臺(tái)貨油泵運(yùn)行至少需要一臺(tái)電動(dòng)液壓泵(0.73 MW/臺(tái))驅(qū)動(dòng)，若再考慮需要同時(shí)調(diào)整船舶壓載啟動(dòng)壓載泵，則要啟動(dòng)兩臺(tái)電動(dòng)液壓泵，其所需功率為0.73 MW/臺(tái)×2 = 1.46 MW，相當(dāng)于目前一臺(tái)主機(jī)功率的25%，進(jìn)而增加了主機(jī)原油的消耗，同時(shí)增加了廢氣的排放量。

(3)實(shí)現(xiàn)FPSO生產(chǎn)水的零排放，需要將4P貨油艙將改造成為接收生產(chǎn)水的工藝流程艙，就目前裝載流程下無(wú)法實(shí)現(xiàn)。

為滿足環(huán)保要求，F(xiàn)PSO需要實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)水的零排放，通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)目前單獨(dú)將4S污油水艙當(dāng)作生產(chǎn)工藝艙室不能滿足條件，綜合考慮需要將4P貨油艙改造成工藝流程艙，與4S污油水艙共同作為生產(chǎn)水接收艙室，滿足現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)水進(jìn)艙需求，當(dāng)4P/S艙室進(jìn)行特檢作業(yè)或其他進(jìn)艙內(nèi)完成的作業(yè)時(shí)，不會(huì)影響油田正常生產(chǎn)。正常工況下，生產(chǎn)處理流程產(chǎn)生的生產(chǎn)水通過(guò)水處理系統(tǒng)處理后，一部分通過(guò)注水泵注入到平臺(tái)的回注井內(nèi)，另一部分進(jìn)入到4S污油水艙內(nèi)，通過(guò)調(diào)節(jié)下艙水量，維持生產(chǎn)水系統(tǒng)的穩(wěn)定，進(jìn)入艙內(nèi)的生產(chǎn)水再通過(guò)艙內(nèi)泵打回到生產(chǎn)流程處理，流程簡(jiǎn)圖如圖5。

圖5 FPSO生產(chǎn)水處理流程簡(jiǎn)圖

2 流程優(yōu)化改造

為滿足安全環(huán)保生產(chǎn)需求，并針對(duì)目前裝載流程存在的問(wèn)題，對(duì)現(xiàn)有流程進(jìn)行改造，優(yōu)化原油進(jìn)艙裝載方式，在保持原裝載方式的基礎(chǔ)上，增加管線，閥門等，實(shí)現(xiàn)更靈活的裝載方式，同時(shí)將4P貨油艙獨(dú)立出來(lái)作為工藝流程艙接收生產(chǎn)水。改造方式即把原來(lái)接在倒艙主管線上的彎頭短節(jié)拆掉，加裝盲板盲死，重新制作新短節(jié)，連接到裝載主管線上，裝載主管線上再新裝一個(gè)隔離閥和一個(gè)短節(jié)，再加一段新的裝載管線，改造流程圖如圖6所示。與此同時(shí)將4P貨油艙和4S污油水艙獨(dú)立出來(lái)，改造成為生產(chǎn)工藝流程艙，改造后的艙室功能分布圖如圖7所示。

圖6 改造后貨油艙裝載流程圖

圖7 現(xiàn)階段FPSO貨油艙及污油水艙分布圖

3 實(shí)施效果分析

通過(guò)對(duì)貨油艙室流程及功能的改造，在降低外輸原油含水率、優(yōu)化艙室功能以及節(jié)能減排降耗方面都取得了良好的效果。

3.1 降低外輸原油含水率

通過(guò)統(tǒng)計(jì)流程改造前后的外輸原油含水率數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，2015年3月至2016年12月油田共88船次，其中含水結(jié)果在0.5%～1.0%之間的有7次；在0.3%～0.5%區(qū)間的有66次，小于等于0.3%的15次；改造后2017年4月-2019年1月油田共外輸88次，其中含水結(jié)果在0.5%～1.0%之間4次，0.3%～0.5%之間16次，0.3%以下為68次，數(shù)據(jù)對(duì)比如圖8所示。

圖8 改造前后外輸原油含水率統(tǒng)計(jì)對(duì)比圖

通過(guò)以上統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，流程改造完成后，外輸原油含水率較之改造前進(jìn)一步降低。改造后原油在盡可能短的時(shí)間內(nèi)裝滿艙，在外輸前有充足的時(shí)間進(jìn)行沉降分離，再通過(guò)艙底泵將底部明水轉(zhuǎn)至污油水艙或生產(chǎn)流程，降低了外輸原油的含水率。

3.2 優(yōu)化艙室功能，減少污油存量

改造后實(shí)現(xiàn)了以下裝載方式：一系列可以單獨(dú)直接裝載進(jìn)貨油艙5P/S、或6P/S；二系列可以單獨(dú)直接裝載到貨油艙3P/S、2P/S、1P/S；或一、二系列的原油同時(shí)進(jìn)裝載主管線，再分配進(jìn)各艙室；一二系列的原油均可單獨(dú)直接進(jìn)入到生燃油艙，無(wú)需任何限制。改造后使得原油裝載方式靈活多樣，同時(shí)在應(yīng)對(duì)原油含水超標(biāo)時(shí)也可以靈活選擇任意一個(gè)艙室。

完成此改造的同時(shí)，也完成了4P左貨油艙功能改造，轉(zhuǎn)為生產(chǎn)工藝流程艙。正常生產(chǎn)時(shí)，流程調(diào)節(jié)產(chǎn)生的生產(chǎn)水首先進(jìn)入4S右艙，4P左艙作為4S的應(yīng)急備用艙。生產(chǎn)水在4S艙沉降后，通過(guò)低位泵打回流程處理，液位接近艙底或者水質(zhì)變差時(shí)停泵，將底部的生產(chǎn)水通過(guò)4P/S艙室底部的聯(lián)通閥導(dǎo)入到4P艙進(jìn)一步的沉降，而4S艙繼續(xù)接收下艙生產(chǎn)水。

而且在4P艙改為工藝流程艙后，其使用率極低，為充分發(fā)揮其功能，將污油艙內(nèi)存儲(chǔ)污油分批次轉(zhuǎn)入到4P艙中充分沉降，再利用4S艙內(nèi)接收的生產(chǎn)水，通過(guò)底部聯(lián)通閥導(dǎo)入到4P艙底部，保持上部污油在55℃左右，使4P內(nèi)存儲(chǔ)的污油有足夠的時(shí)間、適宜的溫度進(jìn)行分離，靜置分離出的含水較低的原油，通過(guò)4P的撇油槽內(nèi)的高位泵轉(zhuǎn)移到其他艙室。圖9是4P/S艙室內(nèi)的結(jié)構(gòu)圖，圖中顯示了4P左艙內(nèi)有撇油裝置和高位泵，可以將分離出含水達(dá)到1%以下的污油回收轉(zhuǎn)運(yùn)到其他艙室，從而減少了污油的存量。

圖9 4P/S艙室內(nèi)部流程簡(jiǎn)圖

根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，自艙室流程功能改造完成后，2018年4月-2019年1月FPSO通過(guò)利用4P艙的功能，艙內(nèi)污油存儲(chǔ)量從31227 m3下降至27110 m3，減少污油量4117 m3，降幅達(dá)13.2%。如圖10所示。

圖10 2018年4月-2019年1月污油存量對(duì)比圖

通過(guò)上圖說(shuō)明，再利用4P艙室的撇油功能后，艙內(nèi)積累的污油含水率得到有效控制，存儲(chǔ)量明顯下降。

3.3 節(jié)能減排降耗

經(jīng)過(guò)改造生產(chǎn)一系列原油可以直接轉(zhuǎn)入到生燃油艙供主機(jī)消耗，避免了周期性啟動(dòng)4P貨油泵的情況出現(xiàn)，根據(jù)數(shù)據(jù)計(jì)算每次生產(chǎn)一系列往生燃油艙加油期間都會(huì)導(dǎo)致兩臺(tái)電動(dòng)液壓泵上線8.5 h，消耗原油19桶，造成了資源浪費(fèi)的同時(shí)，增加了廢氣的排放。按照每周往生燃油艙加一次油，一年共計(jì)加油52次。改造后每年可節(jié)約原油988桶，折合人民幣約41.7萬(wàn)元，節(jié)約電量約645 MW時(shí)，減少電動(dòng)液壓泵在線時(shí)間約884 h。4P貨油艙改為工藝流程艙后， FPSO實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)水零排海，每年可減少排放232萬(wàn)m3，對(duì)保護(hù)海洋環(huán)境有重要意義。

圖11 改造后每年節(jié)約各項(xiàng)指標(biāo)柱狀圖

通過(guò)圖11可知，在完成艙室流程及功能的改造后，F(xiàn)PSO在節(jié)能減排降耗方面取得了顯著的效果。

4 結(jié)論

隨著油田的開發(fā)，需要不斷對(duì)FPSO貨油艙室的流程進(jìn)行優(yōu)化改造，以滿足生產(chǎn)需求。通過(guò)改造切實(shí)取得了良好的效果，達(dá)到了多重的目的，為類似FPSO的貨油艙室功能性改造提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

(1)通過(guò)流程改造，增加了原油在艙內(nèi)靜置的時(shí)間，使下艙原油有足夠的時(shí)間依靠油水密度差靜置分離，降低了艙內(nèi)原油的含水率，有效降低了外輸原油的含水率。

(2)改造完成后，優(yōu)化了艙室的功能，使得原油的裝載方式更加靈活多樣，并且不再依賴4P貨油艙作為中間的過(guò)渡艙室。將4P貨油艙和4S污油水艙改造成為工藝流程艙，實(shí)現(xiàn)了艙室功能的轉(zhuǎn)化。

(3)實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排降耗的目的，改造完成后，減少了貨油泵的頻繁起停，減少了主機(jī)原油的消耗，進(jìn)而減少了廢氣的排放，同時(shí)減少了貨油泵因經(jīng)常啟停而造成的損耗。4P/S艙室改造成為工藝流程艙，在不影響原油裝載的情況下，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)水的零排放，對(duì)保護(hù)海洋環(huán)境具有重要的意義。

(4)充分利用4P艙優(yōu)化改造后的功能，對(duì)生產(chǎn)流程產(chǎn)生的污油起到了很好的沉降分離作用，有效的降低了污油的含水率，達(dá)到了污油水減量的目的。