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    天津天然氣資訊:浮式天然氣儲存再氣化裝置介紹

    文章出處:www.able15i.biz 作者:天津天然氣 人氣: 發表時間:2019-02-05 13:43
     

    浮式天然氣儲存再氣化裝置(FSRU)是近年來國際市場上出現的一種新型海洋平臺,主要用于液化天然氣(LNG)的海上接收儲存以及向陸上的配送。由于FSRU無需占據陸地面積,且可以遠離人口稠密的地區靈活布置,因此在沿海地區具有潛在的應用需求。2014年2月,全球首座新建的FSRU在韓國現代重工建成交付,標志著該類海洋平臺已正式進入市場。同時,國內、外多家企業也已將其作為重點發展對象,正在醞釀自己的型號產品。鑒于國際油價持續走低,以及海工裝備市場競爭已趨于白熱化,有必要對這一新型平臺進行市場需求分析,為確定合理的進入策略提供參考。

    1
    FSRU技術特征簡介
     

    FSRU通常采用單體船型、單點系泊或多點靠泊方式,作業水區通常位于近?;蚺R岸水域。FSRU的功能系統主要是借鑒或沿用LNG船和浮式液化天然氣生產系統(FLNG)的系統設備,以及陸上天然氣終端的再氣化系統原理。以典型的FSRU為例,全平臺主要包括以下系統[1-2]。

    1)主船體系統。為承載各功能系統的平臺,由船體結構、人員生活保障系統、防火消防設備、壓載水系統、船舶裝置、導航通信及控制系統,以及船舶管系和其他相關設備組成,可以新建,也可以由LNG船改裝。

    2)能源系統。主要為FSRU提供運行所需的能源,包括電力和動力供應。該系統由雙燃料電站、分配電系統、(再氣化)蒸汽鍋爐及應急電站等組成。

    天然氣

    3)系泊定位及卸料系統。用于穩定并保持FSRU的作業姿態及位置,并利用配套設備對外輸出LNG。根據系泊定位方式的不同,可選用單點系泊系統(內轉塔或外轉塔式)、多點靠泊系統、錨泊系統和動力定位系統等。卸料及相關設施與陸上接收終端基本類似。對于海上LNG接收終端,比較成熟的卸載技術有FMC,HiLoad和柔性軟管技術等。

    4)LNG儲存系統。用于安全儲存LNG,主要為儲存罐。LNG 在儲存的過程中始終處于-162 ℃左右的低溫條件,儲存罐內會產生一定的蒸氣壓。為避免上述情況出現,儲存罐的材料以及絕緣性至關重要。LNG 的儲存罐一般可分為獨立球型(MOSS 型)、獨立式棱柱型(SPB 型)及薄膜型(GTT 型)3 種類型,在現有的FSRU設計中,3種類型均有采用。

    5)LNG再氣化系統。LNG的再氣化大都采用循環中間介質氣化器,用水和乙二醇的混合液作換熱介質。氣化后的天然氣須加熱至適合外輸的溫度。儲存罐內的蒸發氣(Boil Off Gas,BOG,主要指LNG罐內蒸發產生的甲烷氣體)可送到再冷凝器,或者通過BOG壓縮機后再送回到LNG運輸船上,或者用作燃料。在外輸前,還需計量(或加臭、或調熱值)設施。在FSRU上,還應設有緊急火炬設施。

    6)陸上接收管路系統。用于接收LNG并分配至陸上用戶,主要包括FSRU靠泊/系泊接收設施(如棧橋)、管路、管架、配氣控制終端及陸上消防設施等。

    挪威Hoegh公司170 000 m3FSRU產品效果圖

     

    綜上所述,要實現FSRU的設計建造,需掌握以下關鍵技術[3-4]:

    1)總體設計及建造技術,包括FSRU對使用環境的總體性能預報技術、儲存LNG條件下的內、外溫差結構設計技術和總體設計均衡性技術。由于LNG儲存及再氣化單元在安裝施工工藝上要求較高,因此掌握LNG相關的建造技術也是FSRU總體技術中的關鍵要素。

    2)系泊定位技術。需要掌握FSRU在運用海區的穩定系泊定位性能,選用或設計適用的系泊定位系統,以保證全年最多天數的安全定位系泊及運行。

    3)LNG再氣化技術,包括在海上對低溫LNG實現穩定再氣化并保證外送流量滿足用戶要求。其中,LNG氣化器是該項技術的核心裝備,目前全球僅有挪威的Hoegh、英國的Golar及美國的Excelerat這3家公司掌握著該設備的制造技術。典型的LNG再氣化工藝流程如圖2所示。


    圖2 典型的LNG再氣化工藝流程

     

    2
    FSRU適用環境條件分析
     

    FSRU屬高危品海上儲存裝置,在確定其適用的環境條件時,需考慮以下原則:

    1)在保證正常接收和輸送LNG的前提下,保證FSRU的布置位置對航道及陸上人口稠密區的安全性威脅最小。

    2)海區水文條件符合FSRU系泊定位系統的作業功能條件。

    3)環境(風、浪、流、潮汐)變化特性與FSRU全年最大有效作業天數相適應。

    鑒于此,在確定FSRU的適用環境條件時,應考慮以下選取因素[5]:

    1)底床地質條件要較好,水流平緩,風浪小,有足夠的水深,疏浚工程量小,并且符合其他相關技術規范的要求;需避開主航道和通航密集區;停泊區盡可能設置在港區下游,并與相鄰的碼頭、水工建筑物及設施保持相應的安全距離;布置位置應考慮海底管線的登陸點,并應考慮到海底管線鋪設和登陸的方便。

    2)對于水深,要考慮FSRU的設計吃水、潮差、船體的升沉、縱搖、橫搖運動和縱傾,以及海底綜合效應和淺水效應。以最保守的情況來估計,對于一艘設計吃水為11 m的FSRU,其最小工作水深=設計吃水+潮差+船體升沉及橫搖/縱搖運動+縱傾+海底綜合效應和淺水效應+最小空隙≈22 m。

    3)作業海區的形狀和大小應根據單點系泊所處的具體情況而定。在主要環境條件(風、浪、流和潮汐)對系泊操作有利、船舶能安全靠離系泊設施的地方,可適當減少作業海區的范圍;在拖船僅是用來協助系泊的地方,作業海區也可以適當減??;如果系泊工作是在極端不利的環境條件下進行,則需要增大作業海區的半徑。石油公司國際海事論壇(OCIMF)推薦的單點作業半徑R≥2 400 m,包含正常作業半徑和無障礙半徑。

    3
    FSRU全球市場需求分析
     

    天然氣具有儲量豐富(天然氣具有儲量豐富(Abundant)、價格適中(Affordable)、符合環保要求(Acceptable)等“3A”特征,因此能夠成為“競爭性燃料”。在國際原油價格不斷走低的情況下,LNG的采購和使用成本得以進一步降低,因而增大了該類能源的競爭力。根據國際能源署《世界能源展望(2010)》的預測,天然氣需求量的年均增長量將為1.4%,其將從2008 年的31 490×109 m3增加到2035 年的45 350×109 m3。其中,全球天然氣增長量的45%將來自燃氣發電,電力部門在世界天然氣市場的份額將從39%提升到41%。就地區而言,傳統市場的天然氣需求趨于平穩或下降,天然氣需求的增長將主要出現在亞洲和中東地區等的發展中國家。我國對天然氣的需求將保持6%的增長速度,而中東生產國的需求將快速增長,并將會影響出口、降低收入,對全球天然氣市場供需帶來影響。預計至2030年,天然氣在世界能源結構中所占的比例將上升至28%,超過石油而成為世界第一大能源。天然氣的儲量充足,常規天然氣的儲采比超過了60年,非常規天然氣的儲采比則超過200年。只要有足夠和及時的投資,天然氣資源可以變為儲量、產量和供應,并推向市場以滿足需求。

    海上天然氣接收是沿海國家進口天然氣的主要形式,至2010年底,全球已建成LNG接收終端60多個。由于陸上接收終端投資大,環境影響明顯,且存在著潛在的安全性等問題,使得LNG需求與在建終端間的缺口不斷加大,也使越來越多的國家更多地考慮海上FSRU的建設模式。

    在過去的兩年里,全球對FSRU的需求與日俱增。根據Golar LNG資料,目前全球有超過15個FSRU項目在建或已建造完成,還有超過30個以上的FSRU項目被列入建設計劃,其中的7~10個項目已處于具體實施階段。隨著對FSRU項目需求的上升,對已有LNG船的改造以及FSRU的新造訂單也呈增加趨勢。圖3所示為2012年全球FSRU計劃、在建以及投入使用的分布圖。

    3 2012年全球FSRU計劃、在建以及投入使用分布圖

     

    目前,全球有9艘FSRU訂單,包括:Golar公司訂購的1艘16×104 m3和1艘17×104 m3的FSRU,已分別于2013年和2014年竣工;Hoegh LNG公司訂購的3艘17×104 m3FSRU,其中1艘已于2014年交付。Douglas Westwood公司近日發表報告稱,對于浮式LNG生產儲油船(LNG-FPSO)和包括FSRU在內的FLNG,未來5年的投資規模將達到474億美元,其中亞洲地區的投資約占1/3,澳大利亞、新西蘭及附近南太平洋諸島等地區約占22%,拉丁美洲占17%。Douglas Westwood公司預計,在這些FLNG的投資中,LNG-FPSO的投資規?;虺^280億美元,FSRU的投資規?;虺^190億美元。

    4
    FSRU國內市場需求分析
     

    我國對天然氣的需求量遠大于實際供給量。2014年天然氣的進口量仍居高不下,約為1 700×109 m3,由2013年占消費總量的28%上升至32%。我國曾計劃于2010年前分別在深圳、福建、寧波、上海、青島和大連等地建設10座大型液化天然氣接收站[6],年進口量達3×107 t以上(約67×106m3),目前,深圳和大連的陸上終端已投入使用,莆田的已開工建設,其他地區的也正在論證LNG接收終端的建設規劃。同時,出于對陸上接收終端諸多限制的考慮,中海油已于2013年12月引進并投入使用了國內首座FSRU,該單元的主體裝置是由法國GDF Suez公司的一艘14.5×104 m3的LNG船(Cape Ann號)改裝而成,日均可供給3.5×104 m3天然氣。

    就國內市場而言,LNG接收終端的建設還處于起步階段,難以滿足沿海各地對天然氣的需求,而陸上接收終端的諸多限制條件以及安全隱患就使得FSRU型終端的需求日益顯著。同時,隨著我國遠海島礁開發工作排上日程,對海島的LNG供應也是FSRU的潛在市場需求。目前,新的LNG運輸船的船容量均為14×104~17×104 m3[7],按照我國規劃的天然氣接收終端年均67×105 m3的規模,基本上可以滿足對大型城市按7個工作日供氣的需求。而市場上約80%可供改造的LNG舊船的船容量為12.5×104 m3。如果僅一艘FSRU,還需考慮新的運輸船與改建FSRU儲存能力卸料的匹配關系問題,一般可采用大容量運輸船二次卸料的方式來滿足要求,再氣化能力一般為1.9×104~3.5×104 m3/天,再氣化一般為16×104~ l7×104 m3的LNG需要5~8個工作日的時間。若為增加遠期經濟性而不采用二次卸料,則必須加大1倍左右的天然氣儲量,因此,近期國外新訂造的FSRU多為20×104 m3以上,例如,美國的2個FSRU項目,其儲存能力分別為27×104m3和35×104 m3。

    另外,對于島嶼型用戶,由于人口和工業規模較小,故天然氣用量也會較小。在此情況下,應選用小型FSRU,并能與小型LNG船實現裝卸貨對接。

    根據上述分析,表1給出了初步整理的國內FSRU潛在需求地區與規模。

     

    國內FSRU潛在地區與規模統計表

    地區名稱

    需求規模/ m3

    山東省煙臺市

    12.5×104~25×104

    江蘇省南通市

    12.5×104~25×104

    浙江省寧波市

    12.5×104~25×104

    浙江省舟山市

    12.5×104~25×104

    海南省三沙市

    2×104~5×104

     

     

    5
    小結及建議
     

    綜上所述,FSRU作為一種以LNG終端為主要用途的海上平臺,在全球及國內市場均具有廣泛的市場潛力。鑒于國內已經具備LNG船的建造經驗和海洋工程設計能力,進行總體設計及總裝建造是可行的,一些剛剛進入海工市場的企業可以此為突破口打開業績局面。但是,我國在FSRU的關鍵技術方面還存在著諸多不足,例如,再氣化裝置在國內尚屬空白,LNG儲存輸出設備還完全依賴進口等??梢?,僅依靠國內在短期內實現FSRU的完全自主研制是較困難的,由此,提出以下建議:

    1)宜盡早展開需求論證和調研工作,以確定適合國內市場的FSRU建設規模、數量和主要應用地區。

    2)聯合國外有實力的企業單位共同開發,明確分工??上扔蓢鴥韧瓿煽傮w設計和系統集成,國外企業提供核心裝置,后續可通過技術轉讓的形式逐漸消化關鍵技術并最終實現國產化。

    3)對于島礁型用戶市場,需進行深入研究,明確潛在市場的個性化需求,并考慮東南亞、澳洲、東歐等市場的潛在需求。

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