0 前言

FPSO（floating production storage and offloading）是一种包含生产、储存、卸载等功能的浮式平台，用于在海洋环境进行能源处理，具有可移动、可重复使用的优点。根据FPSO处理能源类型的不同，可分为O-FPSO（石油浮式平台），LNG-FPSO（天然气液化浮式平台），以及综合石油和天然气处理的FONG平台。

欧美各国及日本非常重视LNG-FPSO装置的研究和开发，其中一个研究重点就是LNG从FPSO卸载至LNG船只的卸载装置研究。相比而言，我国在这方面的研究相当欠缺。要实现安全可靠的传输温度约零下162℃的液化天然气，这在技术上是一项挑战。2001年，壳牌石油公司（Shell）[1]设计了LNG浮式概念船，包括天然气净化、液化、储存、冷凝组分回收、系泊、并排卸载的整体设计；挪威国家石油公司（Statoil）的Eide等[2]在其液化天然气的海上输送系统的专利中，详细介绍了配合导向漏斗采用支架半支撑软管进行LNG输送的设计；Lavagna等[3]研究了海面柔性管绑系浮筒直接传输LNG的方式；Prible等[4]对浮式LNG生产、储卸进行了概念设计，也采用软管或刚性管在FPSO与LNG船间传输LNG；Cottrell等[5]提出在FPSO和LNG船间，设计一种浸没在海水中的连接钢架支撑输送软管进行LNG传输的方案；FMC欧洲公司[6，7]设计了铰接式液体输送装置和配合该装置的吊车。上述专利设计都是针对不同的地理海域气候条件进行的，各有特点和不同。

 

1主要卸载方式

海上LNG装卸不同于陆上作业，船体间的相互运动使得稳定输送的难度颇大。目前LNG-FPSO卸载方式的设计按照FPSO与LNG船的停靠方式可以分为：并联卸载和串联卸载。

1.1并联卸货方式

LNG船与LNG-FPSO并排系泊，两船体间距离较近，这种方式只适用于平静海域，否则可能因为船体的相互运动导致管道变形、泄露。经验表明，平均波高小于1.5米时，停泊作业是安全的。据估计，采用艉推进器或拖船后，并排卸货作业的极限平均波高为2.5米。在两船之间采用刚性臂推挡防止碰撞的方法，并排作业最大波高可达到3.5米[8]。

并联卸货主要两种方式：一种是软管直接悬挂连接卸载[9]，如图1所示。其结构简单，投资低，但安全性和稳定性不高，另一种是悬臂加漏斗引导软管连接卸载^[8]，如图2所示。垂直张力杆连接管道和悬臂，当LNG-FPSO和LNG船相对运动引起张力杆受到向上或向下的拉力时，有平衡重物会按照检测张力情况自动调整位置来维持稳定；自动探测装置若发现张力杆与水平悬臂倾斜角度超过预设范围，会自动调整悬臂长度及方位角保证不超过预设角度10度。另外，该设计在LNG-FPSO船头及船体中部，分别安装了可旋转的系泊刚性臂以及防碰撞的阻挡装置，投资也相应增长。

图1 软管直接悬挂连接卸载	图2 悬臂加漏斗引导软管连接卸载

 

图3 悬臂半支撑串联卸货方案

 

1.2 串联卸货方式

FPSO装置与LNG运输船采取前后停靠的串联方式，适合于海洋环境较为恶劣的海域。一般距离在50-100米。相比并联卸货，串联卸货由于其海洋环境适应能力好、安全性高，国外公司及研究机构更关注于开发该方式的卸载装置。串联卸货方式的优点是能在较为恶劣的海况条件下进行卸货作业，极限平均波高可达4.5米左右[10]。缺点是传输距离远，输送管长，投资大。

目前，主要的串联卸货装置有悬臂半支撑引导卸载，悬臂全支撑引导卸载，软管直接卸载等方式。下面分别说明。

1.2.1 悬臂半支撑引导卸载

挪威国家石油公司[2]的悬臂半支撑串联卸货方案如图3所示。悬臂的功能是对部分输送管道起支撑引导作用，其余软管以悬挂形式与LNG船相联接。LNG生产装置FPSO（1）与LNG运输船（2）之间的相互距离为55-65 米，通过LNG运输船保持恒定的后推力来控制位置。LNG由储罐（3）输送到管道三角支架（6），在三脚架的顶部与柔性接头（7）相连，再连接到输送软管（4，5）上。输送软管的头部通过连接装置(8)与一根引入线（9）导入LNG运输船的连接单元，实现对接。

 

1.2.2悬臂全支撑引导卸载

FMC技术公司[6,7]设计的悬臂全支撑的铰接式输送装置，如图4所示。LNG-FPSO(1)通过水平悬臂（3）全支撑LNG输送管道至LNG货船（2），并采用铰接的旋转接头和万向接头使得输送端的管道（5）可以绕轴转动，这些结构减小了风浪大引起的受力变化对输送管道平衡的影响。同时改变系缆绳连接船体的惯例，设计了带万向接头的连接装置（4），可以在前后、左右两个方向转动。通过研究分析，该装置可以减小风浪影响产生的y向位移，因而减小船体相互运动对输送管和悬臂的影响。他们还同时提出了以电动推车（6）加上可伸缩的菱形管网，见图4中右上方小图。当输送管完成任务或者紧急断开时，电推车带动平台向前移动到自动缩起的输液联结头（7）下。这个设计代替了原来的悬臂起重机，悬臂无需抬高即可完成菱形输送管的断开。

FMC公司还提出了一种钢架支撑在水面下的形式，如图5所示。

图4 悬臂全支撑的铰接式输送装置	图5 钢架支撑在水面下的形式

图6 软管直接卸载

1.2.3 软管直接卸载

当并联或串联方式都限制LNG的输送时，可以通过低温管道远距离传输。LNG经由浮筒（3）从FPSO（2）传到运输船上，运输船可以固定在卸载浮标上，FPSO和LNG运输船之间的距离在500米以上，如图6所示[3]。在柔性输送管与FPSO(2)和浮筒（3）连接之前都具有支持部件（7）和（16），它们可以是具有浮力的浮标或是支撑管道。可弯曲的管道（12），（13）分别直接与FPSO（2）和浮筒（3）连接。在支持部件上，另配有连接线（8），其作用是当浮筒晃动时，控制支持部件（7）和柔性输送管（10）保持在一个稳定的位置。除此之外，沿着柔性管（10）上的部分管道还有一些浮力装置（11），以减轻长管带来的重量影响。

 

2 分析与讨论

海上LNG在FPSO与LNG船间的卸载，无论是采用并排卸货、串联卸货，还是远距离低温管输方式，都需要根据具体海域特点和环境参数(包括平均海平面、最大波高、最大波周期、温度和湿度范围、风速和风向等)而定。海域平静，平均波高不超过2.5米-3.5米可考虑并排卸载，海域环境恶劣建议串联卸载或远距离管输。本文介绍的串联卸货的几种方案各有特点：悬臂半支撑软管卸货装置结构比全支撑结构简单，但全支撑形式更安全，软管漂浮传输需要对管道的绝热性能及重量、漂浮能力等综合考虑。选用何种卸载方式应该根据实际情况出发、并结合经济性综合考虑。

 

3 结论

目前我国海上采油过程得到的伴生气只有很少部分得到应用（主要是用作采油平台的能源），剩余的大部分石油伴生气被回注或燃烧掉。海上伴生气回收已成为实现我国总体节能目标的重要部分，浮式LNG装置的生产、储卸技术亟待研究，这对我国的能源开发和利用具有重大意义。

 

参 考 文 献

1. “Shell pushes world’s first LNG floater in Timor Sea”. International Gas Report, 2001
2. Jorgen Eide, et al. System for offshore transfer of liquefied natural gas, US Patent: 6637479, 2003
3. Philippe Lavagna, et al. Wave motion absorbing offloading system. US patent: 6916218, 2005
4. Donald Prible,et al. LNG floating production, storage, and offloading scheme. US Patent: 6889522, 2005
5. Roy H Cottrell. Offloading arrangements and method for spread moored FPSOs. US Patent: ?6983712, 2006
6. L. Terry Boatman, et al. Retrieval and connection system for a disconnectable mooring yoke. US Patent: 7007623, 2006
7. L. Terry Boatman. Duplex yoke mooring system. US Patent: 7073457, 2006
8. J. de Baan. Offshore Transfer, Re-Gasification and Salt Dome Storage of LNG. Offshore Technology Conference, 2003
9. Nigel Mills. LNG Ship to Ship. Orkney Islands Council.2006
10. 顾安忠等. 液化天然气技术. 北京: 机械工业出版社,2003:14