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FSO 船舶改造对货油加热的要求

浮力装卸船 (FSO) 中储存的高粘度原油会引起货物泵送和剩余油 (ROB) 问题。本文对货油在船舶上加热以降低粘度和最小化问题进行了研究以及对加热的要求。针对具有假定数据的 300 kdwt 容器引入了一个操作场景。分析了该船在卸货过程中从暖货到环境的散热量、进港冷货的热补充和货物的热损耗。提出了一个简化但有效的容器热损失分析。使用现成的原油产品作为锅炉燃料来加热货物是合理的决定。估计船舶的燃料消耗量，讨论了用于加热蒸汽发生和加热装置的锅炉负荷。研究了船舶与航天飞机油轮之间的卸货结构对加热和不加热货物的可输送性的影响。这种结构规定了从轮船到油轮的卸货软管的长度。长软管内的高压损失可能会阻止以设计时的速度向油轮输送未加热的货物。假定可替代货物加热，在血管转换过程中，考虑在20世纪70年代或80年代制造的超大型原油承运人 (ULCC) 中增加加热弹簧圈。评估了货物升温的追加和转换费用估计数。讨论了运输的考虑。提出结论和建议。

引言

委内瑞拉 BOSCAN 原油和印度 Duria 原油具有高粘度、高比重的特点。从浮动储存和卸荷 (FSO) 船出口原油时，可能发生诸如货物泵送和装船剩余(ROB) 这样的不利问题。在粘性原油的运输过程中，从船舶到市场的运输油轮也会遇到同样的问题。为了降低货油的粘度并使这些问题最小化而储存在船上的加热货油可在本研究中检验。

与未加热稠油相关的货物泵送问题是由于离心泵内叶轮的转速引起的高剪切率引起的。高剪切率导致高压（或摩擦）损失和较低的泵排出压力、排出速率和效率增加。用离心泵泵送粘稠原油也可能造成叶轮环和泵壳过早凹陷和磨损。

含蜡原油的高凝点加剧了原油的 ROB 问题。含蜡问题是当原油温度下降到其倾点和浊点以下时，蜡在货舱或卸货软管中积累这一问题。不加热的粘稠原油和积聚的蜡可能堵塞泵吸管或堵塞油管内的原油流动。对于一艘停泊在温水中的FSO 船只，比如在委内瑞拉或印度尼西亚海岸，ROB问题可能不是问题。但当航天飞机到达北欧或日本时，ROB问题可能是一个严重的问题，在那里，特别是在冬天，周围的海洋温度可能会下降到原油倾点以下。

船舶上容易获得原油，因此，取代常规锅炉燃料作为船舶蒸汽动力装置和加热货物的合理选择燃烧产品原油的锅炉改造是这种替代的先决条件。

各种论文详细介绍了 FSO 容器的历史和应用。在本研究中，FSO 船是经过改造的超大型油船 (ULCC)。计划的ULCC重达300多万吨（kdwtl，建于20世纪70年代或80年代），在这个时代，ULCC通常是蒸汽船。这种大小的ULCC通常没有任何货油加热设施在船上。因此，如果认为有必要对货物进行加热，则需要在船舶上增加加热线圈。小型特大型原油运输船(VLCC)可能在船上安装了加热线圈。

原油是从内陆或水下的井口开采和加工的。产品原油通过海底管道、管路-末端-歧管 (PLEM) 和软管串装载到FSO ves-sel上。从船上运来的货物，通过一个装油的软管串，被抽到停泊在旁边、串联的或在远处的浮标上的航天飞机油轮上。

由最终卸荷配置决定的软管长度也会影响流经软管的粘性原油的高压损失而产生的货物泵送问题。本研究中FSO容器考虑的去负载配置为以下之一：

在卸货的同时，货油通过连接在中船到中船歧管之间的一条短软管串输送到油轮上。单点系泊(SPM)系统可以将船只系泊在浮标上。浮标通过一个提供多自由度的铰接轭与船头（或船尾）相连。浮标通过链式锚链系泊（CLAM）。（悬链锚）

串联卸载时，货油通过一条长长的软管串连接在船尾、港口歧管和中船歧管之间输送到油轮。该船可以系泊的链的 SPM 系统。船弓炮塔，这是一个结构的延伸，是停泊在一个CLAM的安排。

远程-输出浮标负载，货油通过海底管道和油管输送到油轮。卸荷软管串连接在浮标和船中歧管之间。这种结构附属于由扩展系泊系统锚定的船只。浮标由一个CLAM的系统固定。

本研究明确了初期规划的理念和成本依据，为后期工程或运营提供了依据。本研究的目的不是制定详细的设计和工程、定义操作和维护的详细程序或确定所需的特定设备。本研究的目的是：

分析和计算船上加热货物的热损失

估计船舶内加热货物的燃料消耗

设计蒸汽加热要求

规定加热或未加热货物的卸货系统要求

评估替代方案，估算成本并考虑运输问题。

一种FSO船舶作业方案

世界上现有的每艘 FSO 船都有不同的运作方式。操作由生产决定船舶和航天飞机的油轮大小，海况等。为了避免这些未知因素的干扰，可以建立一个简单的操作规则。规则是，任何进入船只应卸载到穿梭油轮(s)，以便有最佳的运作，并保持连续生产。一般来说，血管在一个运行周期(n)内有两种运行模式。备用模式(n1) 表示没有油轮停泊在船上的天数。卸货方式(n2）代表油轮接收船只货物的天数。卸货模式不包括油箱等待、靠泊和抛掷的时间。本研究中的商业术语（例如：非专业人员、非专业人员等）与操作期无关。详细的油轮作业说明见其他资料。

容器热损失分析

FSO船的货油卸货率总是远大于船舶的进口原油的卸货率。由于连续来料和间歇卸料，油罐中原油的储存量不断变化。这种非稳态下的原油卸料热损失需要详细分析，这超出了本研究的范围。然而，分析可以用一些假设来解决，并转化为稳态近似状态。

根据航天飞机油轮的大小，在数天的时间里，这种油轮可以从接近空装的状态变化到压满的状态。如图4所示，接近满载的状态95％为最大热损失sce-nario提供了一个保守的稳态分析。在这种假设下，热损失接近最大，但仍有空间让来货在船上升温。在海洋工业中，98％满船被认为是满船。

热量从较温暖的货物通过船体散发到周围的大气和海水冷却器。这便需要额外的热量来加热连续进厂的冷却器原油，而热量与间歇的卸货货物一起被移除。船舶在待机和卸货模式下的货物加热所需的热量可表示为：a.。FSO船舶在待机模式下的时间约为2.69-7.74天。

在oifloading模式下，FSO容器所需的热量不能提供接近峰值的热量损失，因为容器在注油时部分排空。因此，将不进行该运行模式下的热损失计算。将调整始终基于95％full的最终原油消耗量，以代表所有运行周期内的容器。300 kdwt 容器的热损失计算详见附录1。计算中应用了基本的传热技术。

燃料消耗

船舶锅炉内用于加热货物的原油的燃料消耗量与使货物保持在恒定温度所需的热量成正比。对于实际的非稳态工况，计算稳态假设下的热损失和燃料消耗率的平均值。货油加热的燃料消耗量详见附录1，结论总结如下：

货物加热的平均原油消耗估计为每日51.3短吨每天，即114 920 bbl每年。该估计值是基于FSO容器平均部分充满且加热蒸汽开启约为所有运行周期的一半。在假定原油价格为20亿美元的情况下，用于加热货物的原油平均加热成本估计为每年230万美元。此项费用不包括货物卸货、发电、旅馆设备或住宿等任何其他业务费用。

为了达到上述货物加热的燃料消耗率，将FSO船中的货舱简化为如图5虚线所示的单个大型油舱（用另一SPM系统显示）。模拟水箱漂浮在海水上，并经受一组规定的环境条件。理想的货物加热温度假定为120 F。在本研究中，罐中的大部分货物保持在该温度，这意味着所有罐底均匀安装加热盘管。其他线圈装置，如安装在选定的大型水箱或侧面或两侧，不适用于本方法。原油消耗计算的其他假设见附录1。

蒸汽加热要求

没有评估船只现有的锅炉是否能产生足够的蒸汽以加热和维持货物的温度在120华氏度。现有的两台锅炉可能有足够的能量。当船舶处于待机模式时，产生超热高压(HP)蒸汽转化为低压(LP)蒸汽以在一定温度下可加热货物。在此模式下，一台锅炉足以支持船舶运行。本锅炉是在额定负载25%以下的热平衡设计。然而，当船舶处于卸货状态时，锅炉可能没有足够的空间来加热货物。在这种模式下，汽轮机的货物转运泵消耗多达62%锅炉负荷，如设计所示。在船舶的主甲板上增设一个辅助锅炉以加热货物是一种可行的解决办法。

另一种节省燃料的方法是在航天飞机油轮到达之前加热货物。如果vessel-s加热线圈有足够的容量，且待机模式足够长，可以将货物加热到所需温度，则适用本标准。

货物加热系统包括在所有的货物，斜坡和前进的燃料箱蒸汽盘管；一个低压蒸汽发生器；和一个排水舱。加热盘管材料的选择将取决于原油的性质和使用因素。不锈钢或镍黄铜是推荐的线圈材料。LP 蒸汽发生器将过热的 HP 蒸汽转化为用于线圈的 LP 加热蒸汽。需要一个单独的蒸汽冷凝回流系统，包括一个检查罐，油监视器，洗涤器等。检测和处理油污染物。货物蒸汽加热系统通常与主蒸汽系统分开，以避免污染。

Ottloading 系统要求

卸下高粘性货物会给现有离心式FSO船输送泵带来问题。通过卸荷软管泵送粘性流体会产生异常高的压力损失，这对任何泵送操作都是不利的。在极端的情况下，可能无法以特定的速率将货物运送到航天飞机上。

假设ULCC中的现有输送泵将保留在FSO容器转换中。泵通常是离心式的，其排出压力是预先确定的。对于300 kdwt的典型ULCC，假定卸载歧管在120 psig下的最大卸载速率为60000 bbl／hr，150psig下的45000 bbl／hr为加热货物的平均卸载速率。对于非加热粘性货物，假定输送泵在卸荷歧管中75psig下的排放速率为30000 bbl／hr，根据泵特性曲线7进行解释。其他假设包括在第一部分，附录3。船舶系泊系统的类型将对软管长度的确定有最小的影响。在以下章节中讨论了三种不同配置的船舶卸载要求（有和无货物加热）。

如附录2所示，对于该配置，预计卸载软管长度为60ft。该软管长度应足以跨越FSO船和shuttle tanker之间的中段到中歧管和10ft直径挡泥板。由于船舶和油轮之间的吃水变化引起的高度差包括在软管长度计算中。

软管尺寸经计算为16英寸。如附录3的第 II 部分所示，用于初步分析的未加热货物的直径柔性软管。软管尺寸的其他组合可能适用于本配置。

由于输油软管跨度短，原油不需要加热，但输送速度受到严格限制。换句话说，在现有的输送泵和没有货物加热的情况下，从船上的货物能以更低的速度到达航天飞机的油轮。为了达到最大最的平均卸货率，货物必须加热。

如附录2所示，该配置的卸载软管长度估计为1000ft。该软管长度应足以覆盖FSO船和shuttle tanker上的两个歧管接收法兰之间的距离。假定vessel-s歧管位于船尾和港口侧。在软管长度计算中包括了船舶和油轮的自由板。

软管尺寸经计算为两个20英寸。如附录3第III部分所示，初步分析显示用于加热或未加热货物的直径浮动软管。软管尺寸的其他组合可能适用于该配置。

计算表明，无论是否加热，原油都可以以不同的速度输送到航天飞机的油轮上。换句话说，即使软管相当长，原油也不需要加热，以更低的脱负荷率输送。为了达到最高最平均的费率，需要对货物进行加热。计算加热和未加热货物的压降，以作比较。

对于加热货物的计算，假定货物在120华氏度时保持在软管内，没有任何温度下降。事实上，大多数较长的水管会随着水面的水流和微风漂浮在海面上，这往往会冷却沿途经过加热的货物。传热分析是需要测定浮动软管的散热。另一个需要考虑的因素是，在不同的脱碘方式之间，原油在软管中的残留时间可能为3至8天。原油可能会结蜡，需要冲洗软管或使货物流通。

如附录2所示，otfloading软管估计为840ft长，该浮标通过距FSO船2.4英里长（假定）的海底管道装载。这种软管长度应足以覆盖浮标和航天飞机油轮上两个歧管接收法兰之间的距离。在软管长度计算中包括穿梭油轮干舷。

软管尺寸经计算为两个20英寸。根据附录3第四部分的初步分析，建议海底管道直径应为36英寸。考虑到这些软管和管道的尺寸，最大装载率是不可能实现的，但平均ottloading率可以维持与加热货物。对于最大速率，需要高于120° F 的原始温度。

原油通过软管和海底管道加热并保持在120华氏度的恒温。由于长软管和海底管道，原油需要加热才能输送。换言之，在这种配置下，FSO船中的货物不能在没有货物加热的情况下通过现有的输送泵到达关闭油轮。如果货物加热不可取，可以为这种配置安装容积式增压泵。

在这项研究中，假设在软管和海底管道内的货油温度保持在120℉，没有任何温度下降。事实上，大部分长水管在海面上会漂浮着洋流和微风，这往往会冷却沿途经过加热的货物。可能需要一个隔热的海底管道。海底管线将位于海底，这也将散热和冷却加热货物。需要进行传热分析以确定浮动软管和海底管道的散热情况。

货物加热的替代品

除了在FSO容器中进行货物加热之外，克服软管压力损失的方法是 (i)安排短软管卸货配置，(ii)增加管道和软管直径，(iii)增加增压泵，和(iv)注入减阻剂。

装油软管的长度取决于船舶卸荷配置以及航天飞机油轮的大小。该配置是为船舶的最佳卸载和机动操作选择，而不是为货泵排放压力。软管直径应限制在24in，这是市售软管的最大尺寸。

如果不需要加热，增加增压泵是克服卸料软管中高压降的一种补救措施。齿轮泵或螺杆泵是增压泵泵送粘性流体的理想选择。但是，泵排出压力不得超过225psig 的软管设计压力。增加增压泵的讨论不在本研究范围内。

据估计，在原油中广泛和无限期地使用一种减阻剂来人为地降低其粘度是昂贵的方式。

成本估算

在FSO血管中增加加热线圈的成本估计约为200万美元，其中安装和材料成本约为100万美元。总成本包括工程、材料、安装和一般造船厂服务。这些线圈安装在所有货舱的罐底附近。其他替代方案，如线圈安装在选定的大型油箱将成本较低，并改变了本研

资料编号：[3307]