FPSO生產(chǎn)水處理沉降艙改造工程方案研究

王美波

海洋石油工程股份有限公司, 天津 300451

0 前言

中國(guó)海洋石油某FPSO(Floating Production Storage and Offloading)生產(chǎn)水系統(tǒng)[1-3]設(shè)計(jì)處理能力為6.3×104m3/d,主要依靠國(guó)外進(jìn)口水力離心機(jī)進(jìn)行處理,實(shí)際處理效果并不理想。雖然在生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)閃蒸罐、化學(xué)藥劑進(jìn)行了改造,基本達(dá)到現(xiàn)有水量的處理要求,但隨著油田不斷注水開(kāi)發(fā),日產(chǎn)水量會(huì)進(jìn)一步增大,現(xiàn)有設(shè)施將很難滿足水質(zhì)的處理要求,需要對(duì)現(xiàn)有生產(chǎn)污水處理系統(tǒng)進(jìn)行改造,以滿足生產(chǎn)水水量由6.3×104m3/d調(diào)整至6.9×104m3/d的處理要求。本工程方案實(shí)施前,船東已委托專(zhuān)業(yè)公司進(jìn)行了多方案比選,詳細(xì)分析了諸如大型斜板除油裝置+大型氣浮選裝置+大型核桃殼過(guò)濾器三級(jí)水處理工藝、其他新型水處理工藝設(shè)備等多個(gè)方案,鑒于現(xiàn)役FPSO船體和模塊部分已無(wú)可利用新增設(shè)備的布置空間,故本工程實(shí)施方案重點(diǎn)圍繞對(duì)現(xiàn)有艙室的功能調(diào)整及改造展開(kāi)探索,以實(shí)現(xiàn)大艙兩級(jí)沉降,經(jīng)過(guò)研究,利用FPSO現(xiàn)有的2個(gè)不合格原油艙代替污油水艙功能,將2個(gè)污油水艙和2個(gè)燃料油艙改造成兩級(jí)生產(chǎn)水沉降艙,并對(duì)2個(gè)雨水艙中增加生產(chǎn)水沉降艙浮油收集功能,以達(dá)到生產(chǎn)水處理流程緩沖和擴(kuò)容的目的。

1 FPSO改造前概況

1.1 FPSO生產(chǎn)水處理系統(tǒng)改造前概況

FPSO原油系統(tǒng)分離出的生產(chǎn)水首先進(jìn)入生產(chǎn)水閃蒸罐,再由生產(chǎn)水增壓泵增壓至下游離心機(jī)需要的壓力后,經(jīng)過(guò)濾器過(guò)濾后送至離心機(jī)處理,離心機(jī)處理后的生產(chǎn)水輸送至注水系統(tǒng)進(jìn)一步處理后達(dá)標(biāo)回注,分離出的污油回到原油系統(tǒng)處理,流程見(jiàn)圖1。

圖1 現(xiàn)有生產(chǎn)水處理流程

1.2 FPSO艙室改造前狀態(tài)

FPSO艙室改造前狀態(tài)見(jiàn)表1，相關(guān)各艙室改造前功能描述如下[4-9]:

1)污油水艙改造前功能用于收集來(lái)自船艏船艉機(jī)械處所、雨水艙、上部組塊開(kāi)閉排系統(tǒng)、鍋爐的排放水和所有貨油艙及未處理燃油艙的掃艙水。污油水艙的污油水經(jīng)500 m3/h污油水泵輸送到上部模塊處理。

表1FPSO艙室改造前狀態(tài)

改造前艙室單艙容積/m3單艙尺寸/m2個(gè)污油水艙5 03215.2×10.92×30.8NO.1未處理燃油艙2 57110.4×8.19×31NO.2未處理燃油艙2 55710.4×9.1×30.75NO.1已處理燃油艙2 95410.4×10×30.75NO.2已處理燃油艙2 27410.4×7.28×312個(gè)雨水艙2 4134.8×17.29×30.82個(gè)不合格原油艙20 20940×17.29×29.8

2)未處理燃油艙及已處理燃油艙改造前功能分別是作為儲(chǔ)存鍋爐和主機(jī)用原油的備用,閑置未用。

3)雨水艙改造前功能是用于收集船體和上部模塊區(qū)域的雨水。收集的雨水中可能含油,含油污水在雨水艙里沉淀實(shí)現(xiàn)油水分層。雨水艙內(nèi)設(shè)有排量250 m3/h的雨水艙泵,用于雨水輸送。艙水出口設(shè)置含油分析儀,經(jīng)分析后含油雨水被送至原污油水艙,不含油雨水排海。

4)不合格原油艙用于儲(chǔ)存上部組塊處理不合格原油。不合格原油經(jīng)1 250 m3/h不合格原油輸送泵再輸送回上部組塊處理。

1.3 大艙改造原則

1)改造及增加結(jié)構(gòu)的施工盡量不在與貨油艙共用的艙壁上進(jìn)行[10-15]。

2)施工盡量通過(guò)現(xiàn)有開(kāi)孔進(jìn)行,應(yīng)避免在甲板及艙壁此類(lèi)高應(yīng)力集中區(qū)臨時(shí)施工大開(kāi)孔。

3)艙室功能改造應(yīng)盡量按照原設(shè)計(jì)原則,即左右舷功能對(duì)稱,避免影響穩(wěn)性。

2 大艙改造方案

充分利用現(xiàn)有艙室(污油水艙和燃料油艙),改造成2個(gè)系列生產(chǎn)水沉降艙,以滿足油田整體開(kāi)發(fā)需求,并進(jìn)一步改善生產(chǎn)水水質(zhì)。

為進(jìn)一步提高水沉降艙的出水水質(zhì),在一級(jí)水工藝艙入口管線上預(yù)留化學(xué)藥劑注入接口,用于注入絮凝劑等藥劑。

生產(chǎn)水閃蒸罐出口生產(chǎn)水首先進(jìn)入一級(jí)水工藝艙(原污油水艙改造)進(jìn)行沉降,經(jīng)一級(jí)水工藝艙沉降處理后,左右舷生產(chǎn)水經(jīng)過(guò)艙壁開(kāi)孔依靠液位差溢流分別進(jìn)入二級(jí)水工藝艙(NO.2未處理燃油艙和NO.1已處理燃油艙)進(jìn)一步沉降,而后經(jīng)新增生產(chǎn)水輸送泵輸送至上部組塊現(xiàn)有生產(chǎn)水離心機(jī)進(jìn)一步處理。兩級(jí)水工藝艙收油槽收集的污油經(jīng)艙壁開(kāi)孔溢流進(jìn)入雨水艙,最后與不合格原油一起經(jīng)不合格原油泵送至上部組塊原油系統(tǒng)處理。

大艙沉降分離使得離心機(jī)入口水中含油量及固體懸浮物含量降低,改善了離心機(jī)入口水質(zhì),同時(shí)運(yùn)行維護(hù)工作量也隨之降低。

根據(jù)生產(chǎn)水處理能力及配產(chǎn),改造流程中二級(jí)水工藝艙(原NO.2未處理燃油艙和NO.1已處理燃油艙),各新增2臺(tái)1 440 m3/h的生產(chǎn)水增壓泵。正常工況下,左右舷平均進(jìn)水,2艙均啟動(dòng)1臺(tái)新增生產(chǎn)水增壓泵;當(dāng)其中1艙進(jìn)行洗艙時(shí),另外1艙需啟動(dòng)2臺(tái)新增生產(chǎn)水增壓泵滿足最大處理量要求。另外,改造流程中生產(chǎn)水輸送泵不再使用,需取消生產(chǎn)水閃蒸罐液位信號(hào)對(duì)該生產(chǎn)水輸送泵變頻的控制,并在生產(chǎn)水閃蒸罐出口增加液位控制閥,維持罐液位,見(jiàn)圖2。FPSO改造后艙室功能見(jiàn)表2。

圖2 大艙沉降流程

表2FPSO改造后艙室功能

改造前艙室改造前功能改造后功能2個(gè)污油水艙收集各處所污油水及雨水水工藝艙,不再收集污油水NO.2未處理燃油艙儲(chǔ)存鍋爐用原油,閑置未用水工藝艙,艙內(nèi)新增生產(chǎn)水增壓泵NO.1已處理燃油艙儲(chǔ)存主機(jī)用原油,閑置未用水工藝艙,艙內(nèi)新增生產(chǎn)水增壓泵2個(gè)雨水艙收集雨水收集雨水及水工藝艙撇出的污油2個(gè)不合格原油艙儲(chǔ)存不合格原油儲(chǔ)存不合格原油,兼具原污油水艙的功能

針對(duì)改造所涉及的輪機(jī)系統(tǒng)校核與改造設(shè)計(jì)方面,具體技術(shù)方案如下:

2.1 污油水系統(tǒng)

FPSO原有左、右舷2個(gè)污油水艙位于艉部#44～#63,見(jiàn)圖3。改造設(shè)計(jì)后,2個(gè)污油水艙改作生產(chǎn)水一級(jí)沉淀艙,將不合格原油艙(位于船中部#84～#92)兼作污油水艙。污油水艙功能轉(zhuǎn)移至不合格原油艙,所有污油水支管、總管需進(jìn)行改造。左右舷污油水艙(改造后生產(chǎn)水一級(jí)沉淀艙)保留改造前洗艙功能。生產(chǎn)水一級(jí)沉淀艙需增加生產(chǎn)水注入管線;增加生產(chǎn)水溢流管線至二級(jí)沉淀艙;增加收油管線至雨水艙。該艙室內(nèi)相應(yīng)的溫度、液位報(bào)警設(shè)定點(diǎn)需修改。

2.2 已處理燃油系統(tǒng)

FPSO有2個(gè)已處理燃油艙,用于儲(chǔ)存主發(fā)電機(jī)組用原油。改造方案是將其中1個(gè)已處理燃油艙改造為右舷生產(chǎn)水二級(jí)沉淀艙。由于本FPSO主發(fā)電機(jī)組為原油、天然氣、柴油三燃料機(jī)組,將其中1個(gè)已處理燃油艙改造為二級(jí)沉淀艙滿足規(guī)范和使用要求。改造后,艙內(nèi)增加從生產(chǎn)水一級(jí)沉淀艙來(lái)的溢流管線;增加收油管線至雨水艙。艙內(nèi)增加2臺(tái)生產(chǎn)水提升泵,用于將生產(chǎn)水輸送至上部模塊。該艙室內(nèi)相應(yīng)的溫度、液位報(bào)警設(shè)定點(diǎn)需修改。

2.3 未處理燃油系統(tǒng)

FPSO有2個(gè)未處理燃油艙,用于儲(chǔ)存鍋爐用原油。改造方案是將其中1個(gè)未處理燃油艙改造為左舷生產(chǎn)水二級(jí)沉淀艙。

由于本FPSO鍋爐為原油、天然氣、柴油三燃料鍋爐,將其中1個(gè)未處理燃油艙改造為二級(jí)沉淀艙滿足規(guī)范和使用要求。改造后,艙內(nèi)增加從生產(chǎn)水一級(jí)沉淀艙來(lái)的溢流管線;增加收油管線至雨水艙。艙內(nèi)增加2臺(tái)生產(chǎn)水提升泵,用于將生產(chǎn)水輸送至上部模塊。該艙室內(nèi)相應(yīng)的溫度、液位報(bào)警設(shè)定點(diǎn)需修改。

2.4 不合格原油系統(tǒng)

擬將不合格原油艙兼作污油水艙,需將污油水總管接至不合格原油艙。由于原污油水艙在船艉部,不合格原油艙位于船中部,考慮船舶艉傾(FPSO艉傾為0.45°),所有重力排放管線傾斜度設(shè)計(jì)為1.2°,以保證污油水順利排放至不合格原油艙。

2.5 污雨水系統(tǒng)

改造后,雨水艙用于收集一、二級(jí)沉淀艙污油,同時(shí)保留容納雨水的功能。雨水艙內(nèi)的液位報(bào)警設(shè)定點(diǎn)需修改,當(dāng)液位高至13 m時(shí)啟動(dòng)污雨水泵,將艙內(nèi)污油水排放至不合格原油艙。

2.6 惰氣系統(tǒng)

Qj=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5

=6 250+625+1 562.5+625+3 125

=12 187.5m3/h<12 500m3/h

故原惰氣系統(tǒng)能力滿足要求。

式中:Qj為船體最大惰性氣體耗量,m3/h;Q1為最大卸船條件下惰氣耗量,m3/h;Q2為污油水泵工作時(shí)惰氣耗量,m3/h;Q3為不合格原油泵工作時(shí)惰氣耗量,m3/h;Q4為燃料油泵工作時(shí)惰氣耗量,m3/h;Q5為生產(chǎn)水提升泵工作時(shí)惰氣耗量,m3/h。

2.7 液壓系統(tǒng)

由于新增4臺(tái)液壓潛沒(méi)式生產(chǎn)水提升泵,需對(duì)整個(gè)液壓系統(tǒng)進(jìn)行校核和改造。

改造前貨油泵液壓系統(tǒng)共有3個(gè)液壓動(dòng)力單元,每個(gè)液壓動(dòng)力單元內(nèi)配置有4臺(tái)主馬達(dá),1臺(tái)輔馬達(dá),每個(gè)液壓動(dòng)力單元內(nèi)的主輔馬達(dá)能獨(dú)立運(yùn)行。原液壓?jiǎn)卧前?臺(tái)貨油泵、2臺(tái)未處理原油泵、2臺(tái)壓載泵同時(shí)工作工況配置的。2個(gè)液壓動(dòng)力單元同時(shí)工作,1個(gè)液壓動(dòng)力單元備用,即有4臺(tái)液壓主馬達(dá),1臺(tái)輔液壓馬達(dá)備用,見(jiàn)表3。

表3單個(gè)液壓動(dòng)力單元能力

馬達(dá)能力/(L·min-1)壓頭/kPa主馬達(dá)5 26429 100輔馬達(dá)31329 100

改造后,新增4臺(tái)生產(chǎn)水輸送泵,2臺(tái)泵同時(shí)工作,最大液壓能力需求見(jiàn)表4。

表4液壓動(dòng)力單元能力需求

用戶所需液壓參數(shù)能力/(L·min-1)壓頭/kPa5臺(tái)貨油泵8 40025 5002臺(tái)未處理原油泵41024 0002臺(tái)壓載泵1 71021 5002臺(tái)生產(chǎn)水輸送泵3 12025 000合計(jì)13 640

故增加2臺(tái)生產(chǎn)水輸送泵后,3個(gè)液壓動(dòng)力單元需同時(shí)工作,但其中1個(gè)液壓動(dòng)力單元內(nèi)仍有2臺(tái)主馬達(dá)備用。

經(jīng)過(guò)上述流程改造,在正常生產(chǎn)工況下,船體左右舷兩艙均投入運(yùn)行,停留時(shí)間可達(dá)到3.5 h。在污油水艙入口水含油量300 mg/L前提下,燃油艙出水含油量可降至50～100 mg/L,水中固體懸浮物經(jīng)過(guò)大艙沉降,含量也會(huì)有所降低,經(jīng)過(guò)大艙沉降處理的生產(chǎn)水再進(jìn)入FPSO原生產(chǎn)水離心機(jī)進(jìn)行處理后,生產(chǎn)水緩沖罐出水含油達(dá)到30～45 mg/L,最終輸送至注水系統(tǒng)進(jìn)一步處理后回注。改造前艙室結(jié)構(gòu)三維示意圖見(jiàn)圖3。

圖3 FR44-63三維示意圖

3 艙室改造施工內(nèi)容

艙室改造施工主要內(nèi)容如下[16-18]:

1)新增管線(管線系統(tǒng))、閥組等安裝(需根據(jù)管線布置圖并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量進(jìn)行)。

2)液壓系統(tǒng)改造。

3)電伴熱系統(tǒng)改造。

4)中控系統(tǒng)改造。

5)電纜鋪設(shè)。

6)拆除2臺(tái)換熱器,及相應(yīng)管線、電纜等。

7)恢復(fù)涂裝、保溫等。

8)艙室改造。

9)艙室開(kāi)孔。

10)梯子改造、增加檢修小平臺(tái)。

11)拆除兩臺(tái)液貨泵。

12)安裝四臺(tái)液貨泵。

13)布水器及溢流管線(管線系統(tǒng))、閥組等的安裝,(需根據(jù)管線布置圖并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量進(jìn)行)。

14)安裝犧牲陽(yáng)極。

15)恢復(fù)涂裝等。

4 艙室改造施工注意事項(xiàng)

本次改造是在FPSO運(yùn)行期間不停工進(jìn)行的,施工時(shí)應(yīng)注意[19-20]:

1)上部模塊的改造工作需先于艙室改造前完成。

2)左右舷改造需按照現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)需求制定合理的施工計(jì)劃,盡量降低改造帶來(lái)的不利影響。

3)44-63肋位的艙室空間狹小,目前只有幾個(gè)現(xiàn)有開(kāi)孔可以進(jìn)行施工及新增材料、設(shè)備的運(yùn)輸。為了避免艙室局部強(qiáng)度受損，改造過(guò)程中應(yīng)盡量少開(kāi)較大工藝開(kāi)孔，且施工完畢后需做好補(bǔ)強(qiáng)。

4)艙室內(nèi)改造前必須做好清艙、測(cè)爆、通風(fēng)工作。

5)動(dòng)火工作前清除附近所有可燃物品。

6)作業(yè)時(shí)必須監(jiān)控艙內(nèi)空氣含量及定期測(cè)爆。

7)艙壁焊接作業(yè)后,注意相關(guān)艙室的涂裝恢復(fù)。

8)切割作業(yè)時(shí)要有專(zhuān)人看火,并持滅火器、準(zhǔn)備水管。

9)施工完畢后,需完成所有腳手架的拆除及現(xiàn)場(chǎng)清理工作。

10)施工時(shí)注意防范高空墜落風(fēng)險(xiǎn)。

5 結(jié)論與建議

1)通過(guò)對(duì)中國(guó)海洋石油某FPSO現(xiàn)有生產(chǎn)污水處理系統(tǒng)進(jìn)行改造升級(jí),充分利用大艙艙容,對(duì)生產(chǎn)污水采用兩級(jí)沉降分離,有效解決了現(xiàn)有污水處理系統(tǒng)能力不足的問(wèn)題,同時(shí)為渤海在役FPSO艙室功能調(diào)整以解決生產(chǎn)中遇到的難題提供了新思路。

2)對(duì)于現(xiàn)役FPSO改造方案應(yīng)充分考慮不解脫狀態(tài)下的各種風(fēng)險(xiǎn)因素,對(duì)于防火、防爆、環(huán)境保護(hù)、人員防護(hù)需要制定嚴(yán)格的預(yù)案,并報(bào)船級(jí)社審批。

3)工程設(shè)計(jì)階段應(yīng)盡可能詳盡地對(duì)陸地預(yù)制材料進(jìn)行梳理,包括貨物運(yùn)輸及裝船方案均應(yīng)咨詢專(zhuān)業(yè)公司完成。

4)海上現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)需要嚴(yán)格按照擬定工序分步進(jìn)行,并符合中國(guó)海洋石油總公司HSE體系各項(xiàng)規(guī)定要求。

5)所有大艙施工作業(yè)前需由外委專(zhuān)業(yè)公司進(jìn)行清艙洗艙、通風(fēng)、測(cè)爆等一系列準(zhǔn)備工作,艙內(nèi)腳手架的搭設(shè)可充分借助艙內(nèi)附屬結(jié)構(gòu),嚴(yán)禁相鄰艙室間交叉熱工作業(yè)。

6)為保證工程質(zhì)量,各項(xiàng)檢驗(yàn)工作均需按照中國(guó)海洋石油總公司檢驗(yàn)操作規(guī)程執(zhí)行,HSE作業(yè)計(jì)劃書(shū)需報(bào)船東報(bào)批。