《海洋石油121》浮式儲油輪（FSOU）鍋爐采用閃蒸原油的改裝設計

陳海江 張家茂 胡剛明

摘 ? ?要：為了使《海洋石油121》浮式儲油輪（FSOU）鍋爐可以采用閃蒸原油，從原鍋爐使用閃蒸原油存在的問題和風險入手，主要針對閃蒸原油的油品特性，如閃點、傾點、油品穩(wěn)定性和溫度控制等方面，在改裝設計中采取多種安全保護與檢測措施，確保改造后的鍋爐可安全運行，實現(xiàn)降本增效、提高經(jīng)濟效益的目的。

關(guān)鍵詞：海洋石油121;鍋爐改造;閃蒸原油;降本增效

中圖分類號：U644.5+8?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A

Abstract： In order to enable the original ship boiler of the HYSY121floating storage offloading unit （FSOU） project to burn flash crude oil， this paper expounds the problems and risks of using the flash crude oil in the original boiler， sorts out the technical difficulties and key points， aiming at the characteristics of flash crude oil， such as flash point， pour point， oil stability and temperature control and others， carries out the boiler-related systems retrofitting， through taking necessary safety measures to control various risks， and ultimately ensures the safety and reliability of burning flash crude oil， and achieves the purpose of burning flash crude oil， reducing cost and increasing efficiency， and improving economic benefits.

Key words： HYSY 121; Boiler retrofitting; Flash crude oil; Reduce cost and increase efficiency

1 ? ? 引言

《海洋石油121》浮式儲油輪（FSOU）是由原《鳳凰洲》油輪改造而成，具有儲油、外輸功能，采用內(nèi)轉(zhuǎn)塔式單點系泊定位、串靠尾輸。

原船兩臺鍋爐使用180CST重油和MDO作為燃料油，不符合使用閃蒸原油的要求。為達到節(jié)能減排、降本增效的目的，要求對原鍋爐及其系統(tǒng)進行改造，實現(xiàn)油田自產(chǎn)的原油經(jīng)閃蒸裝置處理后可直接供燃油鍋爐使用。

雖然此類鍋爐改造工程在中海油具有成功改造案例，但此項目是在原船鍋爐上進行局部改造，而不是通過更換鍋爐而進行的大換新改造。通過與業(yè)主方、鍋爐改造廠家、院校專家、CCS及ABS船級社等多次溝通，最終確定了鍋爐改造方案并通過了CCS和ABS船級社的審核。經(jīng)過專業(yè)鍋爐改造廠家的設計和施工，按要求在交船節(jié)點前改造完成并通過試驗驗證，確保原船鍋爐可以安全使用閃蒸原油。

2 ? ? 原船燃油鍋爐簡介

原船燃油鍋爐為Aalborg制造的兩臺MISSION OL 型鍋爐，燃燒器型號為KBSD1900。

2.1 ? 鍋爐參數(shù)

品牌：Aalborg（Denmark）

數(shù)量：2臺

型式：立式，水管鍋爐

產(chǎn)氣量：25 Ton/h

工作壓力：1.6/0.7 MPa

給水溫度：60 ℃

燃料：180 cSt重油（50 ℃）和船用柴油（MDO）

燃燒器型號：KBSD1900。

鍋爐控制系統(tǒng)：Aalborg UNISAB控制系統(tǒng)

2.2 ? 燃燒器

鍋爐共配2個燃燒器：主燃燒器和點火燃燒器。燃燒器系統(tǒng)原理圖，見圖1。

2.2.1 主燃燒器

主燃燒器可以使用180 cSt的燃料油，采用蒸汽霧化。主燃燒器外形圖，見圖2。

2.2.2 ?點火燃燒器

點火燃燒器為電點火。鍋爐啟動時點火使用輕柴油，具有獨立的輕柴油供給系統(tǒng)。點火燃燒器原理及外形圖，見圖3。

從圖1、圖2可見：主燃燒器既可以采用蒸汽霧化也可以采用空氣霧化，原船設計采用蒸汽霧化式。該主燃燒器結(jié)構(gòu)中，蒸汽及燃油分別在主油槍內(nèi)部的內(nèi)外管內(nèi)運行、在霧化器內(nèi)匯合霧化噴射。

3 ? ?原鍋爐采用閃蒸原油存在的問題與風險

3.1 ? 油品參數(shù)對比分析

本船閃蒸原油生產(chǎn)工藝流程為：井口生產(chǎn)井液（含水原油）→原油生產(chǎn)分離器（一級脫水）→電脫水器（脫鹽+脫水）→原油緩沖罐（脫氣）→外輸泵→海底管道→海洋石油121儲存→閃蒸設備撬（閃蒸處理，提高閃點）→閃蒸原油艙儲存（合格）→各日用油柜→燃油設備。

原油本身具有揮發(fā)性和不穩(wěn)定性，本船閃蒸原油只是在原油基礎上通過閃蒸裝置提高了閃點，并沒有經(jīng)過煉油廠的其他相關(guān)工藝處理，閃蒸后的原油依然是非標油品，所以閃蒸原油穩(wěn)定性是不確定的。

根據(jù)閃蒸原油與ISO8217-2017中規(guī)定的輕柴油和燃料油各項參數(shù)的對比可知：運動粘度為11.9 cst（50 ℃時）;閃點80 ℃，高于規(guī)定中60 ℃的要求，油品偏于安全;傾點為40 ℃，流動性能較差;其他參數(shù)，如粘度、硫含量、水分、灰分、金屬雜質(zhì)等，都明顯小于燃料油RMG180的極限值，接近輕柴油，個別參數(shù)甚至優(yōu)于輕柴油，如水分和總殘?zhí)贾档取?/p>

3.2 ? 存在問題與風險

僅從閃蒸原油的參數(shù)來看，閃蒸原油是相對安全的，但原油內(nèi)的易揮發(fā)成分并不能保證被閃蒸裝置完全分離出來。原鍋爐KBSD燃燒器是基于ISO8217性能穩(wěn)定的油品進行設計的，而且由于鍋爐具有明火燃燒的特性，其安全性要求較高;此外，在鍋爐點火的瞬間對于鍋爐爐膛和鍋爐周圍的防爆要求更高。因此，原鍋爐使用閃蒸原油作為燃料油，對鍋爐的各個系統(tǒng)均需要進行相應改造，以達到鍋爐安全使用的目的。

原船鍋爐燃用閃蒸原油存在的問題和風險，主要有如下幾個方面：

（1）閃蒸原油閃點為80 ℃、傾點為40 ℃，這就要求系統(tǒng)內(nèi)油溫必須精確控制在一定范圍內(nèi)。若溫度過高將有大量的可燃氣體揮發(fā)，若溫度過低將導致流動性變差，進而影響系統(tǒng)內(nèi)設備及儀器儀表的正常使用;

（2）閃蒸原油存在不穩(wěn)定性，需要確保鍋爐燃燒器控制系統(tǒng)無漏泄。不論是泄漏至燃燒器周圍還是鍋爐爐膛內(nèi)部，遇到高溫均會蒸發(fā)或揮發(fā)出危險性氣體，從而產(chǎn)生爆炸風險;

（3）鍋爐燃燒器的火焰探測系統(tǒng)一旦出現(xiàn)問題，若不能及時做出檢測，會導致爐膛內(nèi)積聚較多未完全燃燒的燃油，將蒸發(fā)或揮發(fā)出危險性氣體，從而產(chǎn)生爆炸風險;

（4）原鍋爐的點火方式為電點火，點火槍比較長、高壓點火電纜也比較長，一旦某個部位絕緣不好將會在對應部位產(chǎn)生電火花，若恰好附近有可燃氣體就會存在爆炸的風險;

（5）原鍋爐KBSD燃燒主油槍為老式油槍，主油槍為內(nèi)外環(huán)管式，霧化蒸汽在內(nèi)管、燃油在外管，若繼續(xù)使用蒸汽作為霧化介質(zhì)，霧化蒸汽會將主油槍中的燃油繼續(xù)加熱導致噴油嘴處的油溫很高，從而產(chǎn)生爆燃風險。

綜上所述，整個鍋爐改造的重點為原油閃蒸后的油品閃點、傾點、溫度控制，以及油品穩(wěn)定性的控制與檢測，需采取多種保護措施以確保改造后鍋爐安全運行。

4 ? ?采用閃蒸原油鍋爐改造方案

4.1 ? 增加可燃氣體探測系統(tǒng)

增加可燃氣體探測系統(tǒng)，并入鍋爐燃燒控制系統(tǒng)內(nèi)，如圖4、圖5所示：在鍋爐附近加裝可燃氣體探測設備，用以實時檢測鍋爐附近可燃氣體濃度，從而檢測燃油管路中和燃燒器主油槍是否存在漏泄現(xiàn)象，并可監(jiān)測燃燒情況;如果在燃燒器啟動或燃燒過程中出現(xiàn)可燃氣體濃度超標時，可及時自動切斷燃燒器管路以確保安全。

4.2 ? 改造點火油槍系統(tǒng)

原鍋爐柴油點火方式不作變更，避免在點火過程中產(chǎn)生火花，降低點火風險;原點火電極的絕緣材料是陶瓷且點火電極較長，對點火電極進行改造。改造后為全包圍式點火電極，減少了導電的裸露部分，確保其不會漏電;對點火電纜與點火電極接頭處作絕緣處理，進一步保證點火安全。

4.3 ? 改造火焰檢測系統(tǒng)

原火焰檢測設備使用的是西門子RAR9+LAE10系列，該火焰探測器為光電池型，對于使用閃蒸原油會存在火焰信息反饋不準確從而導致爆燃風險，需要改造為感應紫外線的火焰檢測系統(tǒng)，該火焰探測器通過感應火焰中的紫外線強度來確定火焰是否正常。改造后的火焰探測系統(tǒng)更好的適應了閃蒸原油的特點，使反饋火焰信息更為精準和安全可靠。

4.4 ? 增加燃油檢漏閥和燃油切斷閥

在燃燒器的燃油管路中增加一個檢漏管路及閥門和一套主燃油切斷閥，盡可能減少燃油泄漏的可能，最大限度的避免燃油泄漏至鍋爐爐膛中，從而避免風險。

4.5 ? 更換新型燃燒器主油槍和主噴油嘴

原燃燒器主油槍為內(nèi)外環(huán)管式，霧化蒸汽在內(nèi)管、燃油在外管，霧化蒸汽與燃油進行熱交換導致燃油被過度加熱;而新型的主油槍中霧化介質(zhì)和燃油管路完全獨立分開，兩者只會在主噴油嘴前進行接觸;此外，改造后使用壓縮空氣作為霧化介質(zhì)，可以最大限度的避免燃油被過度加熱的可能，同時將原霧化蒸汽進鍋爐管線盲死。

4.6 ? 增加壓力儀表管線電伴熱系統(tǒng)

燃油管路中的壓力表和壓力傳感器的信號管內(nèi)的油不會流動，由于閃蒸原油傾點為40 ℃，流動性較差，在室溫情況下會出現(xiàn)凝固現(xiàn)象，從而導致燃油壓力表和傳感器不能正常工作。為此，在壓力表和傳感器的信號管線外部纏繞低溫電伴熱帶，從而保證壓力儀表管線內(nèi)的閃蒸原油不會出現(xiàn)凝固現(xiàn)象，保證儀表管線正常工作。

4.7 ? 增加燃油管的溫度控制設備

閃蒸原油閃點為80 ℃、傾點為40 ℃，保證系統(tǒng)內(nèi)閃蒸原油溫度不會出現(xiàn)過高或過低現(xiàn)象尤為重要。通過修改燃油溫度控制器參數(shù)及報警值，將系統(tǒng)內(nèi)油溫大體穩(wěn)定控制在45 ℃～50 ℃范圍內(nèi)，從而保證整個系統(tǒng)對閃蒸原油油溫的要求。

4.8 ? 增加新控制箱

在鍋爐旁新增1個新控制箱，功能主要包含可燃氣體檢測報警、閃蒸原油溫度指示及報警、閃蒸原油泄漏報警等;對原控制箱的電氣部分進行相應改造，同時將新控制箱與原控制箱進行信號/控制程序的交互控制，從而確保安全使用閃蒸原油。

4.9 ? 延長預掃風時間

延長鍋爐啟動過程中的預掃風時間，增加鍋爐爐膛內(nèi)的換氣量，以進一步保證點火的安全。

5 ? ? 結(jié)論

（1）通過對閃蒸原油特性的分析，結(jié)合原船鍋爐特點，將原船鍋爐燃用閃蒸原油存在的問題與風險逐步排查出來，提出有效的改造措施和方案，從根本上確保了原船鍋爐改造后燃用閃蒸原油的安全性和可靠性;

（2）中海油適應國家降本增效要求，改造后的鍋爐可以直接燃用油田自產(chǎn)經(jīng)閃蒸設備處理后的原油，降低了運營成本，提高了經(jīng)濟效益，達到降本增效的目的;

（3）船舶鍋爐僅通過局部改造就可以燃用閃蒸原油的實例尚屬于首次，油田自產(chǎn)原油未經(jīng)工廠煉化處理就可以作為一種可供鍋爐直接燃用的油品種類，意義十分重大。該鍋爐改造案例的成功，將對有類似鍋爐改造需求的船舶或其他行業(yè)鍋爐改造均具有一定的指導意義，而且對于船舶上其他重要設備，如主機，發(fā)電機組等是否可以改造為可以直接燃用閃蒸原油均具有一定的參考意義。

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