FPSO生产水处理沉降舱改造工程方案研究

王美波

海洋石油工程股份有限公司, 天津 300451

0 前言

中国海洋石油某FPSO(Floating Production Storage and Offloading)生产水系统[1-3]设计处理能力为6.3×104m3/d,主要依靠国外进口水力离心机进行处理,实际处理效果并不理想。虽然在生产过程中对闪蒸罐、化学药剂进行了改造,基本达到现有水量的处理要求,但随着油田不断注水开发,日产水量会进一步增大,现有设施将很难满足水质的处理要求,需要对现有生产污水处理系统进行改造,以满足生产水水量由6.3×104m3/d调整至6.9×104m3/d的处理要求。本工程方案实施前,船东已委托专业公司进行了多方案比选,详细分析了诸如大型斜板除油装置+大型气浮选装置+大型核桃壳过滤器三级水处理工艺、其他新型水处理工艺设备等多个方案,鉴于现役FPSO船体和模块部分已无可利用新增设备的布置空间,故本工程实施方案重点围绕对现有舱室的功能调整及改造展开探索,以实现大舱两级沉降,经过研究,利用FPSO现有的2个不合格原油舱代替污油水舱功能,将2个污油水舱和2个燃料油舱改造成两级生产水沉降舱,并对2个雨水舱中增加生产水沉降舱浮油收集功能,以达到生产水处理流程缓冲和扩容的目的。

1 FPSO改造前概况

1.1 FPSO生产水处理系统改造前概况

FPSO原油系统分离出的生产水首先进入生产水闪蒸罐,再由生产水增压泵增压至下游离心机需要的压力后,经过滤器过滤后送至离心机处理,离心机处理后的生产水输送至注水系统进一步处理后达标回注,分离出的污油回到原油系统处理,流程见图1。

图1 现有生产水处理流程

1.2 FPSO舱室改造前状态

FPSO舱室改造前状态见表1，相关各舱室改造前功能描述如下[4-9]:

1)污油水舱改造前功能用于收集来自船艏船艉机械处所、雨水舱、上部组块开闭排系统、锅炉的排放水和所有货油舱及未处理燃油舱的扫舱水。污油水舱的污油水经500 m3/h污油水泵输送到上部模块处理。

表1FPSO舱室改造前状态

改造前舱室单舱容积/m3单舱尺寸/m2个污油水舱5 03215.2×10.92×30.8NO.1未处理燃油舱2 57110.4×8.19×31NO.2未处理燃油舱2 55710.4×9.1×30.75NO.1已处理燃油舱2 95410.4×10×30.75NO.2已处理燃油舱2 27410.4×7.28×312个雨水舱2 4134.8×17.29×30.82个不合格原油舱20 20940×17.29×29.8

2)未处理燃油舱及已处理燃油舱改造前功能分别是作为储存锅炉和主机用原油的备用,闲置未用。

3)雨水舱改造前功能是用于收集船体和上部模块区域的雨水。收集的雨水中可能含油,含油污水在雨水舱里沉淀实现油水分层。雨水舱内设有排量250 m3/h的雨水舱泵,用于雨水输送。舱水出口设置含油分析仪,经分析后含油雨水被送至原污油水舱,不含油雨水排海。

4)不合格原油舱用于储存上部组块处理不合格原油。不合格原油经1 250 m3/h不合格原油输送泵再输送回上部组块处理。

1.3 大舱改造原则

1)改造及增加结构的施工尽量不在与货油舱共用的舱壁上进行[10-15]。

2)施工尽量通过现有开孔进行,应避免在甲板及舱壁此类高应力集中区临时施工大开孔。

3)舱室功能改造应尽量按照原设计原则,即左右舷功能对称,避免影响稳性。

2 大舱改造方案

充分利用现有舱室(污油水舱和燃料油舱),改造成2个系列生产水沉降舱,以满足油田整体开发需求,并进一步改善生产水水质。

为进一步提高水沉降舱的出水水质,在一级水工艺舱入口管线上预留化学药剂注入接口,用于注入絮凝剂等药剂。

生产水闪蒸罐出口生产水首先进入一级水工艺舱(原污油水舱改造)进行沉降,经一级水工艺舱沉降处理后,左右舷生产水经过舱壁开孔依靠液位差溢流分别进入二级水工艺舱(NO.2未处理燃油舱和NO.1已处理燃油舱)进一步沉降,而后经新增生产水输送泵输送至上部组块现有生产水离心机进一步处理。两级水工艺舱收油槽收集的污油经舱壁开孔溢流进入雨水舱,最后与不合格原油一起经不合格原油泵送至上部组块原油系统处理。

大舱沉降分离使得离心机入口水中含油量及固体悬浮物含量降低,改善了离心机入口水质,同时运行维护工作量也随之降低。

根据生产水处理能力及配产,改造流程中二级水工艺舱(原NO.2未处理燃油舱和NO.1已处理燃油舱),各新增2台1 440 m3/h的生产水增压泵。正常工况下,左右舷平均进水,2舱均启动1台新增生产水增压泵;当其中1舱进行洗舱时,另外1舱需启动2台新增生产水增压泵满足最大处理量要求。另外,改造流程中生产水输送泵不再使用,需取消生产水闪蒸罐液位信号对该生产水输送泵变频的控制,并在生产水闪蒸罐出口增加液位控制阀,维持罐液位,见图2。FPSO改造后舱室功能见表2。

图2 大舱沉降流程

表2FPSO改造后舱室功能

改造前舱室改造前功能改造后功能2个污油水舱收集各处所污油水及雨水水工艺舱,不再收集污油水NO.2未处理燃油舱储存锅炉用原油,闲置未用水工艺舱,舱内新增生产水增压泵NO.1已处理燃油舱储存主机用原油,闲置未用水工艺舱,舱内新增生产水增压泵2个雨水舱收集雨水收集雨水及水工艺舱撇出的污油2个不合格原油舱储存不合格原油储存不合格原油,兼具原污油水舱的功能

针对改造所涉及的轮机系统校核与改造设计方面,具体技术方案如下:

2.1 污油水系统

FPSO原有左、右舷2个污油水舱位于艉部#44～#63,见图3。改造设计后,2个污油水舱改作生产水一级沉淀舱,将不合格原油舱(位于船中部#84～#92)兼作污油水舱。污油水舱功能转移至不合格原油舱,所有污油水支管、总管需进行改造。左右舷污油水舱(改造后生产水一级沉淀舱)保留改造前洗舱功能。生产水一级沉淀舱需增加生产水注入管线;增加生产水溢流管线至二级沉淀舱;增加收油管线至雨水舱。该舱室内相应的温度、液位报警设定点需修改。

2.2 已处理燃油系统

FPSO有2个已处理燃油舱,用于储存主发电机组用原油。改造方案是将其中1个已处理燃油舱改造为右舷生产水二级沉淀舱。由于本FPSO主发电机组为原油、天然气、柴油三燃料机组,将其中1个已处理燃油舱改造为二级沉淀舱满足规范和使用要求。改造后,舱内增加从生产水一级沉淀舱来的溢流管线;增加收油管线至雨水舱。舱内增加2台生产水提升泵,用于将生产水输送至上部模块。该舱室内相应的温度、液位报警设定点需修改。

2.3 未处理燃油系统

FPSO有2个未处理燃油舱,用于储存锅炉用原油。改造方案是将其中1个未处理燃油舱改造为左舷生产水二级沉淀舱。

由于本FPSO锅炉为原油、天然气、柴油三燃料锅炉,将其中1个未处理燃油舱改造为二级沉淀舱满足规范和使用要求。改造后,舱内增加从生产水一级沉淀舱来的溢流管线;增加收油管线至雨水舱。舱内增加2台生产水提升泵,用于将生产水输送至上部模块。该舱室内相应的温度、液位报警设定点需修改。

2.4 不合格原油系统

拟将不合格原油舱兼作污油水舱,需将污油水总管接至不合格原油舱。由于原污油水舱在船艉部,不合格原油舱位于船中部,考虑船舶艉倾(FPSO艉倾为0.45°),所有重力排放管线倾斜度设计为1.2°,以保证污油水顺利排放至不合格原油舱。

2.5 污雨水系统

改造后,雨水舱用于收集一、二级沉淀舱污油,同时保留容纳雨水的功能。雨水舱内的液位报警设定点需修改,当液位高至13 m时启动污雨水泵,将舱内污油水排放至不合格原油舱。

2.6 惰气系统

Qj=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5

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

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

故原惰气系统能力满足要求。

式中:Qj为船体最大惰性气体耗量,m3/h;Q1为最大卸船条件下惰气耗量,m3/h;Q2为污油水泵工作时惰气耗量,m3/h;Q3为不合格原油泵工作时惰气耗量,m3/h;Q4为燃料油泵工作时惰气耗量,m3/h;Q5为生产水提升泵工作时惰气耗量,m3/h。

2.7 液压系统

由于新增4台液压潜没式生产水提升泵,需对整个液压系统进行校核和改造。

改造前货油泵液压系统共有3个液压动力单元,每个液压动力单元内配置有4台主马达,1台辅马达,每个液压动力单元内的主辅马达能独立运行。原液压单元是按5台货油泵、2台未处理原油泵、2台压载泵同时工作工况配置的。2个液压动力单元同时工作,1个液压动力单元备用,即有4台液压主马达,1台辅液压马达备用,见表3。

表3单个液压动力单元能力

马达能力/(L·min-1)压头/kPa主马达5 26429 100辅马达31329 100

改造后,新增4台生产水输送泵,2台泵同时工作,最大液压能力需求见表4。

表4液压动力单元能力需求

用户所需液压参数能力/(L·min-1)压头/kPa5台货油泵8 40025 5002台未处理原油泵41024 0002台压载泵1 71021 5002台生产水输送泵3 12025 000合计13 640

故增加2台生产水输送泵后,3个液压动力单元需同时工作,但其中1个液压动力单元内仍有2台主马达备用。

经过上述流程改造,在正常生产工况下,船体左右舷两舱均投入运行,停留时间可达到3.5 h。在污油水舱入口水含油量300 mg/L前提下,燃油舱出水含油量可降至50～100 mg/L,水中固体悬浮物经过大舱沉降,含量也会有所降低,经过大舱沉降处理的生产水再进入FPSO原生产水离心机进行处理后,生产水缓冲罐出水含油达到30～45 mg/L,最终输送至注水系统进一步处理后回注。改造前舱室结构三维示意图见图3。

图3 FR44-63三维示意图

3 舱室改造施工内容

舱室改造施工主要内容如下[16-18]:

1)新增管线(管线系统)、阀组等安装(需根据管线布置图并结合现场测量进行)。

2)液压系统改造。

3)电伴热系统改造。

4)中控系统改造。

5)电缆铺设。

6)拆除2台换热器,及相应管线、电缆等。

7)恢复涂装、保温等。

8)舱室改造。

9)舱室开孔。

10)梯子改造、增加检修小平台。

11)拆除两台液货泵。

12)安装四台液货泵。

13)布水器及溢流管线(管线系统)、阀组等的安装,(需根据管线布置图并结合现场测量进行)。

14)安装牺牲阳极。

15)恢复涂装等。

4 舱室改造施工注意事项

本次改造是在FPSO运行期间不停工进行的,施工时应注意[19-20]:

1)上部模块的改造工作需先于舱室改造前完成。

2)左右舷改造需按照现场生产需求制定合理的施工计划,尽量降低改造带来的不利影响。

3)44-63肋位的舱室空间狭小,目前只有几个现有开孔可以进行施工及新增材料、设备的运输。为了避免舱室局部强度受损，改造过程中应尽量少开较大工艺开孔，且施工完毕后需做好补强。

4)舱室内改造前必须做好清舱、测爆、通风工作。

5)动火工作前清除附近所有可燃物品。

6)作业时必须监控舱内空气含量及定期测爆。

7)舱壁焊接作业后,注意相关舱室的涂装恢复。

8)切割作业时要有专人看火,并持灭火器、准备水管。

9)施工完毕后,需完成所有脚手架的拆除及现场清理工作。

10)施工时注意防范高空坠落风险。

5 结论与建议

1)通过对中国海洋石油某FPSO现有生产污水处理系统进行改造升级,充分利用大舱舱容,对生产污水采用两级沉降分离,有效解决了现有污水处理系统能力不足的问题,同时为渤海在役FPSO舱室功能调整以解决生产中遇到的难题提供了新思路。

2)对于现役FPSO改造方案应充分考虑不解脱状态下的各种风险因素,对于防火、防爆、环境保护、人员防护需要制定严格的预案,并报船级社审批。

3)工程设计阶段应尽可能详尽地对陆地预制材料进行梳理,包括货物运输及装船方案均应咨询专业公司完成。

4)海上现场作业需要严格按照拟定工序分步进行,并符合中国海洋石油总公司HSE体系各项规定要求。

5)所有大舱施工作业前需由外委专业公司进行清舱洗舱、通风、测爆等一系列准备工作,舱内脚手架的搭设可充分借助舱内附属结构,严禁相邻舱室间交叉热工作业。

6)为保证工程质量,各项检验工作均需按照中国海洋石油总公司检验操作规程执行,HSE作业计划书需报船东报批。