CN102498358A - 包含两个电力系统的离岸结构及其供电方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了离岸结构(1)以及对所述结构供电和使用所述结构的方法，所述离岸结构(1)至少包含：(i)基本电力系统(EPS)(100)，包含与EPS配电系统(130)电连接的至少一个EPS发电机(110)，所述EPS配电系统(130)与至少一个EPS耗电设备(150)电连接；以及(ii)工厂电力系统(PPS)(200)，包含与PPS配电系统(230)电连接的至少一个PPS发电机(210)，所述PPS配电系统(230)与至少一个PPS耗电设备(250)电连接；其中，所述基本电力系统(100)与所述工厂电力系统(200)电隔离。

Description

包含两个电力系统的离岸结构及其供电方法
技术领域
本发明涉及包含电力系统的离岸结构，以及对这样的离岸结构供电和使用这样的离岸结构的方法。离岸结构和方法对于这种结构上的耗电设备的保护和可靠运行是有利的。当离岸结构生产诸如液化天然气(LNG，liquefied natural gas)的被冷却、最好被液化的烃时，本发明尤其有益。
背景技术
诸如运输船的传统海上航行船只包含具有诸如频率、电压和相位旋转的电属性的发电和配电系统，它们被设计成工作在基于国际电工委员会(IEC)标准的严格限制内。这保证了船只上的电气设备的可靠运行。这样的系统本文称为“清洁电网”。
许多船只的功能都已经发展到超越了简单的货物运输，并且扩展到提供需要复杂工厂设备的制造能力。例如，浮动液化、储存和卸载(FLSO)概念将天然气液化过程、储罐、装载系统和其它基础设施组合成单个浮动单元。浮动液化天然气(FLNG)概念类似于FLSO概念，但另外提供天然气处理以及液化过程、储罐、装载系统和其它基础设施到单个浮动结构中。
这样的概念是有利的，因为它们提供了岸上液化工厂的离岸替代。这些船只可以停泊在海面上，或接近气田或在气田处，在深到足以允许将LNG产品卸载到运输船中的水域中。它们还代表当气田接近其生产寿命的结束时，或当经济、环境或政治因素所需时，能够重新停在新地方的活动资产。
然而，在离岸结构上配备复杂工厂设备可以引起与发电和配电系统有关的问题。例如，启动设备，譬如，诸如用在液化过程中的压缩机驱动器的较大电机可以给电力系统带来严重负担，需要高达这些设备的满载电流的五倍。
除了电机或类似设备的启动之外，在频率和电压起伏方面，电机或发电机的跳闸也可能给电力系统带来严重负担。这样的频率和电压之一或两者存在严重不规则变化的电力系统被称为“脏网”，并且可能在电压和频率偏差方面无法满足IEC标准。许多耗电设备可能无法可靠地运行，或因运行在这样的脏网上而被损坏。
这些问题在发电能力与耗电设备的电力需求相比有限的那些电网中尤其严重。这种电网特性可以用总发电功率与稳态运行时峰值负载的总功耗之比(PG∶PC)来衡量。PG∶PC的比值小于或等于约1.4特别可能引起这样的问题。
传统上，这个问题通过为所有耗电设备提供清洁电网来解决。这可以通过增加附加发电能力来供应大型设备所需的启动电力和/或调适电力系统耗电设备容忍电压和频率偏差，例如，通过以高CAPEX添加滤波器、变压器等来实现。
EP-2006492-A1公开了一种用于压缩气体或液体的岸上工厂，其包含高功率压缩机和用于每个所述压缩机的电动机器，其中电动机器被安排成驱动压缩机。工厂包含至少一个发电机和至少一个燃气轮机，该燃气轮机适用于驱动发电机发出使所述电动机器运转的电力。工厂还包含适用于调整所述电动机器的运转电力的频率的装置，该装置包含适用于通过控制燃气轮机的输出转轴的转速来控制电力的频率的部件。该布局包含具有经由开关相互连接的两个母线部分的电网。一些发电机与一个母线部分连接，而其它发电机与第二母线部分连接。可以连接电网的两个母线部分，使得相位、电压和频率特性在这两个母线部分中相似。与一个母线部分连接的燃气轮机由与连接到另一个母线部分的燃气轮机相同的装置控制。
EP-2006492公开了一种使电机运行在电网上的方法。然而，EP-2006492的工厂是不切实际的，因为不可能不借助附加设备就将电机从零速度加速到稳态运行速度。
发明内容
本发明试图解决与离岸结构中的电网运行相关联的一个或多个上述问题。
在第一方面中，本发明提供了至少包含如下的离岸结构：
(i)基本电力系统(EPS，essential power system)，其包含与EPS配电系统电连接的至少一个EPS发电机，所述EPS配电系统与至少一个EPS耗电设备电连接；以及
(ii)工厂电力系统(PPS，plant power system)，其包含与PPS配电系统电连接的至少一个PPS发电机，所述PPS配电系统与至少一个PPS耗电设备电连接；所述基本电力系统与所述工厂电力系统电隔离。
本发明尤其对具有总发电功率：总功耗(PG∶PC)的比值小于或等于1.4，更优选的是，在1.4-1.0的范围内的工厂电力系统的离岸结构有益。
在第二方面中，本发明提供了对离岸结构供电的方法，其至少包含如下步骤：
提供打算离岸使用的结构；
向所述结构提供基本电力系统(EPS)，所述基本电力系统包含与EPS配电系统电连接的至少一个EPS发电机，所述EPS配电系统与至少一个EPS耗电设备电连接；以及
向所述结构提供工厂电力系统(PPS)，所述工厂电力系统包含与PPS配电系统电连接的至少一个PPS发电机，所述PPS配电系统与至少一个PPS耗电设备电连接；所述基本电力系统与所述工厂电力系统电隔离。
打算离岸使用的结构可以是，例如，船只、平台或沉箱。该结构可以在岸上、离岸或岸上和离岸两个地方制造。例如，可以在干船坞中准备打算离岸使用的结构，只要一旦完成，就可以将该结构移离海岸。可替代的是，可以离岸制造，在该情况下，打算离岸使用的结构已经具备适当形式，例如，配备成浮动船只、离岸平台或沉箱。
按照本发明的离岸结构允许执行在脏网上启动和运行电机的方法。本发明通过使用脏网概念和变速驱动器提供了使电机能够从零速度加速到运行速度的可替代方法。
EP-2006492-A1阐述了控制频率的部件旨在获得与燃气涡轮发电机所供应的电压和频率输出相同的电压和频率输出。EP-2006492-A1中的两个母线部分在电压、故障等级、额定电流方面需要具有相似的电气特性，因此，不能被视为分立的电力系统。
本发明是独特的，因为将变速驱动器用于在脏网上启动电机。也就是说，本发明中的分立清洁电网可以具有比脏网低的故障率和电压水平。而且，清洁电网具有与脏网不同的频率和电压偏差限制。本发明包含两个电力系统：“清洁的”和“脏的”，两者均具有分立控制系统。
通过提供与工厂电力系统电隔离的基本电力系统，可以保护基本电力系统耗电设备，诸如像控制、导航、中压和低压驱动器和照明那样的基本船只系统免受由工厂电力系统耗电设备，诸如像用于压缩机的较大驱动电机那样的高压驱动器的运行所引起的电力起伏。
这样，基本电力系统可以作为满足IEC运行标准的清洁电网来提供，保证了基本电力系统上的那些设备的可靠运行。这可以导致CAPEX的节省，因为无需修改EPS耗电设备以运行在脏网下，或无需将与诸如大型驱动电机的工厂耗电设备互连所引起的脏网修改成清洁电网。
例如，当工厂电力系统包含可被用于驱动制冷压缩机的同步电机时，由于压缩机的滞留压力，不可能直接在线(像异步电机那样)启动这样的电机。变速驱动系统可用于使电压和频率逐渐上升，以便将驱动电机从静止加速到其工作速度。然而，这样的变速驱动系统可能在电压信号中引起较高阶的谐波失真和换向缺口，导致可能不利地影响其它电力系统耗电设备的运行或损坏电气设备的脏网。通过将敏感电力系统耗电设备放置在与工厂电力系统电隔离的清洁电网基本电力系统中，可以保护它们免受这样的影响。
在进一步例子中，诸如大型压缩机驱动电机的工厂电力系统耗电设备的跳闸可以导致电源的电压和频率立即升高，形成不适合某些电源耗电设备的脏网。类似地，工厂电力系统发电机的跳闸可以导致工厂电源的频率和电压立即和显著下降，导致脏网。
此外，显而易见，如果用于驱动制冷压缩机则可能具有20MW或更高工作功率的大型感应电机的启动也可能导致电源的电压和频率显著起伏，形成脏网。
因此，通过将电力系统耗电设备放置在被隔离的基本电力系统中，可以保护它们免受与脏网相关联的起伏。然后，只有工厂电力系统耗电设备可能需要被设计成运行在脏网上。这样可以提供工作范围比在IEC标准下可能具有的工作范围更宽的工厂电力系统。
如在本文中与两个或更多种电力系统相关使用的术语“电隔离”旨在表示不存在打算用于在指定电力系统之间输送电力的电连接或互连(除了接地和接合之外)。因此，被电隔离的电力系统没有电连接或互连，使得不可能在系统之间输送电力。例如，这样的被电隔离的电力系统将不通过变压器和/或变速驱动系统被连接。
附图说明
现在仅通过例子和参考非限制性附图描述本发明的实施例，在附图中：
图1是按照第一实施例的离岸结构的示意图；
图2a-2c是示出按照进一步实施例的离岸结构的工厂电力系统的可替代配置的示意图；以及
图3是按照另一个实施例的离岸结构的示意图。
具体实施方式
为了本描述目的，将单个标号指定给一条线以及在该线上传送的流或电流。用在不同图中的相同标号代表相同线和流。
图1示出了离岸结构1的示意图。如本文所使用的，术语“离岸结构”旨在包含位于诸如海洋或湖泊的水体中的任何浮动或非浮动结构。这样的离岸结构可以，例如，处于10m或更深，或20m或更深的水深。术语“离岸结构”包括浮动船只、离岸平台或沉箱。
在一个优选实施例中，离岸结构是如图1的实施例所示的浮动船只。浮动船只可以是任何可移动或停泊的船只，一般至少具有船体，并且通常具有诸如“油轮”的船的形式。这样的浮动船只可以具有任何尺度，但通常是长形的。虽然浮动船只的尺度在海洋中不会受到限制，但浮动船只的建造和维护设施可能限制这样的尺度。因此，在一个实施例中，浮动船只或离岸平台小于600m长，譬如，500m，并且具有小于100m，譬如，80m的横梁，以便能够被容纳在现有的造船和维护设施中。
浮动船只可以是新造的，或是从诸如LNG运输船的现有船只改造的。在这两个实施例中，优选地在任何高压处理设备和通常由船员占据的区域之间具有最大间隔。新造是有利的，因为可以配备具有更易于集成处理设备的高压密封系统(例如，用于天然气液化)的甲板布局，船体和住宿结构一开始就被设计成具有诸如爆炸强度、任何低温保护和消防部门的所需特征。
离岸结构也可以是诸如离岸平台的基于重力的结构。离岸平台也可以是可移动的，但一般说来比浮动船只更永久地停在某个地方。离岸平台也可以浮动，并且也可以具有任何适当尺度。
离岸结构1配有两个电隔离的电力系统，即，基本电力系统(EPS)100和工厂电力系统(PPS)200。
如上所述，诸如大型电感器或电机，例如，压缩机驱动电机的高功率电气设备的启动可能需要高达五倍的满载电流。这可能给电力系统带来严重负担，导致电压和频率的起伏，形成可以潜在地损坏耗电设备的脏网。
另外，这样的高功率电气设备的跳闸也可导致电源的电压和频率升高，形成使电力系统不适合用于某些耗电设备的脏网。
而且，供应电力系统的一个或多个发电机的跳闸可导致电源的电压和频率突然下降，形成对某些耗电设备产生不利后果的脏网。
本文公开的离岸结构1和方法通过提供至少两个电隔离的电力系统，克服了这样的脏网影响敏感电气设备的问题。基本电力系统100被用于对可能受到可在脏网中出现的电压和频率偏差之一或两者影响的那些电气设备供电。工厂电力系统200被用于对其运行可能形成脏网的那些耗电设备、可以容忍脏网供应的电力的那些设备、和/或已被调适用在脏网上的那些设备供电。
基本电力系统100是将电力供应给对于离岸结构1的安全运行来说基本的那些耗电设备和/或对电压和频率起伏之一或两者敏感、可能因这些性质的过度变化而被损坏或运行不可靠的那些耗电设备供电的清洁电网。这样，基本电力系统100可以设计成工作在基于国际电工委员会(IEC)标准的严格限制内。
基本电力系统100包含至少一个基本电力系统发电机110。EPS发电机110与基本电力系统配电系统130电连接。EPS配电系统130与至少一个基本电力系统耗电设备150电连接。
为了简单起见，图1只示出了单个EPS发电机110和单个EPS耗电设备150。
至少一个EPS发电机110可以是交流发电机。可以存在诸如3-6个，更优选的是，4个发电机的多个EPS发电机。每个发电机可以具有相同或不同的发电能力，例如，在5-20MW的范围内，更优选的是，8MW。在一个实施例中，可以存在四个8MW EPS发电机110，为诸如离岸结构1的关键系统的EPS耗电设备150提供32MW功率。
EPS配电系统130将至少一个EPS发电机110与整个离岸结构1中的至少一个EPS耗电设备150连接。EPS配电系统130可以是放射状配电网络。这样的配电系统是本领域的普通技术人员所熟知的。
至少一个基本电力系统耗电设备150可以是许多电气设备中的一个或多个。EPS耗电设备150包括，例如，离岸结构1的控制、通信、任何导航、中压和低压驱动器和照明系统。
如本文所使用的，低压驱动器是电压为1000V或更低的那些驱动器。中压驱动器是电压在大于1000V到小于或等于7.2kV的范围内的那些驱动器。高压驱动器是在大于7.2kV的范围内的那些驱动器。
低压驱动耗电设备包括，例如，诸如发电机润滑油泵电机的具有约2kW功率的泵电机、和诸如船体冷却水泵电机的具有约100kW功率的泵电机。
中压驱动耗电设备包括，例如，诸如端闪气体压缩机电机的具有约1200kW功率的压缩机电机、和诸如海水入口泵电机的具有约700kW功率的泵电机。
高压驱动耗电设备包括，例如，诸如用于例如天然气液化系统的制冷压缩机电机的具有10MW或更高，或例如，约30MV功率的压缩机电机。
工厂电力系统(PPS)200将电力供应给有可能引起电压和频率之一或两者过度变化的那些耗电设备。这样的耗电设备包括像较大电感器或电机那样的高压驱动耗电设备。工厂电力系统可能是所谓的脏网。
工厂电力系统200包含至少一个工厂电力系统发电机210。PPS发电机210与工厂电力系统配电系统230电连接。PPS配电系统230与至少一个工厂电力系统耗电设备250电连接。
为了简单起见，图1只示出了单个PPS发电机210和单个PPS耗电设备250。
至少一个PPS发电机210可以是交流发电机。可以存在像4-8个，更优选的是，6个发电机那样的多个PPS发电机210。每个PPS发电机210可以具有相同或不同的发电能力，例如，在10-25MW的范围内，更优选的是，18MW。在一个可行实施例中，可以存在六个18MWPPS发电机210，为离岸结构1的PPS耗电设备250提供108MW功率。一般说来，至少一个PPS发电机210具有比EPS发电机110大的发电能力。
PPS配电系统230将至少一个PPS发电机210与整个离岸结构1中的至少一个PPS耗电设备250连接。例如，PPS配电系统230可以是放射状配电网络。这样的配电系统是本领域的普通技术人员所熟知的。
至少一个工厂电力系统耗电设备250可以是许多电气设备中的一个或多个。PPS耗电设备250包括，例如，高压驱动耗电设备。例如，这样的设备可以具有至少10MW的满载功率要求。例如，PPS耗电设备250可以是一个或多个大型驱动电机，例如，功率在20到40MW的范围内，更优选的是，30MW。在一个实施例中，PPS耗电设备250包含在稳态运行时需要90MW的总功率的三个30MW驱动电机。
显而易见，工厂电力系统200的发电要求可能显著高于基本电力系统100的发电要求。例如，PPS 200的总负载功率要求可能是EPS200的总负载功率要求的至少1.5倍，例如，至少2倍，例如，至少3倍。
在一个优选实施例中，至少一个PPS耗电设备250包含一个或多个异步电机。异步电机是有利的，因为它们可以直接在线启动。与异步电机相反，同步电机需要在电机终端处为大转矩应用操纵PPS配电系统230的电压和频率特性。作为PPS耗电设备250的异步电机的运行将结合图2a-c的实施例作更详细讨论。
异步电机可以是诸如制冷压缩机的一个或多个压缩机(未示出)的驱动器。因此，在一个实施例中，公开了启动离岸结构1中的压缩机的方法，该方法至少包含直接在线启动异步电机250的步骤。
高功率PPS耗电设备250影响工厂电力系统200的功率特性的严重性可取决于许多因素。当在PPS 200中稍超过发电能力时，就可能出现脏网。例如，其中(至少一个PPS发电机210的总发电功率)：(至少一个PPS耗电设备250的总满载功耗)的比值小于或等于1.4，譬如，在1.4-1.0的范围内，或甚至约1.2-1.0的工厂电力系统200可能易受不期望的电压和频率起伏的影响。(至少一个PPS发电机210的总发电功率)：(至少一个PPS耗电设备250的总满载功耗)的比值在一种情况下可能不小于1.0。
另外，当至少一个PPS耗电设备250中的一个或多个的规模与至少一个PPS发电机210的总发电能力相比较大时，可能出现脏网。例如，具有满载功耗为至少一个PPS发电机210的总发电功率的至少10％，更优选的至少20％，还要优选的至少30％的至少一个PPS耗电设备250的工厂电力系统210可能易受不期望的电压和频率起伏的影响。
图2a-c示出了可以用在本文公开的离岸结构和方法中的工厂电力系统200的四个不同实施例的示意图。
示出在图2a-c中的工厂电力系统200包含三个PPS发电机210a、b、c。PPS发电机210a、b、c可以是交流发电机。每个PPS发电机210a、b、c由诸如工厂电力系统驱动器220a、b、c的原动机经由工厂电力系统驱动轴215a、b、c机械地驱动。在一个优选实施例中，工厂电力系统驱动器220a、b、c可选自双燃料发动机、燃气轮机和蒸汽轮机中的一个或多个。
PPS发电机210a、b、c可以与工厂电力系统配电系统230电连接。PPS配电系统230分别经由PPS耗电设备配电开关235a、b、c与三个PPS耗电设备250a、b、c连接。
当PPS耗电设备中的一个或多个是不能直接在线启动的大型电机时，图2a-c的实施例尤其有用。例如，一个或多个PPS耗电设备可以包含同步电机250a、b、c。取决于电源的特性，可能不能直接在线启动同步电机250a、b、c。这是因为这样的交流电机以由电机中的电极的数量和交电电源的频率确定的速度运行。交电电源的频率将由三个PPS发电机210a、b、c确定。
同步电机250a、b、c配有可以选择成给出几种不同工作速度之一的几组电极。然而，可用的不同速度的数量受到电机中的多组绕组的限制。例如，对于大启动转矩应用，不能直接在线启动双极、60Hz3600rpm同步涡轮电机。这样的双极电机没有足够的空间来容纳感应绕组，并将需要对抗启动负载从0rpm加速到3600rpm的工作速度。例如，当同步电机作为压缩机的驱动电机起作用时，由于压缩机的滞留压力，可能已经对驱动电机施加了负载。这样的启动负载对于大型压缩机，例如，需要30MW驱动电机的那些压缩机可能超过20MW。
在这样的情况下，变速驱动系统(VSDS，variable speed drivesystem)240(也被称为变频驱动系统)可被用于启动大型驱动电机。VSDS 240与PPS配电系统230和同步电机25a、b、c电连接。VSDS240提供对电机供电的替代路线。
VSDS 240改变PPS发电机210a、b、c所供应的电力的频率，以便向同步电机25a、b、c中的一个或多个提供具有变化的施加频率的电力。VSDS 240因此可以将具有可变频率的电力供应给同步电机25a、b、c，以便使电机从静止变化到它的工作速度，例如，60Hz的3600rpm。
VSDS 240可以从电流源逆变器或电压源逆变器中选择。对于用于如图2a-c的实施例所述的同步电机，电流源逆变器是优选的。尽管非必需，但电压源逆变器可以用于诸如结合图1的实施例所讨论的那些的异步电机。
在一个实施例中，当改变供应给同步电机25a、b、c的电力的频率时，VSDS 240可以在最小和最大工作限制内保持施加频率与施加电压之比不变。
一旦VSDS 240使同步电机25a、b、c达到它们的设计工作速度，就可以闭合PPS耗电设备配电开关235a、b、c，将同步电机直接与PPS配电系统230连接。因此，满载时，同步电机25a、b、c能够直接从PPS配电系统230汲取电力。然后VSDS 240可被断电。
显而易见，取决于PPS 200的可用供电能力，可以分别或一起启动同步电机25a、b、c。本领域的普通技术人员应该认识到，可以配备多个VSDS 240，例如，一个VSDS 240专用于每个同步电机25a、b、c。
在与基本电力系统100电隔离的电力系统中配备VSDS 240和同步电机25a、b、c是有利的，因为VSDS 240可能在工厂电力系统200中产生高阶谐波失真和交变电压/频率的换向缺口。这样的频率和电压失真可能形成不适合将电力提供给一些设备的脏网。
因此，在同步电机起压缩机的驱动电机的作用的一个方面中，提供了启动如本文所述的离岸结构1中的压缩机的方法，该方法至少包含利用变速驱动系统240将至少一个同步电机250从静止供电到工作速度的步骤。
图2a示出了将VSDS 240直接与PSS配电系统230和同步电机25a、b、c连接的最简单实施例。
图2b-c示出了在i)PPS配电系统230和VSDS 240(所谓的“线路侧”)和ii)VSDS 240和同步电机25a、b、c(所谓的“电机侧”)之一或两者之间存在变压器的可替代实施例。变压器的存在可以起滤波器的作用，以便通过相移来减轻VSDS 240所产生的较高阶谐波失真。
图2b的实施例将第一3-绕组变压器270放置在PPS配电系统230和VSDS 240之间。
图2c的实施例与图2b的实施例类似，但另外将第二3-绕组变压器280放置在VSDS 240和同步电机250a、b、c之间。第二3-绕组变压器280可以为同步电机250a、b、c提供必需工作电压。
在一个优选实施例中，工厂电力系统200可以将电力供应给离岸结构上的生产设施的设备。
例如，离岸结构可以提供冷却诸如天然气流的烃流的方法，该方法至少包含如下步骤：
(a)提供一条或多条烃流和一条或多条制冷剂流，其中，一条或多条制冷剂流处在一条或多条制冷线路中，每条制冷线路包含一个或多个压缩机、一个或多个冷却器、一个或多个膨胀设备、以及一个或多个热交换器；
(b)在一个或多个压缩机中压缩一条或多条制冷剂流的至少一部分，以提供一条或多条压缩制冷剂流；
(c)利用电机驱动器机械地驱动所述一个或多个压缩机，所述电机驱动器是如本文所述的至少一个PPS耗电设备；
(d)冷却一条或多条压缩制冷剂流，以提供一条或多条冷却制冷剂流；
(e)在一个或多个膨胀设备中使一条或多条冷却制冷剂流的至少一部分膨胀，以提供一条或多条膨胀制冷剂流；
(f)在一个或多个热交换器中将一条或多条膨胀制冷剂流与一条或多条烃流热交换，以提供一条或多条至少部分蒸发的制冷剂流和一条或多条冷却烃流；以及
(g)顺流将一条或多条冷却烃流传送到多个储罐。
烃流可以是要被冷却的，优选的是要被液化的任何适当气流，但优选的是从天然气或石油储层获得的天然气流。
通常，天然气流主要由甲烷组成。优选的是，烃馈送流包含至少50mol％甲烷，更优选的是80mol％甲烷。
取决于来源，诸如天然气的烃复合物可能包含尤其像乙烷、丙烷和丁烷那样比甲烷重的可变量烃，以及可能包含更少量的戊烷和芳烃。该复合物随气体的类型和地点而变化。
传统上，由于诸如具有可能使它们堵塞甲烷液化工厂的某些部分的不同凝固或液化温度的几方面原因，在烃流的任何明显冷却之前尽可能有效地除去比甲烷重的烃。
诸如天然气的烃源也可能包含诸如H2O、N2、CO2、Hg、H2S和其它硫化合物等的非烃。如果有必要，可以在冷却和液化之前预处理诸如天然气的烃源。这种预处理可以包含减少和/或除去诸如CO2和H2S的不期望成分。由于这些步骤是本领域的普通技术人员所众所周知的，所以这里不再讨论它们的机理。
本文所述的离岸结构可以包含或不包含用于执行如下操作的预处理单元：
-降低比甲烷重的烃的浓度；和/或
-降低非烃的浓度。
因此，离岸结构可选地可以包含从包含如下的组中选择的一个或多个预处理单元：酸性气体去除、脱水、以及天然气湿法提取。在FLSO概念中，如果有必要，在诸如岸上地点，例如，烃预处理设施的不同于离岸结构的地点进行任何这样的预处理。这样的预处理单元优选的距离离岸结构至少2km，更优选的至少10km。在FLNG概念中，如天然气组成所需要的那样，这样的预处理单元可位于离岸结构上。
因此，如本文使用的术语“烃流”代表处理后的组成，这样的处理包括可以发生也可以不发生在离岸结构上的酸性气体去除、脱水、以及天然气湿法提取。
因此，烃流是如果有必要，已被部分、基本上或全部处理，以便减少和/或除去一种或多种化合物或物质(包括但不限于硫、硫化合物、二氧化碳、水、Hg和一种或多种C2+烃)的组成。
在让烃流在一条或多条制冷线路中遇到一条或多条制冷剂流的一个或多个冷却阶段中，冷却烃流，以提供一条或多条冷却烃流中的冷却烃和一条或多条至少部分蒸发的制冷剂流。
在一个优选实施例中，可以在混合制冷线路中利用混合制冷剂来冷却烃流。更优选的是，可以利用混合制冷剂的两个或更多个部分来冷却烃流，混合制冷线路可以包含一个或多个压缩机来压缩混合制冷剂。压缩机可以由一个或多个驱动电机驱动。这些驱动电机可以是，例如，作为如上所述的工厂电力系统耗电设备运行的同步或异步电机。
烃流可以在一个或多个第一热交换器中冷却，以提供第一冷却的，优选被部分液化的烃流，优选在低于0℃的温度。
优选地，任何这样的第一热交换器可以包含第一冷却阶段。可以将一个或多个第二热交换器配备成在一个或多个第二冷却阶段中进一步冷却，优选地液化烃流的一部分。
这样，本文公开的离岸结构可能牵涉到两个或更多个冷却阶段，每个阶段具有一个或多个步骤、部分等。例如，每个冷却阶段可以包含一个至五个热交换器。烃流的一部分和/或混合制冷剂可能不通过冷却阶段的所有和/或都相同的热交换器。
在一个实施例中，烃冷却，优选的液化方法包含两个或三个冷却阶段。第一冷却阶段优选地旨在将烃流的温度降低到低于0℃，通常在-20℃到-70℃的范围内，以提供第一冷却烃流。这样的第一冷却阶段有时也被称为“预冷却”阶段。
任何第二冷却阶段优选地与第一冷却阶段分开。也就是说，第二冷却阶段包含一个或多个分立热交换器。这样的第二冷却阶段有时也被称为“主冷却”阶段。
第二冷却阶段优选地被设置成降低第一冷却烃流的温度，以提供可以处在低于-100℃的温度的第二冷却烃流。优选地，第二冷却烃流是诸如LNG流的液化烃流。如果第二冷却烃流是LNG流，则优选的它是“符合规范的”，即，LNG具有特定出口市场所需的组成。
用作一个或多个第一热交换器或一个或多个第二热交换器的热交换器在现有技术中是众所周知的。第二热交换器的至少一个优选的是在现有技术中已知的绕轴低温热交换器。可选的是，热交换器可以包含在其外壳内的一个或多个冷却部分，每个冷却部分被认为是一个冷却阶段或被认为是相对于其它冷却地点的分立“热交换器”。
在又一个实施例中，让混合制冷剂流的一个或多个部分通过一个或多个热交换器，优选的是如上所述的第一和第二热交换器中的两个或更多个，以提供一条或多条冷却混合制冷剂流。
混合制冷线路的混合制冷剂可以由从包含如下的组中选择的两个或更多个成分的混合物形成：氮、甲烷、乙烷、乙烯、丙烷、丙烯、丁烷、戊烷等。本文公开的方法可能牵涉到在分立或重叠制冷线路或其它冷却线路中使用一种或多种其它制冷剂。
在本文公开的一个实施例中，冷却，优选地液化烃流的方法包含含有一种混合制冷剂的一条制冷线路。
如本文所称的混合制冷剂或混合制冷剂流包含至少5mol％的两个不同成分。混合制冷剂的常见组成可以是：
Figure BDA0000143984670000151
总组成包含100mol％。
在另一个实施例中，该方法用于液化天然气，以提供液化的天然气。
将本文提供的被冷却，优选地被液化的烃流储存在一个或多个储罐中，该储罐可以处在离岸结构上。
并且，本领域的普通技术人员容易明白，在任何液化之后，如果需要的话，可以进一步处理液化烃流。举一个例子来说，可以借助于焦耳-汤姆逊(Joule-Thomson)阀或通过低温透平膨胀机来减压获得的LNG。
可以让液体烃流通过诸如端闪容器的末端气体/液体分离器，以便提供在顶上的端闪气流和底下的液流，如上所述，可以将液流储存在多个储罐中作为诸如LNG的液化产品。
端闪气体可以在末端压缩机中被压缩，并作为燃气提供给离岸结构上消耗燃气的单元。例如，该燃气可以用于向双燃料发动机和/或诸如气动式涡轮机的燃气轮机提供动力，以便将动力供应电力系统发电机为离岸结构发电。
本文公开的离岸结构和冷却方法可以提供在大于1.0百万公吨(公制)每年(MTPA)的范围内，更优选的是大于或等于1.3MPTA，甚至还要优选的是约2.0MTPA的液化烃流的标称容量(或铭牌容量)。术语“标称容量”是按船只的每天生产容量乘以船只每年预定工作天数定义的。例如，一些LNG工厂预定每年平均工作345天。优选的是，本文公开的烃冷却方法的标称容量在1＜到≤2MTPA的范围内。
冷却的烃可以定期地从离岸结构卸载到，例如，诸如LNG运输船的运输船只。
图3示出了用于天然气的液化以提供LNG的离岸结构1的简化示意图，它包含基本电力系统100、工厂电力系统200和制冷线路300。为了简单起见，省略了液化设施中的其余单元。这些单元是本领域的普通技术人员所熟知的。
在所示的实施例中，基本电力系统100包含每一个由EPS驱动器120a、b经由EPS发电机驱动轴115a、b机械驱动的两个EPS发电机110a、b。
提供EPS发电机110a、b与两个EPS耗电设备150a、b之间的电连接的EPS配电系统130可以包含一个或多个EPS变压器135。在图3中示出了单个2-绕组变压器135。一个或多个EPS变压器135可以作为EPS发电机110a、b和EPS耗电设备150a、b之间的电滤波器，以便减小电力系统的频率和电压中的任何起伏来保持清洁电网。
工厂电力系统200与针对图2a的实施例所述的那种相同。在图3的实施例中，可以是同步电机的PPS耗电设备250a、b、c用于经由压缩机驱动轴255a、b、c驱动压缩机260a、b、c。
压缩机260a、b、c可以是作为一条或多条制冷线路的一部分的制冷压缩机。在图3中示出了单条制冷线路300，其进一步包含一个或多个冷却器340、一个或多个热交换器310和一个或多个膨胀设备370。
压缩机260a包含制冷剂流320以便提供压缩制冷剂流330。压缩制冷剂流330可以在诸如空气或水冷却器的冷却器340中被冷却，以提供第一冷却制冷剂流350。然后，可以将第一冷却制冷剂流350传递给热交换器310，让它在其中自冷却以提供第二冷却制冷剂流360。
热交换器310可以是预冷却(或第一阶段)热交换器或主(或第二阶段)热交换器。如果热交换器310是主热交换器，则优选的是绕轴热交换器。第一冷却制冷剂流350可以保存在热交换器310中的多条管道中，并且在热交换器的壳侧中被膨胀制冷剂冷却。
可以让第二冷却制冷剂流360在诸如焦耳-汤姆逊阀的一个或多个膨胀设备370中膨胀，以提供膨胀制冷剂流380。可以让膨胀制冷剂流380传递给热交换器310的壳侧，在那里与烃流410热交换，以提供冷却烃流和至少部分蒸发的制冷剂。
可以从热交换器310中取回至少部分蒸发的制冷剂，并将它传递给制冷压缩机260a作为制冷剂流320，完成制冷线路300。
在一个优选实施例中，烃流410可以是天然气流，冷却烃流420可以是液化天然气流。
本领域的普通技术人员应该明白，本发明可以以许多各种方式执行，而不偏离所附权利要求书的范围。

Claims (15)

1.一种离岸结构(1)，至少包含：
(i)基本电力系统(EPS)(100)，包含与EPS配电系统(130)电连接的至少一个EPS发电机(110)，所述EPS配电系统(130)与至少一个EPS耗电设备(150)电连接；以及
(ii)工厂电力系统(PPS)(200)，包含与PPS配电系统(230)电连接的至少一个PPS发电机(210)，所述PPS配电系统(230)与至少一个PPS耗电设备(250)电连接；
其中，所述基本电力系统(100)与所述工厂电力系统(200)电隔离。
2.按照权利要求1所述的离岸结构(1)，其中，所述至少一个PPS发电机(210)所发出的总功率与所述至少一个PPS耗电设备(250)所消耗的总功率的比值小于或等于1.4。
3.按照权利要求1或权利要求2所述的离岸结构(1)，其中，所述至少一个EPS发电机(110)和所述至少一个PPS发电机(210)之一或两者由原动机驱动，所述原动机包括包含下列的组中的一个或多个：双燃料发动机、燃气轮机和蒸汽轮机(120，220)。
4.按照前面权利要求的任何一项所述的离岸结构(1)，其中，所述至少一个PPS耗电设备(250)包含至少一个压缩机电驱动器(250)，所述至少一个压缩机电驱动器(250)中的每一个与压缩机(260)机械连接。
5.按照权利要求4所述的离岸结构(1)，其中，所述至少一个压缩机电驱动器(250)是双极电机。
6.按照权利要求4或权利要求5所述的离岸结构(1)，其中，所述压缩机(260)是制冷线路(300)中的制冷压缩机，所述制冷线路具有制冷剂，并且进一步包含热交换器(310)，在所述热交换器(310)中，制冷剂与烃流(410)进行热交换以提供冷却烃流(420)。
7.按照权利要求6所述的离岸结构(1)，其中，所述烃是天然气，以及所述冷却烃是液化天然气。
8.按照权利要求4到7的任何一项所述的离岸结构(1)，其中，所述工厂电力系统(200)进一步包含将PPS配电系统(230)与至少一个压缩机电驱动器(250)电连接的变速驱动系统(240)。
9.按照权利要求8所述的离岸结构(1)，其中，所述变速驱动系统(240)是从包含电流源逆变器和电压源逆变器的组中选择的。
10.按照权利要求8或9所述的离岸结构(1)，进一步包含：在(i)PPS发电机(210)和变速驱动系统(240)以及(ii)变速驱动系统(240)和PPS配电系统(230)之一或两者之间的一个或多个变压器(270，280，290，295)。
11.按照权利要求8到10的任何一项所述的离岸结构(1)，其中，所述至少一个压缩机电驱动器(250)是同步电机。
12.按照权利要求4到10的任何一项所述的离岸结构(1)，其中，所述至少一个压缩机电驱动器(250)是异步电机。
13.一种对离岸结构(1)供电的方法，至少包含如下步骤：
-提供诸如船只、平台或沉箱的打算离岸使用的结构；
-向所述结构提供基本电力系统(EPS)(100)，所述基本电力系统(100)包含与EPS配电系统(130)电连接的至少一个EPS发电机(110)，所述EPS配电系统(130)与至少一个EPS耗电设备(150)电连接；以及
-向所述结构提供工厂电力系统(PPS)(200)，所述工厂电力系统(200)包含与PPS配电系统(230)电连接的至少一个PPS发电机(210)，所述PPS配电系统(230)与至少一个PPS耗电设备(250)电连接；
其中，所述基本电力系统(100)与所述工厂电力系统(200)电隔离。
14.一种利用按照权利要求11所述的离岸结构(1)来启动压缩机(260)的方法，至少包含利用变速驱动系统(240)将至少一个同步电机(250)从静止加电到工作速度的步骤。
15.一种利用按照权利要求12所述的离岸结构(1)来启动压缩机(260)的方法，至少包含直接在线启动异步电机(250)的步骤。
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