CN103591457B - 一种用于浮式储油卸油装置的惰气系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于浮式储油卸油装置的惰气系统，包括烟气和柴油模式惰气单元、传感器、储油舱和控制单元。其中，烟气和柴油模式惰气单元均包括惰气总管、烟气和柴油模式惰气发生装置、含氧分析仪、甲板水封、总管压力调节阀、总管压力变送器、常开关断阀和油舱压力调节阀。连通惰气发生装置的惰气总管依次通过甲板水封、总管压力调节阀、常开关断阀和油舱压力调节阀连通储油舱，且烟气和柴油模式惰气发生装置、总管压力调节阀和油舱压力调节阀分别电连接控制单元。设置在惰气总管上的含氧分析仪和总管压力变送器分别电连接控制单元。惰气总管上还设置两支路，第一支路通过电连接控制单元的控制阀与大气连通，第二支路上则设置压力真空关断阀。
Description
技术领域
本发明涉及一种惰气系统，特别是关于一种用于浮式储油卸油装置的新型惰气系统。
背景技术
国际海事组织SOLAS公约规定，在原油闪点（闭杯试验）不超过60℃以及使用原油洗舱作业的浮式储油卸油装置(FPSO)上均应设置惰气系统。惰气系统实际是一种确保FPSO正常生产及外输作业的安全保护装置。惰性气体的主要作用是使各储油舱和工艺处理舱等舱内气体惰性化，以达不到支持燃烧的程度。另外，惰性气体还可以使各储油舱和工艺处理舱等舱内处于微正压状态，以防止空气进入，从而对各储油舱和工艺处理舱起保压覆盖作用。
惰气系统根据产生惰气的方式可分为烟气模式、燃烧模式及将烟气模式与燃烧模式集成为一体的多功能模式。无论采用何种惰气系统，为保证惰气系统运行可靠，可满足惰气最大需求量的燃烧柴油模式的惰气发生装置是FPSO必不可少的配置。因此，燃烧柴油模式的惰气系统也是FPSO上一个主要能耗用户。经测算，燃烧柴油模式的惰气系统柴油耗量约450吨/年（约15万吨级FPSO,按年生产时率330天，约10天外输一次的外输频率）。
传统的FPSO惰气系统设计中，大多考虑了对热炉烟气的利用，但实际应用效果却往往并不理想，没有达到节能的设计要求，其主要原因如下：FPSO热负荷工况较为复杂，利用热炉烟气工艺处理流程的负荷随生产年份变化较大，季节不同，船舱保温加热负荷差别较大，这样船体保温加热负荷的理论计算值会与实际需要的加热负荷有所差别；另外，FPSO外输工况是惰气需求量最大工况，但这时船舱保温加热负荷又是最低需求。几种因素综合在一起导致热站负荷率下降，外输时会出现热站惰气量供应不充足的情况。
多功能模式的惰气系统，虽然具有补燃功能，但其作用主要是当烟气组分中含氧量超标，可补充燃烧以降低含氧量。但这种工况一般只是在热油锅炉本身或整个排烟系统出现故障等意外情况下才会出现，对于烟气量不足的常规工况作用有限。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种可充分利用热介质加热炉烟气、降低能源消耗、减少环境污染、易于现场操作的用于浮式储油卸油装置的新型惰气系统。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种用于浮式储油卸油装置的惰气系统，其特征在于，它包括相互独立的连通储油舱的一烟气模式惰气单元和一柴油模式惰气单元，一用于检测所述储油舱内惰气压力的传感器，以及用于接收所述传感器的惰气压力信号并根据惰气压力信号调节所述储油舱压力的控制单元；其中，所述烟气模式惰气单元和柴油模式惰气单元均包括一惰气总管、一惰气发生装置、一含氧分析仪、一甲板水封、一总管压力调节阀、一总管压力变送器、一常开关断阀以及一油舱压力调节阀，且所述烟气模式惰气单元的惰气发生装置为烟气模式惰气发生装置，所述柴油模式惰气单元的惰气发生装置为柴油模式惰气发生装置；一端连通所述惰气发生装置输出端的所述惰气总管依次通过所述甲板水封、总管压力调节阀、常开关断阀和油舱压力调节阀连通所述储油舱，且所述惰气发生装置、总管压力调节阀和油舱压力调节阀分别电连接所述控制单元的信号输出端；所述含氧分析仪和总管压力变送器设置在所述惰气总管上，且所述含氧分析仪和总管压力变送器分别电连接所述控制单元的信号输入端；所述惰气总管上还设置有两个支路，其中第一支路通过一控制阀与大气连通，第二支路上则设置有用以保护惰气系统的压力真空关断阀，且所述控制阀电连接所述控制单元的信号输出端。
所述传感器采用压力变送器。
所述第一支路设置在所述惰气发生装置和甲板水封之间，所述第二支路设置在所述常开关断阀和油舱压力调节阀之间。
所述含氧分析仪设置在所述惰气发生装置和第一支路之间的惰气总管上，所述总管压力变送器设置在所述总管压力调节阀和常开关断阀之间的惰气总管上。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明由于将FPSO上热介质加热炉烟气作为惰气系统气源，当烟气模式下的烟气量不足时，柴油模式被启动，以补充惰气量。因此可充分利用热介质加热炉烟气，不仅降低柴油耗量，而且减少因烟气排放造成的环境污染，最大限度实现节能减排。2、由于本发明的柴油模式惰气单元和烟气模式惰气单元具有两套独立的惰气总管，因此可以同时进行外输和洗舱作业。
附图说明
图1是本发明的结构组成示意图
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述，需要说明的是,本发明可以向多个储油舱同时输送惰气，现仅以向一个储油舱输送惰气为例进行详细描述。
如图1所示，本发明包括一烟气模式惰气单元1、一柴油模式惰气单元2、一控制单元3、一储油舱4和一油舱压力变送器(PT)5。其中，烟气模式惰气单元1和柴油模式惰气单元2相互独立的连通储油舱4，储油舱4内的惰气压力信号通过油舱压力变送器5检测并传递给控制单元3，控制单元3根据惰气压力信号调节储油舱4的压力。
本发明的烟气模式惰气单元1包括一惰气总管10、一烟气模式惰气发生装置11、一含氧分析仪(AT)12、一控制阀(CV)13、一甲板水封14、一总管压力调节阀(PV)15、一总管压力变送器(PT)16、一常开关断阀(V)17、一压力真空关断阀18以及一油舱压力调节阀(PV)19。其中，一端连通烟气模式惰气发生装置11输出端的惰气总管10依次通过甲板水封14、总管压力调节阀15、常开关断阀17和油舱压力调节阀19连通储油舱4，且烟气模式惰气发生装置11、总管压力调节阀15和油舱压力调节阀19分别电连接控制单元3的信号输出端。含氧分析仪12设置在烟气模式惰气发生装置11和甲板水封14之间的惰气总管10上，总管压力变送器16设置在总管压力调节阀15与常开关断阀17之间的惰气总管10上，且含氧分析仪12和总管压力变送器16分别电连接控制单元3的信号输入端。烟气模式惰气发生装置11和甲板水封14之间的惰气总管10上设置有一与大气连通的支路10-0，在支路10-0上设置控制阀13，该控制阀13电连接控制单元3的信号输出端。在常开关断阀17和油舱压力调节阀19之间的惰气总管10还设置有另一支路10-1，支路10-1上设置有用于保护惰气系统的压力真空关断阀18。
本发明的柴油模式惰气单元2与烟气模式惰气单元1结构基本相同，不同的是柴油模式惰气单元2中的惰气发生装置采用的是柴油模式惰气发生装置21。
下面详细说明本发明的使用流程：
总管压力变送器16或26将检测到的惰气总管10或20内的惰气压力信号传递到控制单元3，控制单元3根据惰气压力信号控制烟气模式惰气单元1或柴油模式惰气单元2的运行，控制单元3内设有惰气压力阈值。油舱压力变送器5将检测到的油舱4压力信号传递到控制单元3，控制单元3根据油舱惰气压力信号，通过控制油舱压力调节阀19或29的开度，调节储油舱4的压力。
1)烟气模式下，当总管压力变送器16检测到的惰气总管10内惰气压力超过惰气压力阈值，即烟气量充足时，控制单元3控制烟气模式惰气单元1独立运行。烟气模式惰气发生装置11产生烟气，烟气经烟气模式惰气发生装置11预处理后形成惰气，惰气通过惰气总管10输入储油舱4。惰气总管10向储油舱4输送惰气过程中，通过总管压力变送器16检测惰气总管10中的惰气压力变化，并将惰气压力变化的信号传递给控制单元3。当惰气总管10的惰气压力升高时，控制单元3输出信号关小总管压力调节阀15，开大控制阀13，使系统内多余惰气通过控制阀13旁通至大气；当惰气总管10内的惰气压力降低时，控制单元3输出信号开大总管压力调节阀15，关小或关闭控制阀13，使惰气总管10压力升高。
2)烟气模式下，总管压力变送器16检测到的惰气总管10内惰气压力低于惰气压力阈值，即烟气量不足时，控制单元3控制烟气模式惰气单元1和柴油模式惰气单元2同时运行。控制单元3根据惰气总管10上的惰气压力自动选择柴油模式惰气单元2的供气量(本发明的供气量分档选择，可选择的档位如25%、50%、75%和100%)。烟气模式惰气单元1和柴油模式惰气单元2产生的惰气通过各自的惰气总管10和20输入储油舱4。惰气总管10和20各自向储油舱4输送惰气时，总管压力变送器26的检测功能被屏蔽，通过总管压力变送器16检测惰气总管10中的惰气压力变化，并将惰气压力变化的信号传递给控制单元3。当惰气总管10的惰气压力升高时，控制单元3输出信号关小总管压力调节阀15，开大控制阀13，使系统内多余惰气通过控制阀13旁通至大气；当惰气总管10内的惰气压力降低时，控制单元3输出信号开大总管压力调节阀15，关小或关闭控制阀13，使惰气总管10压力升高。
3)当烟气模式惰气单元1中的含氧分析仪12检测含氧量超标或者烟气模式惰气单元1检修或故障时，柴油模式惰气单元2独立运行。控制单元3根据柴油模式惰气单元2需求的燃料量和引风量自动将其分配至燃油模式惰气发生装置21内燃烧，燃烧产生的烟气同样经柴油模式惰气发生装置21预处理后形成惰气，惰气通过柴油模式惰气单元2中的含氧分析仪22检测其含氧量，并将含氧量信号传递给控制单元3，控制单元3根据含氧量信号控制控制阀23的开启和关闭，如果含氧量达到要求，控制阀23关闭，惰气通过惰气总管20进入储油舱4，如果含氧指标达不到要求则通过开启的控制阀23通往大气。同样，惰气总管20向储油舱4输送惰气时，通过总管压力变送器26检测惰气总管20中的惰气压力变化，并将惰气压力变化的信号传递给控制单元3。当惰气总管20的惰气压力升高时，控制单元3输出信号关小总管压力调节阀25，开大控制阀23，使系统内多余惰气通过控制阀23旁通至大气；当惰气总管20内的惰气压力降低时，控制单元3输出信号开大总管压力调节阀25，关小或关闭控制阀23，使惰气总管20压力升高。
4）当储油舱4需要同时外输和洗舱作业时，烟气模式惰气单元1和柴油模式惰气单元2同时运行。烟气模式惰气单元1和柴油模式惰气单元2产生的惰气分别通过惰气总管10和20输送至储油舱4。在储油舱4外输和洗舱时，可以由烟气模式惰气单元1为储油舱4提供外输时所需要的惰气，同时由柴油模式惰气单元2为洗舱提供比较干净的惰气，两个系统独立运行避免干扰，以同时实现外输和洗舱作业。惰气总管10和20各自向储油舱4输送惰气时，同样通过总管压力变送器16和26检测惰气总管10和20中的惰气压力变化，并将惰气压力变化的信号传递给控制单元3。当惰气总管10和20的惰气压力升高时，控制单元3输出信号关小总管压力调节阀15和25，开大控制阀13和23，使系统内多余惰气通过控制阀13和23旁通至大气；当惰气总管10和20内的惰气压力降低时，控制单元3输出信号开大总管压力调节阀15和25，关小或关闭控制阀13和23，使惰气总管10和20压力升高。
上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。
Claims (5)
1.一种用于浮式储油卸油装置的惰气系统，其特征在于，它包括相互独立的连通储油舱的一烟气模式惰气单元和一柴油模式惰气单元，一用于检测所述储油舱内惰气压力的传感器，以及用于接收所述传感器的惰气压力信号并根据惰气压力信号调节所述储油舱压力的控制单元；
其中，所述烟气模式惰气单元和柴油模式惰气单元均包括一惰气总管、一惰气发生装置、一含氧分析仪、一甲板水封、一总管压力调节阀、一总管压力变送器、一常开关断阀以及一油舱压力调节阀，且所述烟气模式惰气单元的惰气发生装置为烟气模式惰气发生装置，所述柴油模式惰气单元的惰气发生装置为柴油模式惰气发生装置；一端连通所述惰气发生装置输出端的所述惰气总管依次通过所述甲板水封、总管压力调节阀、常开关断阀和油舱压力调节阀连通所述储油舱，且所述惰气发生装置、总管压力调节阀和油舱压力调节阀分别电连接所述控制单元的信号输出端；所述含氧分析仪和总管压力变送器设置在所述惰气总管上，且所述含氧分析仪和总管压力变送器分别电连接所述控制单元的信号输入端；
所述惰气总管上还设置有两个支路，其中第一支路通过一控制阀与大气连通，第二支路上则设置有用以保护惰气系统的压力真空关断阀，且所述控制阀电连接所述控制单元的信号输出端。
2.如权利要求1所述的一种用于浮式储油卸油装置的惰气系统，其特征在于，所述传感器采用压力变送器。
3.如权利要求1所述的一种用于浮式储油卸油装置的惰气系统，其特征在于，所述第一支路设置在所述惰气发生装置和甲板水封之间，所述第二支路设置在所述常开关断阀和油舱压力调节阀之间。
4.如权利要求2所述的一种用于浮式储油卸油装置的惰气系统，其特征在于，所述第一支路设置在所述惰气发生装置和甲板水封之间，所述第二支路设置在所述常开关断阀和油舱压力调节阀之间。
5.如权利要求1或2或3或4所述的一种用于浮式储油卸油装置的惰气系统，其特征在于，所述含氧分析仪设置在所述惰气发生装置和第一支路之间的惰气总管上，所述总管压力变送器设置在所述总管压力调节阀和常开关断阀之间的惰气总管上。
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