CN216741653U - 一种基于核动力的浮式生产储油装置(fpso)驱动系统 - Google Patents

一种基于核动力的浮式生产储油装置(fpso)驱动系统 Download PDF

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Abstract

一种基于核动力的浮式生产储油装置(FPSO)驱动系统，有蒸汽发生模块，蒸汽发生模块的堆舱内设置有核反应堆，核反应堆依次与蒸汽发生器、主循环泵连接形成第一循环网；蒸汽发生器产生饱和蒸汽的热量依次提供给发电系统、泵组透平系统、机舱及杂用蒸汽系统、货油舱段加热系统以及上部模块加热系统。发电系统的发电透平与制氮加热器连接。本发明对在FPSO核动力系统第二循环网中做功后的大量低温乏汽回收利用，将低温热能与制氮系统相结合，省去电加热器能耗，提高系统热效率，整体经济性能好。

Description

一种基于核动力的浮式生产储油装置(FPSO)驱动系统
技术领域
本发明涉及浮式生产储油装置(FPSO)技术领域，具体涉及一种基于核动力的浮式生产储油装置(FPSO)驱动系统。
背景技术
FPSO(Floating Production Storage and Offloading)是集生产、储油、卸油为一体的海上浮式生产储卸油装置。作为海上主要油气生产设施，其在开采能源的同时，消耗大量一次能源原油或天然气。在全球日益重视节能环保的趋势下，需要通过改善FPSO动力源和优化自身系统的方式，来降低FPSO运行成本及对环境的破坏。
核能作为一种清洁高效的能源，既能够增加能源供应、优化能源结构，同时能大大减少温室气体和污染气体的排放。目前，陆上核能发电技术在商业运行中已非常成熟，但在核电系统冷却水将乏汽携带的大量低温热能带走，以温排水的形式释放到水环境中，造成了大量的低温热能的浪费。
FPSO日常作业和外输作业中需要消耗大量的氮气，工艺系统日常需进行氮化处理，外输穿梭油轮作业需要补充氮气维持舱内压力，外输作业后漂浮软管需要用氮气对软管内滞留油品进行吹扫、置换。安装大容量制氮系统可有效解决氮气需求量的问题，但制氮系统中空气压缩机等设备耗能高，同时膜分离制氮法过膜压缩空气最佳温度为45℃，需要电动空气加热器对过滤后的压缩空气进行加热。
若能将核能与FPSO驱动系统结合，并将核能系统中的低温热能运用于FPSO已有系统中，将在节能环保的同时，最大化能源利用率，打造节能降耗和环保型的FPSO。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种基于核动力的浮式生产储油装置(FPSO)驱动系统，旨在达到合理利用核动力为能源，制氮过程能够节能降耗，避免对海洋环境造成破坏的目的，其所采用的技术方案是：
一种基于核动力的浮式生产储油装置(FPSO)驱动系统，有蒸汽发生模块，蒸汽发生模块的堆舱内设置有核反应堆，核反应堆依次与蒸汽发生器、主循环泵连接形成第一循环网；蒸汽发生器产生饱和蒸汽分别进入发电系统、泵组透平系统、机舱及杂用蒸汽系统、货油舱段加热系统以及上部模块加热系统。
蒸汽发生器与发电机透平、制氮加热器连接后，汇入乏汽总管，乏汽总管依次与冷凝器、冷凝水泵、温水箱、除氧器、给水泵、高压给水加热器连接，形成第二循环网，高压给水加热器与蒸汽发生器之间设置有给水控制阀。
蒸汽发生器经由节流装置与泵组透平连接后，汇入乏汽总管，乏汽总管依次与冷凝器、冷凝水泵、温水箱、除氧器、给水泵、高压给水加热器连接，形成第三循环网。
冷凝器另一端与海水连通，大海中的海水通过冷凝器海水泵泵入海水冷凝器内，再从海水冷凝器内流出，流回至大海。
蒸汽发生器经由节流装置分别与机舱及杂用蒸汽系统、货油舱段加热系统、上部模块加热系统连接，饱和蒸汽在机舱及杂用蒸汽系统、货油舱段加热系统、上部模块加热系统内做功后形成的乏汽汇入乏汽总管，乏汽总管依次与冷凝器、冷凝水泵、温水箱、除氧器、给水泵、高压给水加热器连接，高原上加热器回流至蒸汽发生器。
蒸汽发生器提供给发电系统4mpa-8mpa的饱和蒸汽，提供给泵组透平系统1.6mpa-1.96mpa的饱和蒸汽，提供给机舱及杂用蒸汽系统、货油舱段加热系统、上部模块加热系统0.4mpa-0.98mpa的饱和蒸汽。
发电机透平通往制氮加热器的通路上设置有第一阀门，制氮加热器接入乏汽总管的通路上设置有第二阀门，发电机透平通往乏汽总管的管路上设置有第三阀门，第三阀门与第一阀门、第二阀门并联。
上述一种基于核动力的浮式生产储油装置(FPSO)驱动系统，更进一步地，机舱及杂用蒸汽系统包括污油舱、柴油分油机加热器、滑油罐、油渣舱、压载水滤器间散热器、洗舱海水加热器、冬季舱室供暖。
上述一种基于核动力的浮式生产储油装置(FPSO)驱动系统，更进一步地，货油舱段加热系统包括污油水舱、燃油舱、生产水舱、甲板加热器。
上述一种基于核动力的浮式生产储油装置(FPSO)驱动系统，更进一步地，上部模块加热系统包括生产分离器、原油加热器、回注水加热器、闭排罐、生活热水、房间供暖、管线伴热。
上述一种基于核动力的浮式生产储油装置(FPSO)驱动系统，更进一步地，在第一循环网中，主循环泵通往核反应堆的路径上、核反应堆通往蒸汽发生器的路径上，设置有稳压器。
上述一种基于核动力的浮式生产储油装置(FPSO)驱动系统，更进一步地，核反应堆是压水反应堆，载热介质为加压至15mpa-20mpa的水。
上述一种基于核动力的浮式生产储油装置(FPSO)驱动系统，更进一步地，淡水舱通过管路依次与淡水泵、温水箱连接，淡水泵与温水箱之间设置有温水箱控制阀。
上述一种基于核动力的浮式生产储油装置(FPSO)驱动系统，更进一步地，蒸汽发生器内设置有第二液位传感器，第二液位传感器与给水控制阀通过信号连接。
上述一种基于核动力的浮式生产储油装置(FPSO)驱动系统，更进一步地，甲板加热器与油舱相连通，油舱内设置有潜液泵，油经潜液泵泵入甲板加热器内，经由甲板加热器处理后回流至油舱。
上述一种基于核动力的浮式生产储油装置(FPSO)驱动系统，更进一步地，温水箱内设置有第一液位传感器，第一液位传感器与温水箱控制阀信号连接。
本发明的有益效果是：
1.本发明采用核能作为FPSO的动力源，将核能转换的热能分别应用于高中低不同的热能用户。并将蒸汽作为驱动系统的热介质，其载热能力强，提高系统换热效率。
2.将核燃料作为FPSO的动力源，其绿色低碳、节能环保并且能量密度高，单堆燃料寿命长，动力强劲。核燃料对高能耗、高排放的FPSO工厂而言，即降低运行成本又避免生态破坏。
3.本发明对在FPSO核动力系统第二循环网中做功后的大量低温乏汽回收利用，将低温热能与制氮系统相结合，省去电加热器能耗，提高系统热效率，整体经济性能好。
附图说明
图1是本发明的系统图；
其中：1-核反应堆、2-蒸汽发生器、3-主循环泵、4-稳压器、5-节流装置、6-泵组透平、7-发电机透平、8-污油舱、9-柴油分油机加热器、10-滑油罐、11-油渣舱、12-压载水滤器间散热器、13-洗舱海水加热器、14-冬季舱室供暖、15-污油水舱、16-燃油舱、17-生产水舱、18-甲板加热器、19-生产分离器、20-原油加热器、21-回注水加热器、22-闭排罐、23-生活热水、24-房间供暖、25-管线热伴、26-油舱、27-潜液泵、28-乏汽主管、29-制氮加热器、30-第一阀门、31-第二阀门、32-第三阀门，33-给水控制阀、34-温水箱控制阀、35-冷凝器、36-冷凝水泵、37-温水箱、38-除氧器、39-给水泵、40-高压给水加热器、41-海水泵、42-淡水泵、43-淡水舱、44-发电机。
具体实施方式
结合附图对本发明做进一步说明。
如图1所示，一种基于核动力的浮式生产储油装置(FPSO)驱动系统，有堆舱，堆舱内设置有核反应堆，核反应堆采用常规的压水反应堆，压水反应堆通过管路依次与蒸汽发生器、主循环泵连接，主循环泵回流至压水反应堆，形成第一循环网，在主循环泵回流至压水反应堆的通路与压水反应堆通往蒸汽发生器的通路之间设置有稳压器，稳压器用于防止第一循环网内压力过高使设备受损以及压力过低引起冷却剂的沸腾。
蒸汽发生器通过管路依次与发电机透平、制氮加热器连接，管路自制氮加热器出来后汇入乏汽总管，乏汽总管依次与冷凝器、冷凝水泵、温水箱、除氧器、给水泵、高压给水加热器连接，高压给水加热器回流至蒸汽发生器，形成第二循环网。发电机透平还与发电机连接。
蒸汽发生器经过节流装置与泵组透平连接后汇入乏汽总管，通过乏汽总管依次与冷凝器、冷凝水泵、温水箱、除氧器、给水泵、高压给水加热器连接，高压给水加热器回流至蒸汽发生器，形成第三循环网。
发电机透平通往制氮加热器的通路上设置有第一阀门，制氮加热器接入乏汽总管的通路上设置有第二阀门，发电机透平通往乏汽总管的管路上设置有第三阀门，第三阀门与第一阀门、第二阀门并联。
饱和蒸汽在发电系统和泵组透平系统做功后的排气压力在15-39Kpa，乏汽在乏汽总管汇合，当需要制氮时，打开第一阀门、第二阀门，关闭第三阀门，乏汽流经制氮加热器进行换热，将制氮加热器中的压缩空气达到最佳过膜温度45℃，换热后的乏汽汇入乏汽总管。当不需要制氮时，打开第三阀门，关闭第一阀门、第二阀门，乏汽直接进入乏汽总管。
冷凝器另一端与海水连接，海水通过冷凝器海水泵泵入海水冷凝器内，在海水冷凝器内换热后，升温的海水回流至大海中。温水箱另一端与淡水舱连接，淡水舱与温水箱之间设置有淡水泵、温水箱控制阀，温水箱内设置有第一液位传感器，第一液位传感器与温水箱控制阀相连接。温水箱中第一液位传感器与温水箱控制阀相连，第一液位传感器将液位信号发送给温水箱控制阀，当水液位过低时，自动开启温水箱控制阀，淡水由淡水泵从淡水舱泵入温水箱，在温水箱低温加热后，载热介质经过除氧器除氧，再由给水泵泵入高压给水加热器加热，载热介质经过高压给水加热器加热后形成压力为7mpa～12mpa的载热介质进入蒸汽发生器。7mpa～12mpa的载热介质进入蒸汽发生器，与经由压水反应堆出来的15-20mpa的水换热蒸发后，形成4mpa-8mpa的饱和蒸汽和冷却后的载热介质，冷却后的载热介质通过主循环泵泵入压水反应堆中加热，在第一循环网中继续循环。将4mpa-8mpa的饱和蒸汽依次提供给发电系统、泵组透平系统、机舱及杂用蒸汽系统、货油舱段加热系统、上部模块加热系统。蒸汽发生器中设置有第二液位传感器，第二液位传感器与给水控制阀信号连接，第二液位传感器向给水控制阀发送液位信号，给水控制阀根据液位信号，实时向蒸汽发生器内补充载热介质，载热介质进入蒸汽发生器，与经由压水反应堆出来的15mpa-20mpa的水换热蒸发，形成高温饱和蒸汽。
高温饱和蒸汽以4mpa-8mpa进入发电系统，在发电机透平中做功，将蒸汽的热能转化为机械能，发电机透平转子与发电机相连，将机械能转换为电能，供全船仪器仪表、生活及照明使用。高温饱和蒸汽依次经过发电机透平、制氮加热器后，汇入乏汽总管。高温饱和蒸汽经过节流装置，以1.6mpa-1.96mpa进入泵组透平系统，驱动泵组透平，带动海水泵、冷凝水泵、淡水泵、给水泵的运转，高温饱和蒸汽经过泵组透平后汇入乏汽总管。高温饱和蒸汽经过节流装置，以0.4mpa-0.98mpa进入机舱及杂用蒸汽系统、货油舱段加热系统、上部模块加热系统，机舱及杂用蒸汽系统包含污油舱、柴油分油机加热器、滑油罐、油渣舱、压载水滤器间散热器、洗舱海水加热器、冬季舱室供暖的加热。货油舱段加热系统包含污油水舱、燃油舱、生产水舱、甲板加热器的加热。油舱内的油品通过潜液泵泵入甲板加热器，与蒸汽系统换热后返回油舱，提高油品流动性。上部模块加热系统包含生产分离器、原油加热器、回注水加热器、闭排罐、生活热水、房间供暖、管线伴热的加热。高温饱和蒸汽在各系统中做功后形成的乏汽汇入乏汽总管，乏汽总管内的乏汽经冷凝器与低温海水换热凝结成水，随后被冷凝水泵泵入温水箱加热。低温海水通过冷凝海水泵泵入冷凝器，换热后循环回大海。
本发明采用核能作为FPSO的动力源，将核能转换的热能分别应用于高中低不同的热能用户。并将蒸汽作为驱动系统的热介质，其载热能力强，提高系统换热效率。将核燃料作为FPSO的动力源，其绿色低碳、节能环保并且能量密度高，单堆燃料寿命长，动力强劲。核燃料对高能耗、高排放的FPSO工厂而言，即降低运行成本又避免生态破坏。本发明对在FPSO核动力系统二回路汽轮机中做功后的大量低温乏汽回收利用，将低温热能与制氮系统相结合，省去电加热器能耗，提高系统热效率，整体经济性能好。

Claims (10)

1.一种基于核动力的浮式生产储油装置(FPSO)驱动系统，其特征在于：有蒸汽发生模块，蒸汽发生模块的堆舱内设置有核反应堆，核反应堆依次与蒸汽发生器、主循环泵连接形成第一循环网；蒸汽发生器产生饱和蒸汽分别进入发电系统、泵组透平系统、机舱及杂用蒸汽系统、货油舱段加热系统以及上部模块加热系统；
蒸汽发生器与发电机透平、制氮加热器连接后，汇入乏汽总管，乏汽总管依次与冷凝器、冷凝水泵、温水箱、除氧器、给水泵、高压给水加热器连接，形成第二循环网，高压给水加热器与蒸汽发生器之间设置有给水控制阀；
蒸汽发生器经由节流装置与泵组透平连接后，汇入乏汽总管，乏汽总管依次与冷凝器、冷凝水泵、温水箱、除氧器、给水泵、高压给水加热器连接，形成第三循环网；
冷凝器另一端与海水连通，大海中的海水通过冷凝器海水泵泵入海水冷凝器内，再从海水冷凝器内流出，流回至大海；
蒸汽发生器经由节流装置分别与机舱及杂用蒸汽系统、货油舱段加热系统、上部模块加热系统连接，饱和蒸汽在机舱及杂用蒸汽系统、货油舱段加热系统、上部模块加热系统内做功后形成的乏汽汇入乏汽总管，乏汽总管依次与冷凝器、冷凝水泵、温水箱、除氧器、给水泵、高压给水加热器连接，高原上加热器回流至蒸汽发生器；
蒸汽发生器提供给发电系统4mpa-8mpa的饱和蒸汽，提供给泵组透平系统1.6mpa-1.96mpa的饱和蒸汽，提供给机舱及杂用蒸汽系统、货油舱段加热系统、上部模块加热系统0.4mpa-0.98mpa的饱和蒸汽；
发电机透平通往制氮加热器的通路上设置有第一阀门，制氮加热器接入乏汽总管的通路上设置有第二阀门，发电机透平通往乏汽总管的管路上设置有第三阀门，第三阀门与第一阀门、第二阀门并联。
2.根据权利要求1所述的一种基于核动力的浮式生产储油装置(FPSO)驱动系统，其特征在于：机舱及杂用蒸汽系统包括污油舱、柴油分油机加热器、滑油罐、油渣舱、压载水滤器间散热器、洗舱海水加热器、冬季舱室供暖。
3.根据权利要求1所述的一种基于核动力的浮式生产储油装置(FPSO)驱动系统，其特征在于：货油舱段加热系统包括污油水舱、燃油舱、生产水舱、甲板加热器。
4.根据权利要求1所述的一种基于核动力的浮式生产储油装置(FPSO)驱动系统，其特征在于：上部模块加热系统包括生产分离器、原油加热器、回注水加热器、闭排罐、生活热水、房间供暖、管线伴热。
5.根据权利要求1所述的一种基于核动力的浮式生产储油装置(FPSO)驱动系统，其特征在于：在第一循环网中，主循环泵通往核反应堆的路径上、核反应堆通往蒸汽发生器的路径上，设置有稳压器。
6.根据权利要求1所述的一种基于核动力的浮式生产储油装置(FPSO)驱动系统，其特征在于：核反应堆是压水反应堆，载热介质为加压至15-20mpa的水。
7.根据权利要求1所述的一种基于核动力的浮式生产储油装置(FPSO)驱动系统，其特征在于：淡水舱通过管路依次与淡水泵、温水箱连接，淡水泵与温水箱之间设置有温水箱控制阀。
8.根据权利要求1所述的一种基于核动力的浮式生产储油装置(FPSO)驱动系统，其特征在于：蒸汽发生器内设置有第二液位传感器，第二液位传感器与给水控制阀通过信号连接。
9.根据权利要求3所述的一种基于核动力的浮式生产储油装置(FPSO)驱动系统，其特征在于：甲板加热器与油舱相连通，油舱内设置有潜液泵，油经潜液泵泵入甲板加热器内，经由甲板加热器处理后回流至油舱。
10.根据权利要求7所述的一种基于核动力的浮式生产储油装置(FPSO)驱动系统，其特征在于：温水箱内设置有第一液位传感器，第一液位传感器与温水箱控制阀信号连接。
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