包括第一改装LNG船和第二改装LNG船的浮式LNG工厂和获得浮式LNG工厂的方法

本发明涉及一种浮式液化天然气(LNG)工厂，其包括第一改装LNG 船和第二改装LNG船，第一改装LNG船和第二改装LNG船中的每一个具 有船体和至少一个LNG储存罐，其中浮式LNG工厂还包括用于连接第一改 装LNG船和第二改装LNG船的船体以获得双壳式船或所谓“双体”船的连 接结构，用于在浮动LNG工厂上进行LNG处理的处理设备，以及用于将 LNG工厂系泊在海床上的系泊系统。

本发明的浮式LNG工厂特别适合于用作LNG浮式生产、储存和卸载单 元(LNG FPSO)。

FPSO是一种离岸工业中用于处理和储存碳氢化合物，如油和气的浮式 船。FPSO船设计为接收从附近工厂或海底基盘生产的碳氢化合物。该船适 于在船上对碳氢化合物进行处理，对碳氢化合物进行储存，直到碳氢化合物 能够卸载到油轮中或通过管道运输到近岸设施中。

可以特别为其最终应用而建造FPSO(新建FPSO)。或者，可以通过改 装现有的船来获得FPSO。通过改装获得的FPSO的优点是，使用现有结构 可以降低项目风险，因为现有的船能够轻易获得，并且完整船体的建造并不 是关键所在。此外，项目日程能够缩减为仅为甲板以上部分的交付时间。此 外，与新建FPSO相比，项目的整体规模和为获得FPSO所付出的相关成本 得到极大地降低。

在现有技术中，描述了多种对现有的船进行改装以获得FPSO的方案。

国际专利申请WO2010059059描述了一种LNG浮式生产装置和一种将 LNG船改装为LNG生产用浮式装置的方法。根据WO2010059059，现有的 LNG船具有附加的突出的船体结构，该船体结构固定到船体的外侧。在提 供突出的船体结构之后，LNG生产设备就被安装到该突出的船体结构中。 这意味着，根据WO2010059059，通过增加突出的船体结构而产生的附加空 间被用于包含气体液化处理设备的至少一部分。

WO2010059059所提方案的一个重大缺点是气体处理设备包含在封闭 空间中，这可能导致非常危险的情况发生，因为存在气体从气体处理设备泄 露，从而在封闭空间中引起爆炸的风险。WO2010059059所提方案会增加处 理设备可用空间的体积。但是，所提供的附加结构不会增加船的载运能力和 稳定性。

另一个缺点是，根据WO2010059059的方案，气体液化处理设备安装在 船体的侧面产生的空间中，从可能与例如穿梭油轮发生侧面碰撞的角度来 看，这是一种危险的结构。这种侧面碰撞会直接损坏突出的船体结构中的气 体处理设备。

发明内容

本发明涉及一种浮式LNG工厂，其包括第一改装LNG船和第二改装 LNG船，所述第一改装LNG船和第二改装LNG船中的每一个具有船体和 至少一个LNG储存罐，其中浮式LNG工厂还包括：

-用于连接第一改装LNG船的船体和第二改装LNG船的船体以获得双 体船的连接结构，

-用于在浮动LNG工厂上进行LNG处理的处理设备，以及

-用于将LNG工厂系泊在海床上的系泊系统，

其中至少第一改装LNG船和第二改装LNG船中的每一个包括LNG船， 该LNG船最初具有多个LNG罐，其中至少一个LNG罐被停用和/或从至少 一个LNG船移除，从而在浮式LNG工厂上产生用于安装进行LNG处理时 使用的所述处理设备的空间。

在本文中，使用短语“LNG船”。它的意思是指最初建造为用于输送LNG 的船。在本文中，“改装LNG船”参照最初建造为用于输送LNG的船，但 是对其进行了修改以改变船的用途。在本文中，参照了“原始LNG船”。这 参照了对LNG进行改装之前的LNG船。

通过用连接结构将至少第一改装LNG船和第二改装LNG船连接在一 起，获得本发明的浮式LNG工厂。所使用的LNG船可以包括任意类型的 LNG船，例如，具有莫斯(Moss)式，即球形LNG储存罐的LNG船，具 有薄膜式LNG储存罐的的LNG船，SPB式或任何其它类型LNG储存罐的 LNG船。

连接第一改装LNG船和第二改装LNG船的结果是最终获得的船相对稳 定。此外，改装LNG船的船体之间的连接结构会产生足够的甲板空间用来 安装LNG处理设备。

根据本发明，通过停用原始LNG船上的至少一个用于液化天然气 (LNG)的罐来获得改装LNG船。对于停用后的球式LNG储存罐(称为 Moss式罐)，储存罐将被移除以在平甲板布局中产生用于处理设备的空间。 例如，可以使用第一Moss船和第二Moss船，它们每个都具有五个LNG罐。 如果从每个船上移除两个气罐，则在最终的浮式LNG工厂中，可以得到与 四个LNG储存罐的甲板空间相等的甲板空间，用于安装LNG处理设备。

就主要位于船主甲板下面的薄膜式，SPB式或任何其它类型的LNG储 存罐而言，对它们的停用不包括将这些罐物理移除，而是说这些罐不再用于 储存LNG，从而抵消安装在停用的罐上方的LNG处理设备的额外重量。

尽管移除了四个LNG储存罐，但是最终的浮式LNG工厂将有六个LNG 储存罐可以用于储存液化气体。这意味着最终的浮式LNG工厂具有LNG处 理设备安装空间以及LNG储存空间。

可以只从第一原始LNG船或第二原始LNG船移除一个或多个LNG罐。 或者，可以从两个原始LNG船上都移除一个或多个LNG罐。

根据本发明的优选实施方式，系泊系统具有允许浮式LNG工厂随风向 标(weathervane)的转塔。转塔可以是内转塔或外转塔。转塔可以位于浮式 LNG工厂的前部。这意味着在改装LNG船的船首附近。或者，在另一个实 施方式中，转塔还可以位于LNG船的船尾附近。

在另一个实施方式(同样未显示)中，LNG工厂可以以或多或少固定 的方向分散系泊。

根据本发明的优选实施方式，转塔设置在第一改装LNG船的船体和第 二改装LNG船的船体中的每一个的外部。

根据本发明的优选实施方式，连接结构在第一改装LNG船的船体和第 二改装LNG船的船体之间提供额外的甲板空间，其中处理设备至少部分地 安装在由连接结构提供的额外甲板空间上。

根据优选实施方式，浮式LNG工厂通过柔性立管连接至海床，从而在 工厂和海床之间输送气体。

根据本发明的优选实施方式，第一改装LNG船和第二改装LNG船基本 上平行地连接。

根据本发明的优选实施方式，用于LNG处理的处理设备包括用于使天 然气液化的装置。

根据本发明的优选实施方式，浮式LNG工厂包括储存装置，例如，用 于储存LNG处理期间分离的流体的储罐，所述储罐至少部分地位于第一改 装LNG船和第二改装LNG船之间的连接结构中。

根据本发明的优选实施方式，浮式LNG工厂具有至少一个舷台 (sponsoon)，即提供额外的甲板空间，同时还产生额外的船体体积的连接结 构。

根据本发明的优选实施方式，浮式LNG工厂具有用于装载或卸载LNG 的LNG转移设备。

根据本发明的优选实施方式，浮式LNG船具有用于装载或卸载作为 LNG工艺的副产品被生产出来的碳氢化合物液体的转移设备。举例来说， 这些副产品包括冷凝物。

本发明还涉及一种将第一LNG船和第二LNG船改装成浮式LNG工厂 的方法，其中LNG船包括至少一个船体和多个LNG储存罐，其中该方法包 括：

-从第一LNG船和/或第二LNG船移除至少一个LNG罐，以获得第一 改装LNG船和第二改装LNG船，

-通过连接结构连接第一改装LNG船和第二改装LNG船，以获得双 体船，

-在双体船上安装用于LNG处理的处理设备，以及

-在双体船上安装系泊系统，以将浮式LNG工厂系泊至海床。

根据本发明的优选实施方式，该方法包括向系泊系统提供允许浮式LNG 工厂随风向标的转塔的步骤。

根据本发明的优选实施方式，该方法包括连接第一改装LNG船和第二 改装LNG船的船体之间的连接结构以产生额外的甲板空间，以及将处理设 备至少部分地安装在由连接结构提供的额外甲板空间上的步骤。

根据本发明的优选实施方式，该方法包括基本上平行地连接第一改装 LNG船和第二改装LNG船的步骤。

根据本发明的优选实施方式，用于LNG处理的处理设备包括用于使天 然气液化的装置。

根据本发明的优选实施方式，该方法包括提供用于储存LNG处理期间 分离的流体的储罐的步骤，所述储罐至少部分地位于第一改装LNG船和第 二改装LNG船之间的连接结构中。

根据本发明的优选实施方式，该方法包括向浮式LNG工厂提供至少一 个用于产生额外船体体积的舷台的步骤。

据本发明的优选实施方式，该方法包括向浮式LNG工厂提供用于装载 或卸载LNG的LNG转移设备的步骤。

据本发明的优选实施方式，该方法包括向浮式LNG工厂提供用于装载 或卸载作为LNG工艺的副产品被生产出来的碳氢化合物液体的转移设备的 步骤。

附图说明

图1是根据本发明的浮式LNG工厂的可能的实施方式，

图2是图1所示浮式LNG工厂的第二实施方式的顶视图，

图3是图2所示浮式LNG工厂的侧视图，

图4和图5分别显示了从船尾和船首观察的如图1至图3所示的浮式 LNG工厂的截面图。

图1显示了根据本发明的浮式LNG工厂1的可能的实施方式。本发明 的浮式LNG工厂1包括位于浮式LNG工厂1右舷的第一改装LNG船10， 以及第二改装LNG船20。

第一改装LNG船10和第二改装LNG船20通过连接结构30而平行地 连接(见图2)。该结构30确保浮式LNG工厂1的形式为双壳式船，下面 称为“双体”船。连接结构30还在两个改装的LNG船10，20之间提供了 额外的甲板空间。

如图1所示，浮式LNG工厂1还包括外转塔40。该转塔40位于船体 的外部，但是靠近改装LNG船10，20的船首，位于两个船体之间。转塔 40固定至浮式LNG工厂1的连接结构30。或者，如图2所示，浮式LNG 工厂具有内转塔41。在另一个可能的实施方式(未显示)中，内转塔可以位 于浮式LNG工厂的船尾。

图1显示，改装LNG船10，20中的每一个具有原始员工宿舍11，21。 如果所需的住宿允许，可以移除员工宿舍11，21中的一个。此外，在图1 所示的实施例中，改装LNG船10，20都具有三个LNG罐。在该实施例中， LNG罐能储存150000m3的LNG。

在另一个实施方式中，体积取决于每个球形罐的体积，球形罐的体积因 船而异。

在图1所示实施例中，改装LNG船10，20是通过移除现有Moss式LNG 船的两个LNG罐而获得的。通过移除双倍于两个罐而释放出来的空间可以 用于在浮式LNG工厂1上进行LNG处理的处理设备。替代的装置也是可行 的，举例来说，浮式LNG工厂可以包括两个改装油船，从第一LNG船上移 除三个罐以产生必要的甲板空间，不从第二LNG船(未显示)上移除任何 罐。这使得浮式LNG工厂能够具有足够的LNG储存空间。

图2显示了图1所示浮式LNG工厂的顶视图。在图2中，两个改装LNG 船10，20之间的连接结构30清晰可见。

如图2所示，浮式LNG工厂1在浮式LNG工厂1的尾舷具有直升机甲 板50。在图2所示实施例中，浮式LNG工厂1在浮式LNG工厂1的右舷 具有卸载臂60。图2所示的浮式LNG工厂1适于对LNG进行并列式卸载。 或者，浮式LNG工厂可以具有船尾卸载装置以进行串列式卸载。

浮式LNG工厂1具有对在LNG处理期间作为副产品被生产出来的冷凝 物进行储存的储存罐。浮式LNG工厂1具有对冷凝物进行串列式卸载的装 置。这些卸载装置安装在直升机甲板50的下面或者安装在改装LNG船的船 尾。

根据本发明的优选实施方式，由于能够自由选择从第一LNG船和/或第 二LNG船移除的一个或多个特定LNG储存罐，从而能够通过对浮式LNG 工厂的主要功能进行区域分离以实现最佳安全性，所述主要功能包括气体处 理和液化，LNG的储存，碳氢化合物液体的储存，住宿，LNG和碳氢化合 物液体的转移，以及系泊。

或者，还能够通过并列式转移系统(未显示)来卸载产生的冷凝物。

图3显示了图1和图2所示浮式LNG工厂1的侧视图。

图4和图5分别显示了从船尾和船首观察的如图1至图5所示的浮式 LNG工厂1的截面图。图4和图5显示了用于储存碳氢化合物液体(例如， 冷凝物和/或LPG)的罐80的位置。在浮式LNG工厂1上进行LNG处理期 间，冷凝物和/或LPG作为副产品被生产出来。罐80位于连接结构30内。 改装LNG船内的其它的舱也可以用于储存碳氢化合物液体。

在图4和图5所示的实施例中，储存罐80一般能够储存200000bbl的 冷凝物。在其它装置中，储存罐可以接收更多的冷凝物。

一种可能的在浮式LNG工厂1上进行液化处理的装置除了其它元件外 还包括：

-汽轮发电机(STG)和相关的真空冷凝热交换器，海水提升泵，

-用于储存一定量稳定冷凝物的储存空间，

-冷凝物输出泵，

-安装在沉箱中的海水提升深井电泵，

-用于冷却甲板上的设备的海水，

-位于海平面下面的冷媒/海水(CM/SW)板式交换器，其用于主工艺 冷却，从而降低海水提升泵的功率需求，

-附加压仓物-活性SW或钝态永久抑制水，

-包含电气/马达开关设备和一些本地控制设备的本地设备室(LER)， 其能够建造的又长又薄，或者划分为两个房间(一个用于电气设备，另一个 用于工具)，

-如果适用，储存的任何可能的单一混合制冷剂组成的制冷剂(一般为 乙烷，丙烷和丁烷)

-空气压缩机，干燥机，制氮气机，淡水制造机(取决于LNG船的设 计，这些设备中的一些或所有可以安装在引擎舱内)，

-船首-船尾逃生通道(可以安装在甲板上方，或不安装)，

-船首-船尾线缆线路和消防用水总管(这些也可以设置在甲板上方)，

-用于LNG制冷系统，由燃气涡轮驱动的压缩机模块，

-末端闪蒸气(end flash gas)和蒸发气体压缩机(如果需要的话)，

-用于并列式卸载的LNG输出系统设备(可能是软管或刚臂系统)，或 者用于串列式卸载的LNG输出系统，

-入口调节(分离，加热和/或冷却)设备，

-冷凝物稳定设备，

-分子筛脱水设备，

-胺CO2去除设备，

-汞去除设备，

-LNG提取(蒸馏)设备，

-燃料气系统，

-燃料气压缩机，

-闪蒸罐和烟囱/通风桅杆，

-堆放模块和起重机。

浮式LNG工厂1还包括制冷设备，包括主LNG制冷设备，主LNG制 冷设备可以由直接机械传动驱动或由其它装置驱动。理想地，该LNG制冷 设备使用两个50％燃气轮机。也可以使用其它驱动装置，例如全电驱动装置 来驱动LNG制冷设备。

最适合于本概念的最简单制冷系统是基于氮气或甲烷的双制冷环路系 统，因为不需要生产或储存制冷剂。一种提供稍高生产能力(假定安装相同 的驱动装置)的替换方式是使用单一混合制冷剂。在这种情况下，组分制冷 剂会储存在非常靠近制冷设备安装的最多四个纤薄型C形罐中。在这种情况 下，制冷剂理想地被输入，而不是在船上制造，以使重量，拥挤，人员需求 最小化，从而使资本支出(CAPEX)最小化。

以气体形式从气田和油田获得的天然气从陆相烃源排出，从而形成原料 天然气，在可以商用之前，需要对原料天然气进行处理。原料天然气进入船 上的处理设备，并通过不同设施中的各种设备进行处理，最终作为适于以已 知装置储存、转移和运输的液化天然气(LNG)的形式出现。生产的液体气 体接下来储存在LNG储存罐中，然后转移到穿梭油轮上，并被运输至合适 的地点进行重新气化，接下来使用，或继续运输。在处理原料天然气的过程 中，必须对从天然气田生产的气体进行预处理，以在其冷却形成LNG之前 去除或降低杂质或污染物的浓度，例如，二氧化碳，水等，从而减少或消除 堵塞处理过程中用到的设备的风险，并克服其它处理困难。杂质和/或污染物 的一个例子是酸性气体，例如二氧化碳或硫化氢。当酸性气体在酸性气体去 除设备中被去除后，对原料气体流进行干燥，从而去除所有的水分。在冷却 之前汞也从原料天然气中被去除。一旦从原料气体流去除了所有的污染物或 不想要或不需要的材料，接下来进行进一步处理，例如，冷却，从而生产 LNG。通常，天然气组分在大气压下在-165℃至-155℃的温度范围内会液 化。天然气的临界温度为大约-80℃至-90℃，这意味着实际上不能单纯通过 加压来使天然气液化，而是必须还要冷却到临界温度以下。

适合于本发明的浮式LNG工厂的液化工艺包括用于LNG生产的基于氮 气的多次(例如，三次)膨胀工艺，其中多个平行设置的膨胀机与多个氮气 压力等级(高(HP热)压，中(IP)压和低(LP冷)压)，以及用于氮气 压缩单元的至少一个氮气侧流组合在一起。

基于氮气的膨胀机工艺有很多亮点，特别是易于开启和关闭，因此可用 性更高，并且由于该工艺不包含大的可燃制冷剂库存而具有更好的固有安全 性。但是，它们的效率比更流行的双级制冷剂循环工艺要低。

现有的双级膨胀机工艺具有特定的功率需求，通常为约420至约500 kWh/t LNG，而该方案的目的是能够将特定功率需求降低到400kWh/t以下。

可以通过多种不同的冷却工艺循环来实现对原料天然气的冷却，其中一 种是使用氮气膨胀机循环，其中，其最简单的形式是应用闭环，在该闭环中， 首先对氮气进行压缩并利用空气或水冷却将其冷却至环境条件，然后通过与 冷低压氮气进行对流交换而进一步冷却。冷却的氮气流接下来通过涡轮膨胀 机膨胀，从而产生冷低压流。冷氮气被用于冷却热交换设备中的原料天然气 和高压氮气流。氮气膨胀在膨胀机中产生的功在连接至轴或膨胀机的氮气增 压压缩机中回收。因此，在该工艺中，冷氮气不仅被用于通过冷却天然气而 使天然气液化，并且还被用于对相同热交换器中的氮气进行预冷却或冷却。 预冷却或冷却的氮气接下来通过膨胀进一步冷却，从而形成冷氮气制冷剂。

该特别选择的实施方式中的工艺是基于用于LNG生产的三次膨胀工 艺，其中多个平行设置的膨胀机与多个氮气压力等级(高(HP热)压，中 (IP)压和低(LP冷)压)，以及用于氮气压缩单元的至少一个氮气侧流组 合在一起。

实际上，用于液化的方法和工艺特别适合作为最佳的氮气膨胀机工艺， 氮气膨胀机工艺具有针对离岸使用的特定优势，它可以充分利用氮气冷却工 艺的固有安全性优势，但是也在一定程度上增加了复杂性，它使系统效率最 大化，同时工艺占用空间相对较小。

通过增加第三压力等级和第三膨胀步骤可以进一步改善工艺。在这种配 置中，针对氮气流循环，将存在四个压力等级-来自压缩机排出口的高压， 两个中压，以及低压。

HP氮气在冷箱中过冷却(sub-cooled)，第一提取流将供应给HP膨胀机， 生成冷氮气流，冷氮气流返回到冷箱中，并返回至主氮气压缩机的第三抽吸 级。

更多过冷却的HP氮气被吸收到第二提取流中以供应给IP膨胀机，生成 第二冷氮气流，第二冷氮气流返回到冷箱中，并返回至主氮气压缩机的第二 抽吸级。

剩余的过冷却的HP氮气被吸收到第三提取流中以供应给LP膨胀机， 生成第三冷氮气流，第三冷氮气流返回到冷箱中，并返回至主氮气压缩机的 第一抽吸级。

来自第三级压缩机排出口的压缩氮气的压力通过使用连接至三个涡轮 膨胀机的压缩机而进一步增加。每个压缩机通过共同驱动轴连接至相应的涡 轮膨胀机。

主氮气压缩机被通过驱动轴连接至主氮气压缩机的压缩机驱动器GT驱 动，在一个实施方式中，GT是燃气轮机。

通过这种方式，产生了三个冷却等级，同时，由于来自冷箱的所有返回 流都连接至主氮气压缩机，使主氮气压缩机的功率最小化，由此改善LNG 生产工艺的整体效率。

通过使用制冷剂回路或任何其它制冷装置来增加一个预冷却级，从而降 低处理气体进入冷箱之前的入口温度，可以进一步改善整个工艺方案的效 率。

对应用至浮式LNG工厂的可能的LNG工艺系统的描述是非穷举的。如 果技术上和经济上可行，还可以应用适合在浮式LNG工厂上离岸使用的其 它LNG工艺系统。

本领域技术人员可以理解，本发明的浮式LNG工厂可以用作LNG再气 化工厂，其使用再气化单元替换气体液化设备。在这种情况下，罐中储存的 LNG被转移到再气化工厂中以再次产生气体，产生的气体可以通过连接至 水下气体管线的转塔或输出立管而输出到岸上。

以下情况也落入本发明的范围中：如果浮式再气化工厂具有气体驱动的 发电厂，则可以提供离岸浮式发电厂，气体驱动的发电厂由再气化的LNG 驱动。产生的电能可以通过设置在转塔上的电转架或通过水下高压(HV) 线输出到岸上。