将退役平台改造为LNG双燃料发动机发电平台的方法及该LNG双燃料发动机发电平台与流程

文档序号:16859087 发布日期:2019-02-12 23:54
将退役平台改造为LNG双燃料发动机发电平台的方法及该LNG双燃料发动机发电平台与流程

本发明涉及利用LNG新能源的供电领域,以及退役平台的改造领域。



背景技术:

通常,海上油气作业平台(如钻井平台、生产平台等)的使用周期一般为30年,目前已有很多作业平台进入到退役时期。有资料表明退役平台的规模比较大,仅拆除业务量全球规模达就到数千亿人民币。如何对退役平台进行很好地折旧利用,是不能回避的现实问题。为此,不少人对退役平台的再利用提出了一些方案,如,将钻井平台改造成生产平台;将退役平台改造成浮式旅游平台;将退役平台改造成海上观测、监测、导航平台;将退役平台改造成人工岛、生活平台等。然而,现有的对于退役平台的改造方案均无法充分利用该平台现有的发动机组及其系统结构、管路、电气等系统,使退役平台的再利用率大打折扣。

因此,需要为退役平台开辟一种再利用途径,使其达到资源有效再利用,加快退役平台的淘汰和利用,推动新型平台进入市场,促进海洋工程产业的良性发展。



技术实现要素:

本发明的一个主要目的在于提供一种将退役平台改造为LNG双燃料发动机发电平台的方法及该LNG双燃料发动机发电平台,在实现退役平台的资源有效再利用的同时,为海上石油开采等提供清洁能源供给。

为达成上述目的,本发明提供一种由退役平台改造的LNG双燃料发动机发电平台,其中,包括:退役平台的浮式载体、燃料供给系统及LNG功能模块,燃料供给系统和LNG功能模块承载于浮式载体上,燃料供给系统为退役平台的原燃料供给系统,LNG功能模块是在退役平台上新增而成,LNG功能模块能够向发动机供给天然气,其与燃料供给系统共同作用,能够以原燃料或原燃料-LNG混燃模式运行,从而形成LNG双燃料发动机组。

本发明另一方面,还提供一种将退役平台改造为LNG发电平台的方法,包括:

拆除退役平台的功能模块;

在退役平台的浮式平台甲板上安装LNG功能模块,LNG功能模块与退役平台的燃料供给系统共同构成LNG双燃料发动机组;及

将退役平台的发动机增加发动机管理系统,以对退役平台的发动机和LNG功能模块的参数进行监控,并对进入发动机的燃料进行控制。

本发明相较于现有技术的有益效果在于:本发明将退役平台改造为LNG双燃料发动机发电平台,一是为海上石油开采提供清洁能源供给,解决岛礁和近海城镇的用电,提供清洁低成本的电力;二是为退役平台找到一种再利用途径,达到资源有效再利用;三是加快退役平台的淘汰和利用,推动新型平台进入市场,促进海洋工程产业的良性发展。

附图说明

通过结合附图考虑以下对本发明的优选实施例的详细说明,本发明的各种目标、特征和优点将变得更加显而易见。附图仅为本发明的示范性图解,并非一定是按比例绘制。在附图中,同样的附图标记始终表示相同或类似的部件。其中:

图1为一种现有的改造前的退役平台的示意图。

图2为将图1中的退役平台改造为LNG双燃料发动机发电平台的示意图。

图3为LNG双燃料发动机发电平台的LNG功能模块在甲板上的布置图。

图4为LNG功能模块的连接关系示意图。

图5为LNG双燃料发动机发电平台的发动机管理系统的参数控制原理图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而,示例实施方式能够以多种形式实施,且不应被理解为限于在此阐述的实施方式;相反,提供这些实施方式使得本发明将全面和完整,并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构,因而将省略它们的详细描述。

由于近年来,国内多地空气出现持续雾霾等污染现象,为减少以煤炭发电为主的火电在冬天产生的排放,国家正在大力推动清洁能源的应用,其中一个解决办法就是利用天然气进行发电。我国以液化天然气(LNG)的形式进口之一是来自海上,通过海上航运运输到各个相应的岸上接收站。

另一方面,上世纪80年代建造的钻井平台已开始进入淘汰期,而这些平台发动机和发电机部分大都还处于能正常工作状态。一些带有DP定位的钻井平台,其发电功率一般在40兆瓦以上,接近一个小堆核电的发电量。(如中广核的ACPR50S、上海核工程研究院的CAP50S)。目前提出了诸多对退役的平台的再利用的方案,例如将退役平台改造成人工岛、生活平台等,均无法充分利用退役平台本身所具有的发动机和发电机,导致利用率低、资源浪费。

基于上述两方面的技术问题的结合,本申请人想到利用退役平台本身所具有的发动机及发电设备,将其改造成LNG双燃料发动机发电平台,以同时解决退役平台的再利用率低以及海上能源供给困难这两大难题,并且,目前的现有技术中并不存在LNG发电的平台、更不存在将退役平台改造成LNG双燃料发动机发电平台的改造方案。

本发明提供一种由退役平台改造的LNG双燃料发动机发电平台,其包括退役平台的浮式载体、燃料供给系统及LNG功能模块,燃料供给系统及LNG功能模块承载于浮式载体上,燃料供给系统为退役平台的原燃料供给系统,LNG功能模块是在退役平台上新增而成,其与燃料供给系统共同作用,可选择性的以原燃料(例如柴油单燃料燃烧模式)和原燃料(柴油)-LNG混燃模式运行,从而形成LNG双燃料发动机组。

本发明可对退役的浮式钻井平台、生产平台等进行改造,建成新型的LNG双燃料发动机发电平台,这一方案具有如下技术效果:

1.将退役平台改造为LNG双燃料发动机发电平台,大大增加了退役平台新的更高附加值的用途,提高利用率;

2.海上LNG双燃料发动机发电平台机动、灵活、环保、资源节约。相对于新建一座LNG发电站,缩短了LNG发电站的投资周期,且降低成本;

3.建立海上LNG双燃料发动机发电平台能够直接在海上接收LNG,并将LNG汽化后进行发电,输送到海上油田作业平台群等用电或输送到岸上用电,无需新增陆上LNG接收站;

4.改造后的平台除可以具有LNG发电输电功能外,还可以通过适度搭载,扩容升级,实现其他海上新能源利用功能和环境监测等功能;

5.利用旧平台的油改气进行发电,比起在陆地上建造一个新的小型LNG电厂或核电厂而言,成本将是非常低的,在将电力输入国家电网时的竞争力将是非常强;并且,比起新建造一个LNG发电驳船而言,其固定成本的投资将是很低的,在将电力输入的竞争力将是非常强的;

6.在利用LNG的油改气得到成功应用后,除了向陆地和岛礁输送电力外,还可对海上油田区域的作业装备群进行供电。

本实施例中,如图1所示,改造前的退役平台包括下浮体1、位于下浮体1上的平台立柱2、位于平台立柱2上的平台甲板3。改造过程中,将安装于平台甲板3上的吊机系统4、井架5、钻井系统6及平台立柱中的燃油舱7拆除;然后,在平台甲板3上安装LNG功能模块;将退役平台的燃油发动机10改造为LNG双燃料发动机组11。

在一实施例中,发动机被改造为能够选择性的以退役平台的燃料运行模式和退役平台的燃料-LNG混燃运行模式运行。

以柴油-LNG双燃料的改造为例进行改扩建工作范围说明:

该退役平台的原发动机为柴油机,LNG双燃料发动机发电平台的发动机能够选择性的以柴油单燃料燃烧模式和柴油-LNG混燃运行模式运行。

本实施例中,如图2、3、4所示,燃料供给系统可包括柴油机16,LNG功能模块包括储气机构和管路机构,储气机构包括安装在平台甲板3上的LNG储罐和LNG气化器,LNG储罐能够储存LNG,LNG气化器能够将LNG转化为天然气;管路机构用于调压及输送LNG和混合气体。LNG储罐通过管路机构12与柴油机16连接,从而向柴油机16供给经LNG气化器转化的天然气,使得柴油机16具有天然气系统。

如图4所示,管路机构可包括LNG输送管路12、单向阀13、缓冲罐14、电控阀15、调压阀16及混合器17。LNG输送管路铺设于平台甲板3上,单向阀13、LNG气化器8、、缓冲罐14、电控阀15、调压阀16及混合器17通过LNG输送管路12依次连接,且单向阀与LNG储罐连通,混合器17与柴油机16连通,从而将来自LNG储罐9的LNG输送至柴油机16。

本实施例中,如图3所示,单向阀、LNG气化器、缓冲罐、电控阀、调压阀及混合器为撬装形式,即,构成一个整体式的集合,因此无需再在中间安装阀门、仪表等设备,只需用管线联通即可。在其他实施例中,可根据需要调整LNG功能模块,例如,还可包括减压阀、截止阀、透气阀、滤清器等,LNG功能模块还可包括消防系统用于阻火及灭火。消防系统可包括水雾喷淋装置、防火围壁、阻火器及消防器材。

发动机管理系统可包括柴油-LNG双燃料电控喷射系统、安全监控系统及对各参数控制系统,用于进行天然气掺混比例控制、压力等信息传输及天然气泄漏检测。参数控制主要包括:天然气压力及温度、进气压力及温度、润滑油压力及温度、冷却水温度、排气温度、油门位置及执行、天然气掺混喷射等。

具体的,退役平台可具有柴油—天然气双燃料系统,其允许柴油机同时使用柴油和天然气作为发动机燃料的混合燃料技术。船用柴油-天然气(LNG)电控喷射双燃料系统能够在现有的船用柴油机上加装LNG燃料供给系统,将单一的柴油发动机转化为双燃料发动机。柴油变成用于点燃压缩状态下天然气的引燃燃料和部件的润滑剂。通过接收转速、温度、流量等传感器的信号,中央电控单元(ECU)将严格限制柴油的供应量并控制喷射到进气道用于驱动发动机的天然气喷射量,实现柴油和LNG燃料的混合燃烧。有关测试数据表明,该系统可应用在不同型号的发动机上,天然气替代率可达60%-90%。

图5为LNG双燃料发动机发电平台的发动机管理系统的参数控制原理图。发动机管理系统可包括中央控制单元(ECU)18,其能够对柴油机16和LNG功能模块的各项参数进行监控。燃料供给系统还可包括喷油器19和油门执行器20,油门执行器20能够向喷油器19发出喷油指令,以使喷油器19向柴油机16喷入准确量的燃油。

例如,中央控制单元18可为微机控制器,其可在原有发动机外挂设置,其与柴油机16和LNG功能模块信号连接。其中,中央控制单元18能够收集柴油机18和LNG功能模块上设置的各个传感器的信号,例如进气参数、天然气参数、柴油机参数等,接着输出相应的指令,例如,向油门执行器20发出指令,例如喷油脉冲信号,喷油器19接收来自油门执行器20的指令,精确的控制燃油喷射量,向柴油机16的燃烧室喷油。例如通过收集进气参数、天然气参数,进行LNG泄漏检测。

应当理解,中央控制单元及其对于参数的控制为现有技术,故对于其具体形式、设置位置、连接关系、工作原理进行赘述。

通常船用柴油机油改气的实施内容如下:平台搭建与储罐安装、燃气管道安装、发动机改造、喷气阀和ECU系统安装、各类传感器的安装、燃气管道试验、电线及用电设施整改、低温管道的保温、安防系统的安装、线路的连接、加液、调试等。

在一实施例中,柴油—天然气双燃料系统可为外挂式的。发动机上安装除了需要在进气管装入混合器外,不需要对发动机做任何改动。该系统的安装对发动机在纯柴油机状态下的运行没有任何影响,当需要停用双燃料系统时,发动机可以在不做任何改动的情况下使用纯柴油运行,并保证发动机的动力性与操作与加装双燃料系统前一致。

在原有的柴油发动机上加装外挂式柴油—天然气双燃料系统,具体包括:加装引燃柴油的电控系统、天然气(LNG)供给系统、双燃料发动机参数控制系统和检测报警系统。

其次,双燃料系统的布置,需考虑安全因素,原则上是要将LNG功能模块(LNG储罐和气化器等)布置在敞开的区域,尽量减少在机舱中管路和燃烧部件,同时管路不穿过其他船舱,电子控制系统也要布置在机舱外的敞开区域。由于本发明是利用废旧钻井平台的改造,因此在去除钻井装置后,平台甲板上的可用面积非常大,可达4000—5000平米。这对于布置LNG功能模块(储罐和气化器等)、电子控制系统和各种管路已是相当宽裕。因此,LNG双燃料发动机发电平台所需设备能够在原退役平台甲板上全面安装、充分实施。

本发明还提供一种将退役平台改造为LNG双燃料发动机发电平台的方法,包括:

拆除退役平台的部分功能模块;

在退役平台的浮式平台甲板上安装LNG功能模块,LNG功能模块与退役平台的燃料供给系统共同构成LNG双燃料发动机组;及

将退役平台的发动机增加发动机管理系统,以对退役平台的发动机和LNG功能模块的参数进行监控,从而对进入发动机的燃料进行控制。

由于LNG功能模块是在退役平台甲板上新增而成,发动机管理系统在原有发动机外挂设置,因此发电平台的改造量较少。本发明提出的将退役平台改造为LNG双燃料发动机发电平台的方案,结合了国家治理雾霾的需求,利用清洁能源在近海的平台上发电并供应陆上,还可以节约陆上建造电厂的土地资源,完全符合环保、节约的政策导向。

其中,改造方法还可包括以下步骤:

对退役平台的待改造的结构进行检测和寿命评估,从而进行改造经济性分析;及

根据改造经济性分析的结果对退役平台的待改造的结构进行修改调整,以满足LNG功能模块、LNG双燃料发动机发电平台的布置要求。

其中,退役平台的待改造的结构可包括但不限于:退役平台的原发动机组及其系统主机以及全平台的结构、轮机、电气、管路等。

此外,还可根据需要增设其他额外功能扩展设计。

综上所述,将退役的钻井平台、生产平台等平台改造成LNG双燃料发动机发电平台可以有效利用现有平台的发动机组及其系统结构、管路、电气等系统。相对于同等发电功率的新建LNG或重油或双燃料发电平台/船的造价将大大降低,而且建造周期也大大缩短。同时,经改造后的发电平台不仅可以就近为海上油气开采平台提供清洁电力能源,而且因其所具有的移动性,可灵活地坐落在城镇附近的近海、以及岛礁附近进行供电,这种新型LNG供电平台不仅环保,而且可大大节约陆地使用面积及资源。在不需要时,也很容易对其实施移走。

简而言之,将退役平台改造成LNG发电平台,一是为海上石油开采提供能源供给,解决岛礁和近海城镇的用电,提供清洁低成本的电力;二是为退役平台找到一种再利用途径,达到资源有效再利用;三是加快退役平台的淘汰和利用,推动新型平台进入市场,促进海洋工程产业的良性发展。

虽然已参照几个典型实施例描述了本发明,但应当理解,所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质,所以应当理解,上述实施例不限于任何前述的细节,而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释,因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。

再多了解一些
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