余建星，李 妍，馬維林，劉 源，林秋雅

FLNG裝卸載系統(tǒng)流動(dòng)特性仿真研究

余建星，李 妍，馬維林，劉 源，林秋雅

(天津大學(xué)水利工程仿真與安全國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300072)

浮式液化天然氣(FLNG)生產(chǎn)儲(chǔ)卸裝置的裝卸載系統(tǒng)是海上液化天然氣(LNG)生產(chǎn)鏈的重要組成部分．由于作業(yè)環(huán)境和傳輸介質(zhì)的特殊性，傳統(tǒng)的流體傳輸和LNG碼頭裝卸并不滿足其要求．為研究流體溫度的變化對管網(wǎng)內(nèi)部LNG流動(dòng)狀態(tài)的影響，首先確定FLNG裝卸載系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)特性參數(shù)的計(jì)算流程，應(yīng)用相關(guān)公式和數(shù)據(jù)進(jìn)行編程計(jì)算，得到單時(shí)間節(jié)點(diǎn)各艙液貨泵的流量、管網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)的壓力和溫度，然后結(jié)合邊界條件的變化，將此瞬時(shí)裝卸工況的求解方法推廣至整個(gè)裝卸載過程，由此確定LNG傳輸過程中流動(dòng)特性參數(shù)的時(shí)歷變化關(guān)系．該模型的計(jì)算結(jié)果與實(shí)際裝卸過程基本符合，說明該計(jì)算方法對FLNG裝卸載系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)特性參數(shù)的研究具有一定的可行性和準(zhǔn)確性.

浮式液化天然氣生產(chǎn)儲(chǔ)卸裝置；裝卸載系統(tǒng)；風(fēng)險(xiǎn)特性參數(shù)；作業(yè)仿真

FLNG裝卸載系統(tǒng)是浮式LNG生產(chǎn)鏈的重要部分．由于作業(yè)環(huán)境和傳輸介質(zhì)的特殊性，傳統(tǒng)的流體傳輸和LNG碼頭裝卸并不能代表重大的技術(shù)挑戰(zhàn)，海上LNG傳輸技術(shù)亟待開發(fā)．

在浮式LNG生產(chǎn)鏈中，船體本身并不具有關(guān)鍵性的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)．未經(jīng)檢驗(yàn)的技術(shù)是浮式LNG裝置和LNG船間的貨物傳輸系統(tǒng)．為了說明該遺漏環(huán)節(jié)，一些公司在不同程度上開發(fā)了概念設(shè)計(jì)，包括吊桿串聯(lián)卸載系統(tǒng)(BTT，F(xiàn)MC)、海上低溫LNG卸載系統(tǒng)(OCL，OCL JIP)和軟剛臂系統(tǒng)(SBM)[1]．

在兩個(gè)運(yùn)動(dòng)載體間傳輸?shù)蜏亓黧w的管道有兩種：一是多“硬質(zhì)”不銹鋼管道的連桿機(jī)構(gòu)，使用鉸接接頭(轉(zhuǎn)環(huán))來工作；二是柔性軟管[2]．

目前，許多學(xué)者對FLNG和LNG運(yùn)輸船組成的多浮體系統(tǒng)進(jìn)行了大量的研究．Inoue、Buchner和Hong等分別應(yīng)用數(shù)值模擬方法對FLNG和LNG運(yùn)輸船之間的水動(dòng)力相互作用或相對運(yùn)動(dòng)響應(yīng)問題進(jìn)行研究[3]．Kim等[4]采用線性三維勢流理論研究并排卸貨時(shí)不同航向角的LNG-FPSO與LNG船在水動(dòng)力作用下的相對運(yùn)動(dòng)．Liu等[5]提出一種方法評估惡劣環(huán)境中LNG卸載的可操作性．Yokozawa等[6]建立了并排卸載和串聯(lián)卸載的運(yùn)動(dòng)估計(jì)方法，并對其進(jìn)行驗(yàn)證．Hong等[7]對FLNG和LNG船并排卸貨時(shí)的動(dòng)力進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和數(shù)值研究．顧妍等[8]模擬計(jì)算了低溫液貨卸載的流程，結(jié)合模擬結(jié)果和動(dòng)量及能量方程分析了影響海上天然氣卸載的主要參數(shù)．

綜上所述，海上LNG傳輸?shù)南嚓P(guān)研究主要集中在卸載系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計(jì)、低溫傳輸管道的應(yīng)用和多浮體系統(tǒng)響應(yīng)等方面，針對FLNG裝卸載系統(tǒng)的作業(yè)仿真研究十分缺乏．具體裝卸載系統(tǒng)由液貨艙、裝卸貨管網(wǎng)和液貨泵等設(shè)施組成，都會(huì)對系統(tǒng)的運(yùn)行產(chǎn)生影響，且各部件相互影響制約．因此，有必要對FLNG裝卸載系統(tǒng)作業(yè)仿真進(jìn)行研究．

本文為研究流體溫度的變化對管網(wǎng)內(nèi)部LNG流動(dòng)狀態(tài)的影響，從FLNG裝卸載系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)特性參數(shù)的計(jì)算流程入手，應(yīng)用相關(guān)公式和數(shù)據(jù)進(jìn)行編程計(jì)算，得到單時(shí)間節(jié)點(diǎn)各艙液貨泵的流量、管網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)的壓力和溫度，然后結(jié)合邊界條件的變化，將此瞬時(shí)裝卸工況的求解方法推廣至整個(gè)裝卸載過程，由此確定LNG傳輸過程中流動(dòng)特性參數(shù)的時(shí)歷變化關(guān)系．

1 FLNG裝卸載系統(tǒng)作業(yè)仿真分析

目前國內(nèi)外對FLNG裝卸載系統(tǒng)的研究較少，而LNG船液貨裝卸系統(tǒng)的研究較多，但基本只停留在管元流量和節(jié)點(diǎn)壓力的數(shù)據(jù)分析，并沒有結(jié)合流體溫度的變化對LNG在管網(wǎng)內(nèi)部的流動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行分析.

傳統(tǒng)的裝卸系統(tǒng)的安全性校核，是在裝卸兩端的邊界條件確定不變(如輸出端或輸入端定壓、定量等)的情況下，根據(jù)平面管網(wǎng)關(guān)系計(jì)算系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)壓力和管路流量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，忽略了管元重力壓頭的損失．

然而在LNG FPSO卸載的過程中，LNG需要通過管道從液艙底部泵送到頂部，其傳輸高度一般為三十多米．管線的形狀類似于一個(gè)倒U形曲線，其中的LNG通過垂直向上流動(dòng)，接著水平傳輸，然后豎直向下到達(dá)LNG艙．大宇造船海洋株式會(huì)社(DSME)證實(shí)了在LNG傳輸管線的頂部水平部分可能存在兩相流和流動(dòng)阻塞的問題[9]．流動(dòng)阻塞會(huì)增加整體的傳輸時(shí)間，而兩相流的形成產(chǎn)生不必要的額外BOG(蒸發(fā)氣體)，造成LNG的損失．

此外，F(xiàn)LNG裝卸系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)分析來源于管網(wǎng)的流量、壓力和溫度分布情況以及液貨艙內(nèi)液貨裝載量情況等，且整個(gè)管網(wǎng)特性參數(shù)都是在確定液貨泵流量的基礎(chǔ)上進(jìn)行計(jì)算的．綜上所述，有必要在考慮管元重力壓頭損失、結(jié)合實(shí)時(shí)邊界條件的情況下，對FLNG裝卸載系統(tǒng)作業(yè)仿真進(jìn)行分析．

1.1 FLNG裝卸載系統(tǒng)模型

FLNG裝卸載系統(tǒng)通常由液貨艙、液貨泵、閥門、管道和控制系統(tǒng)等設(shè)備構(gòu)成．管網(wǎng)的構(gòu)成包括液貨泵、閥門、管道和接頭等部件．通過管網(wǎng)的水力分析，可以得到FLNG和LNGC的裝卸時(shí)間、各個(gè)液貨艙的液位高度和各管元節(jié)點(diǎn)的LNG特性參數(shù)(如流量、壓力和溫度等)．如果計(jì)算結(jié)果表明所設(shè)計(jì)的FLNG裝卸載系統(tǒng)不符合安全要求，則可通過改善液貨泵的性能，修改管網(wǎng)構(gòu)造、傳輸環(huán)境條件的限制等方式，形成新的裝卸載系統(tǒng)，進(jìn)行改造計(jì)算，直到滿足要求為止．

液貨艙艙內(nèi)液位高度和壓力控制對輸送過程的影響很大，尤其是裝卸過程中，液位高度的變化對整個(gè)裝卸系統(tǒng)流量、壓力等參數(shù)的變化起關(guān)鍵作用，因此液貨艙類型中不僅需要艙的型號和形狀參數(shù)，還需要艙體積-高度的變化關(guān)系．液貨艙通常采用雙泵卸載，且與兩根輸送管路連接．所計(jì)算LNG艙的液位高度與裝載量的關(guān)系為

式中：h為LNG艙的液位高度，m；Q為LNG艙的裝載量，m3．

在液貨泵性能參數(shù)中，對裝卸貨作業(yè)影響最大的是水力性能曲線．液貨泵的特性即泵的流量與揚(yáng)程間的關(guān)系．對于液貨泵的揚(yáng)程和流量等參數(shù)以及相互關(guān)系基本上都是通過試驗(yàn)方法來獲取數(shù)據(jù)，然后根據(jù)對試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，建立各參數(shù)間的定量關(guān)系式，即

式中：H為泵的揚(yáng)程，m；1Q為泵的流量，m3/h．

通過查閱相關(guān)文獻(xiàn)[10-11]，可得LNG船裝卸管路系統(tǒng)圖．結(jié)合實(shí)際FLNG和LNGC船型[12]的主要技術(shù)參數(shù)以及液貨艙的尺寸，可得FLNG裝卸貨管網(wǎng)圖．為了便于對管路系統(tǒng)進(jìn)行水力分析及安全性校核，對各管元和節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了相應(yīng)的編號(見圖1)．

圖1 FLNG裝卸載系統(tǒng)管元編號Fig.1 Pipe numbers of the offloading system of FLNG

1.2 FLNG裝卸載系統(tǒng)特性分析

一般來說，計(jì)算管網(wǎng)流量所采用的方法有節(jié)點(diǎn)壓力法和管元流量法．管元流量法是對管網(wǎng)中的每一管元，建立進(jìn)出口節(jié)點(diǎn)壓頭和管元流量的非線性關(guān)系，采用節(jié)點(diǎn)壓頭逼近方法和Gauss-Seidel迭代法求解非線性方程組，從而獲得完整的管網(wǎng)信 息[13]．而節(jié)點(diǎn)壓力法是根據(jù)流量平衡條件和壓力平衡條件，通過管網(wǎng)交叉節(jié)點(diǎn)壓力平衡建立不同液貨艙間的流量關(guān)系，結(jié)合液貨泵的工作特性建立不同船體間的流量關(guān)系，采用Newton迭代法求解所構(gòu)成的非線性方程組，由此獲得整個(gè)管網(wǎng)各管元的流量值．考慮到管元重力壓頭損失和實(shí)時(shí)邊界條件，采用節(jié)點(diǎn)壓力法對裝卸管網(wǎng)流量進(jìn)行計(jì)算．

LNG在管路中的流動(dòng)類似于其他實(shí)際流體，服從流體的基本定律．對于管元定常流動(dòng)來說，單位時(shí)間內(nèi)通過管元所有截面的流體質(zhì)量相同，故可得

式中：ρ1、A1和u1分別為管元中截面1處的流體密度、截面積和流速；ρ2、A2和u2分別為截面2處的流體密度、截面積和流速．

對于不可壓縮流體，由于壓力和溫度對流體密度的影響不大，故可認(rèn)為密度不變，即ρ1=ρ2，則式(3)可轉(zhuǎn)化為

根據(jù)動(dòng)量定理可知，微元上作用力的沖量等于該體積元?jiǎng)恿康淖兓纱丝山⒐茉膭?dòng)量方程為

式中：ρ為流體密度，kg/m3；u為流速，m/s；l為管元長度，m；p為流體壓力，Pa；z為位置高度，m；wh為水頭損失，m．

由此可得，對于長度為lΔ的管元，其壓降pΔ為

式中zΔ為管道兩截面的位置高度差，m．

根據(jù)連續(xù)性方程和動(dòng)量方程，結(jié)合泵的出口壓力公式和系統(tǒng)模型約束條件，建立各管元段的流量關(guān)系，從而基于管網(wǎng)特性方程和液貨泵特性方程計(jì)算泵的運(yùn)轉(zhuǎn)工況點(diǎn)，由此建立系統(tǒng)的基本流量方程組，通過賦流量初值，采用迭代逼近的方法進(jìn)行計(jì)算．

在確定FLNG裝卸管網(wǎng)各管元流量后，可根據(jù)管路動(dòng)量方程和能量方程確定管網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)的壓力和溫度．對于管網(wǎng)節(jié)點(diǎn)壓力的確定，先根據(jù)各管元流量和壓降方程確定所有管元的壓降，再根據(jù)管網(wǎng)結(jié)構(gòu)和流動(dòng)走向，建立管元與節(jié)點(diǎn)間的對應(yīng)關(guān)系，結(jié)合相鄰管元間的連續(xù)關(guān)系，將各管元通過節(jié)點(diǎn)聯(lián)系起來，從而遞推計(jì)算管網(wǎng)任意節(jié)點(diǎn)的壓力．該方法可同樣用于管網(wǎng)節(jié)點(diǎn)溫度的確定，但有一定的差別，其差別在于管網(wǎng)三通合流節(jié)點(diǎn)溫度計(jì)算時(shí)，需要考慮不同溫度流體的混合．

以LNG傳輸過程中的溫升為例，LNG經(jīng)液貨泵的加壓后，其溫度會(huì)有所升高，溫升計(jì)算公式為

式中：ptΔ為LNG流過液貨泵摩擦熱的溫升，℃；c為LNG比熱容，J/(kg)·℃；η為泵效率．

根據(jù)傳熱基本方程，管元段的外界熱輸入量計(jì)算式為

式中：2Q為傳熱速率，W；K為傳熱系數(shù)，W/(m·℃)；A為換熱面積，m2；mtΔ為管元段進(jìn)出口處傳熱溫度差的對數(shù)平均值，即平均溫度差，℃．

由于FLNG裝卸過程中，液貨艙中的液位不斷降低，導(dǎo)致液貨泵的工況點(diǎn)發(fā)生變化，管內(nèi)的流量也隨之變化，進(jìn)而影響各管段的能量得失，故各管元段兩側(cè)均為變溫下的穩(wěn)定傳熱．平均溫度差mtΔ的計(jì)算公式為

式中：t為外界溫度；1t為管元入口溫度，℃；t2為管元出口溫度，℃；溫差大的一端為1tΔ；溫差小的一端為2tΔ．

當(dāng)Δt1/Δt2≤2時(shí)，則，即可用算術(shù)平均值．也就是說，需要滿足t2+(t2-t1)≤t ，這適用于整個(gè)裝卸管網(wǎng)．

傳熱系數(shù)的計(jì)算公式為

式中：λ為保冷層材料的導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m·K)；0D為保冷層外直徑，m；D為保冷層內(nèi)直徑或管道外直徑，m；1D為管道內(nèi)直徑，m；1λ為LNG管道金屬材料的導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m·K)；α為保冷層外壁對空氣的放熱系數(shù)，W/(m·K)；d為計(jì)算直徑，可取保冷層外徑與管元內(nèi)徑的平均值，m．

由此可計(jì)算各管元段的外界熱量輸入值為

式中：l為管元長度，m；tΔ為管元段兩端的溫差(溫升)，℃．

由于液貨的壓縮性很小，結(jié)合動(dòng)量方程和能量方程，可得

式中：m為管元的質(zhì)量流率，kg/s；pc為管元內(nèi)流體的定壓比熱容，J/(kg·K)．

1.3 作業(yè)仿真計(jì)算流程

圖2所示為FLNG裝卸載系統(tǒng)作業(yè)仿真計(jì)算流程．

圖2 FLNG裝卸載系統(tǒng)作業(yè)仿真計(jì)算流程Fig.2Flow chart of the operation simulation of the offloading system of FLNG

該計(jì)算目的是對FLNG裝卸載系統(tǒng)中各管元段在作業(yè)過程所流過的流量Qi、各管元節(jié)點(diǎn)所承受的壓力p和流體溫度ti以及是否產(chǎn)生兩相流進(jìn)行定量研究．通過確定管網(wǎng)各管元的流量分布，求解各艙的裝卸速率、裝卸量以及整個(gè)管路系統(tǒng)的壓力分布和溫度變化，分析系統(tǒng)參數(shù)是否滿足裝卸要求，由此決定是否對各艙的液貨泵、相關(guān)閥件和管路等設(shè)備進(jìn)行安全保護(hù)或制定相應(yīng)的應(yīng)急措施．

對于FLNG裝卸作業(yè)的整個(gè)過程，LNG在管路中的流動(dòng)參數(shù)和液貨泵的工況點(diǎn)以及管路阻力特性是隨時(shí)間不斷變化的．可將裝卸時(shí)間分為若干段，在每一時(shí)間段內(nèi)各參數(shù)變化很小，可認(rèn)為是準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)過程．在這一時(shí)間段內(nèi)，認(rèn)為液貨泵的流量基本不變，該流量由上一個(gè)時(shí)間段后的邊界條件來確定，并為下一時(shí)間段構(gòu)造邊界條件．如此整個(gè)裝卸作業(yè)由有限個(gè)準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)過程組成．兩船各艙裝卸量可通過各時(shí)間段流量的疊加計(jì)算得到．由此可得每個(gè)計(jì)算時(shí)間段內(nèi)各管元流量，然后根據(jù)壓降和溫升方程以及管網(wǎng)結(jié)構(gòu)，推算裝卸系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)的壓力和溫度．

2 作業(yè)仿真結(jié)果分析

根據(jù)FLNG裝卸載系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)特性參數(shù)計(jì)算流程，應(yīng)用相關(guān)公式和數(shù)據(jù)進(jìn)行編程計(jì)算，可得每一個(gè)時(shí)間點(diǎn)上FLNG和LNGC各艙液貨泵的流量、管網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)的壓力和溫度．

2.1 管元流量

采用管元流量法，根據(jù)流量平衡約束和壓力平衡約束，結(jié)合液貨泵的工況及邊界條件，可確定FLNG和LNGC各艙液貨泵流量的時(shí)歷變化，如圖3所示．

圖3 各艙流量的時(shí)歷曲線Fig.3 Time-history curves of the cabin fluxes

從圖3可以看出，當(dāng)FLNG裝卸貨進(jìn)行到5.5,h左右時(shí)，LNGC 2、3號艙完成裝載，其余艙和FLNG各艙流量均出現(xiàn)波動(dòng)．當(dāng)FLNG裝卸貨進(jìn)行到6.5,h左右時(shí)，F(xiàn)LNG 2、3號艙完成卸載，LNGC 1、4號艙完成裝載，其余各艙的流量均有所增減．當(dāng)FLNG裝卸貨進(jìn)行到7,h左右時(shí)，F(xiàn)LNG 1、4號艙完成卸載，之后約在7.35,h時(shí)完成整個(gè)裝卸過程．在裝卸過程中各艙流量會(huì)出現(xiàn)波動(dòng)，這是由于當(dāng)LNGC部分艙裝載完成時(shí)，部分管路流量增加導(dǎo)致裝卸系統(tǒng)管網(wǎng)阻力增加，F(xiàn)LNG艙所需提供的泵壓增加，流量降低，而LNGC其余艙由于總流量的分配數(shù)額減少而流量有所增加．當(dāng)FLNG部分艙卸載完成時(shí)，部分管路流量減少裝卸系統(tǒng)管網(wǎng)阻力降低，所提供的泵壓減小，流量增加，而LNGC各艙由于總流量的減少而流量相應(yīng)降低．

2.2 節(jié)點(diǎn)壓力

在已知裝卸管網(wǎng)各管元流量的情況下，可通過動(dòng)量方程和泵出口壓力公式，結(jié)合相應(yīng)邊界條件，計(jì)算FLNG裝卸管網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)壓力分布隨時(shí)間的變化關(guān)系，如圖4所示．

圖4 FLNG裝卸管網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)壓力分布Fig.4Pressure of nodes of the FLNG offloading pipe network

從圖4可以看出，對于FLNG裝卸第1階段，F(xiàn)LNG管網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)壓力隨時(shí)間的增加變化不大．各艙管元節(jié)點(diǎn)的壓力分布趨勢相同，且壓力在FLNG管網(wǎng)出口節(jié)點(diǎn)處達(dá)到最小值，這與節(jié)點(diǎn)壓力沿管路的變化趨勢完全相符．對于FLNG裝卸第2階段，在FLNG各艙均未空載之前，節(jié)點(diǎn)壓力分布狀況基本與第1階段相同．當(dāng)FLNG 2、3號艙空載時(shí)，由于部分管路流量降低，導(dǎo)致管網(wǎng)阻力降低，使得FLNG裝卸部分的節(jié)點(diǎn)壓力具有明顯的增幅．當(dāng)FLNG 1、4號艙空載時(shí)，由于5號艙流量急劇增加，液貨泵所提供的壓力降低，F(xiàn)LNG裝卸部分的節(jié)點(diǎn)壓力也相應(yīng)有所降低．

2.3 節(jié)點(diǎn)溫度

通過裝卸管路保冷層厚度的分析，結(jié)合管元溫升方程和液艙儲(chǔ)存情況，可計(jì)算各管元的冷損失量．根據(jù)裝卸管網(wǎng)結(jié)構(gòu)，可得FLNG裝卸管網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)溫度分布情況如圖5所示．

圖5 FLNG裝卸管網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)溫度分布Fig.5 Temperature of nodes of the FLNG offloading pipe network

從圖5可以看出，對于FLNG裝卸第1階段，F(xiàn)LNG管網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)溫度隨時(shí)間的增加而變化不大．各艙管元節(jié)點(diǎn)的溫度分布趨勢相同，且溫度在FLNG管網(wǎng)出口節(jié)點(diǎn)處達(dá)到最大值，這與節(jié)點(diǎn)溫度沿管路的變化趨勢完全相符．對于FLNG裝卸第2階段，在FLNG各艙均未空載之前，節(jié)點(diǎn)溫度分布狀況基本與第1階段相同．當(dāng)FLNG 2、3號艙空載時(shí)，由于部分管路流量降低，使得FLNG裝卸部分的節(jié)點(diǎn)溫度有所增加．當(dāng)FLNG 1、4號艙空載時(shí)，由于5號艙流量急劇增加，F(xiàn)LNG裝卸部分的節(jié)點(diǎn)溫度也相應(yīng)有所增加．

2.4 BOG質(zhì)量

蒸發(fā)氣體(BOG)質(zhì)量是衡量低溫液貨卸載的一個(gè)重要指標(biāo)．BOG質(zhì)量越小，則其卸載效果越好且經(jīng)濟(jì)性越高．根據(jù)蒸發(fā)氣量計(jì)算公式和LNG進(jìn)入艙內(nèi)前后的焓變，可得LNGC各艙BOG質(zhì)量流量及其占LNG質(zhì)量流量的百分?jǐn)?shù)w如圖6所示．

圖6 LNGC各艙BOG質(zhì)量的時(shí)歷曲線Fig.6Time-history curves of the mass of BOG of the LNGG cabin

通過限定內(nèi)部介質(zhì)溫升方程的計(jì)算可知，LNGC各艙BOG質(zhì)量流量隨時(shí)間的變化曲線類似于各艙LNG流量時(shí)變曲線，說明此模型中LNGC各艙流量對BOG的影響占主導(dǎo)地位，其焓變對BOG的產(chǎn)生影響較?。捎贐OG不僅關(guān)系到FLNG裝卸的經(jīng)濟(jì)性，還關(guān)系到兩船液艙蒸氣的壓力控制，故研究LNGC各艙BOG質(zhì)量流量占LNG總質(zhì)量流量的百分?jǐn)?shù)w的時(shí)變曲線．從圖6(b)可以看出，LNGC各艙BOG質(zhì)量流量百分?jǐn)?shù)均在0.21%以下．進(jìn)一步計(jì)算的結(jié)果表明，在整個(gè)FLNG裝卸作業(yè)中，總共產(chǎn)生BOG的質(zhì)量為106.14,t，約占總裝卸量的0.16%．

3 結(jié) 語

FLNG裝卸載系統(tǒng)主要包括液貨艙、液貨泵和裝卸貨管網(wǎng)3個(gè)部分．建立該系統(tǒng)模型并確定約束條件，由此根據(jù)管網(wǎng)分析和迭代方法求解整體水力方程，可以得到各管元流量和節(jié)點(diǎn)壓力，并應(yīng)用傳熱學(xué)理論計(jì)算各節(jié)點(diǎn)溫度．結(jié)合邊界條件的變化，將此瞬時(shí)裝卸工況的求解方法推廣至整個(gè)裝卸載過程，由此可確定LNG傳輸過程中流動(dòng)特性參數(shù)的時(shí)歷變化關(guān)系，從而研究LNG傳輸?shù)陌踩院徒?jīng)濟(jì)性．通過對FLNG裝卸管網(wǎng)各管元流量、節(jié)點(diǎn)壓力和溫度分布的分析可知，該模型的計(jì)算結(jié)果無論是數(shù)值的大小，還是沿管路的變化趨勢都較為合理，與實(shí)際裝卸過程基本符合，說明該計(jì)算方法對FLNG裝卸載系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)特性參數(shù)的研究具有一定的可行性和準(zhǔn)確性．

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(責(zé)任編輯：趙艷靜)

Operation Simulation of FLNG Offloading System

Yu Jianxing，Li Yan，Ma Weilin，Liu Yuan，Lin Qiuya
(State Key Laboratory of Hydraulic Engineering Simulation and Safety，Tianjin University，Tianjin 300072，China)

The offloading system of floating LNG(FLNG)production storage and offloading is an important part of offshore LNG production chains. Because of the particularity of operating environment and conveying material，the traditional way cannot meet the requirements of transporting of liquid and offloading on dock. For studying the influence of the changes in fluid temperature on the state of LNG flow within the pipe network，the calculation flow of the risk characteristic parameters of FLNG offloading system is determined and programmed with correlative formula and data. The liquid pump flow of the tanks，the pressures and temperatures of each node in the network(single time node)are obtained. Then this instantaneous-condition calculation method is extended to the whole process of loading and unloading，and the calendar relationship of the flow characteristic parameters during the LNG transit is confirmed. The results of the model are in accordance with those of the real processes of loading and unloading，which shows that this computing method is feasible and accurate inthe research of the risk characteristic parameters of FLNG offloading system.

floating LNG production storage and offloading；offloading system；risk characteristic parameters；operation simulation

TE88

A

0493-2137(2014)02-0124-07

10.11784/tdxbz201212031

2012-12-14；修回日期：2013-08-20.

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51239008)；國家科技重大專項(xiàng)資助項(xiàng)目(2011ZX05026-006)；上海交通大學(xué)海洋工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究基金資助項(xiàng)目.

余建星（1958— ），男，教授，yjx2000@tju.edu.cn.

馬維林，maweilinfreedom@163.com．