Плавучий завод FLNG «Prelude»
В настоящее время разрабатываются крупные месторождения газа в Северном и Баренцевом морях, в Мексиканском заливе, у побережья Сахалина, Австралии, Малайзии, Индонезии.
Строительство заводов по сжижению газа морских месторождений требует огромных затрат для прокладки морских трубопроводов для транспортировки газа на переработку. Это становится нерентабельным в случае разработки малых газовых месторождений шельфа в силу их удаленности от берега. Для таких месторождений крупными компаниями-разработчиками были предложены плавучие заводы-хранилища сжиженного природного газа (СПГ — LNG), так называемые FLNG (Floating Liquified Natural Gas). Возможно использование таких судов и для переработки LPG (liquefied petroleum gas — сжиженный нефтяной газ) и газового конденсата.
Плавучий завод сжиженного природного газа представляет собой судно с функциями добывающей морской платформы, на борту которого размещены установки подготовки, очистки и осушки газа, технологические линии для его разделения и сжижения, танки для хранения СПГ. Завод оснащается системой отгрузки сжиженного газа на суда-газовозы.
FLNG располагается над месторождением газа, что позволяет избежать необходимости строительства длинных подводных трубопроводов, и может оставаться на месте до полного истощения месторождения. Поэтому очень важно, чтобы завод был устойчив ко всем неблагоприятным погодным явлениям, а в крайнем случае должна существовать возможность перемещения его в безопасное место.
Первым таким судном-заводом стал PFLNG Satu компании Petronas, установленный на газовом месторождении Kanowit у побережья Саравака в Малайзии. Первая продукция плавзавода была отгружена 3 апреля 2017 года на газовоз Seri Camellia грузовместимостью 150 200 м³.
С середины 1990-х годов компания Royal Dutch Shell начала разрабатывать собственную технологию FLNG с намерением использовать ее для эксплуатации потенциальных газовых месторождений у побережья Намибии, Восточного Тимора, Австралии и Нигерии.
В 2010 году для реализации проекта FLNG был создан консорциум с участием Royal Dutch Shell (67,5%), южнокорейской компании Korea Gas Corporation (10%), японской Inpex (17,5%) и тайваньской CPC Corporation (5%). Стоимость проекта оценивалась в 14 млрд долларов, его планировалось использовать для эксплуатации месторождений Prelude и Concerto, расположенных в 200 км к северу от Австралии. Запасы месторождений оцениваются в 85 млрд м³.
Для проектирования данного FLNG, получившего название “Prelude”, в марте 2010 года был заключен контракт с консорциумом TSC (Technip и Samsung Heavy Industries), а в мае следующего года и контракт на его постройку. Строительство судна велось на верфи Samsung Heavy Industries, расположенной в Кодже (Geoje, Южная Корея). Тем временем в Австралии буровая платформа Noble Clyde Boudreaux осуществляла бурение семи добывающих скважин.
Резку стали для нового судна начали в октябре 2012 года, торжественная закладка киля состоялась 8 мая следующего года, спуск на воду — в декабре 2013 года. Строительство судна закончилось в июле 2017 года. 25 июля, совершив переход протяженностью более 3130 морских миль, «Prelude» прибыл в район газового месторождения.
Вывод «Prelude» из сухого дока
Внешний вид «Prelude»
В начале ноября 2018 года закончился монтаж подводной инфраструктуры на глубине 250 метров в районе работы «Prelude». В дно вбили 16 изготовленных в Малайзии стальных трубчатых свай диаметром 5,5 и длиной 65 м, на которые с судна завели шестнадцать тросово-цепных швартовов. Швартовы в свою очередь закреплены к огромной “Turret Mooring System” (TMS) — размещенной в носовой части судна турели диаметром около 30, высотой 94 метра и весом 11 000 тонн, позволяющей судну вращаться вокруг нее на 360º. Согласно расчетам, эта система может противостоять возможному только раз в 10 000 лет урагану, превышающему категорию 5 по шкале Saffir–Simpson hurricane wind scale (SSHWS) — скорости ветра 178 узлов (92 м/сек) при высоте волны до 27.5 м.
К TMS подводятся также гибкие трубопроводы для приема газа (диаметром 305 мм) и конденсата из скважин, забора забортной воды для охлаждения оборудования FLNG и шланги и кабели подачи силовой гидравлики и электропитания для управления подводным оборудованием.
Расположение Turret Mooring System
Турель и причальное устройство
26 декабря 2018 года плавучий завод начал свою работу, а 11 июня 2019 года газовоз “Valencia Knutsen” принял первый груз сжиженного газа. Предполагается, что «Prelude» будет находится в районе промысла 20-25 лет, после чего будет отбуксирован для постановки в док с последующим техническим обслуживанием.
Основные технические характеристики FLNG «Prelude»
Длина наибольшая, м — 488,2
Ширина, м — 70,4
Осадка, м — 19,0
Высота борта, м — 43,0
Высота судна от киля до топа мачты для сжигания газа, м — 184,0
Вместимость, БРТ — 300 000
Водоизмещение, т — 600 000
Мощность движительно-рулевых колонок Rolls-Royce USL 455, кВт (л.с.) — 3 х 5200 (7065)
Численность экипажа, чел. — 220–260 (две смены по 110–130 человек)
Шлюпочное устройство:
6 свободнопадающих спасательных шлюпок вместимостью по 70 чел.
Номер IMO — 9648714.
FLNG Prelude может производить ежегодно 3,6 млн т LNG, 1,3 млн т конденсата и до 0,4 млн т LPG, а его танки рассчитаны на хранение 436 000 м³ жидких грузов, в том числе:
• сжиженного природного газа (LNG) — 220 000 м³;
• стабильного газового конденсата — 126 000 м³;
• сжиженного нефтяного газа (LPG) — 90 000 м³.
Для позиционирования судна относительно ветра и при швартовке судов-газовозов служат три расположенных в корме электроприводные винторулевые колонки (ВДРК) фирмы Rolls-Royce. Их особенностью является возможность ремонта и техобслуживания без постановки судна в док — ВДРК поднимаются наверх через специальные шахты в корпусе судна.
Судно плавает под австралийским флагом, порт приписки — Мельбурн. Владелец — Shell Development Australia — Perth, Australia.
Интересно отметить, что в средствах массовой информации постоянно утверждается, что FLNG Prelude является «самым большим судном в истории». Но это далеко не так — судно-трубоукладчик «Pioneering Spirit» намного больше, его водоизмещение составляет около 1 000 000 тонн против «жалких» 600 000 т у «Prelude».
Демонстрация огромных размеров «Prelude» — виртуальное расположение судна на Темзе
Особенностью этого FLNG является то, что для привода судовых генераторов и компрессоров системы сжижения газа используются не газовые, а паровые турбины, что, по мнению проектантов, дает ряд преимуществ. Их снабжают семь котлов японской фирмы Kawasaki Heavy Industries (KHI) производительностью по 220 т/час перегретого пара каждый, работающих на природном газе.
Расположение парогенераторной установки
Для снабжения FLNG Prelude электроэнергией служат 3 паротурбогенератора 9EH-13 фирмы Mitsubishi (MHI) мощностью по 40 мегаватт каждый.
Основные данные системы сжижения газа
Проект технологической линии основан на технологии двойного смешанного хладагента Shell DMR (Double Mixed Refrigerant). Первое применение данной технологии было успешно реализовано компанией Shell в России при строительстве и эксплуатации Сахалинского завода СПГ в Пригородном. Завод находится в эксплуатации с 2009 года.
Сжижение газа по технологии Shell DMR
Принцип работы DMR показан на рисунке. Хладагент цикла предварительного охлаждения (СХА-1) представляет собой смесь этана и пропана с добавлением небольших количеств метана и бутана. Хладагент СХА-1 сжимается в двухступенчатом компрессоре КЗ и поступает в трубный пучок теплообменника Т1.
На выходе из теплообменника Т1 СХА-1 разделяется на два потока. Первый поток дросселируется в устройстве Д5 и направляется в межтрубное пространство теплообменника Т1 для охлаждения потоков, поднимающихся по трубным пучкам. Второй поток направляется в теплообменник Т2 для дальнейшего охлаждения, дросселирования в устройстве Д4 и образования потока охлаждения теплообменника Т2.
Выходящие из нижней части теплообменников Т1 и Т2 потоки газа направляются в компрессор КЗ. Очищенный природный газ и смешанный хладагент основного цикла сжижения (СХА-2) охлаждаются в цикле предварительного охлаждения до -50°С/-80ºС, проходя последовательно снизу вверх по трубным пучкам теплообменников Т1 и Т2.
СХА-2, состоящий преимущественно из метана и этана с добавлением некоторого количества пропана и азота, охлаждается в теплообменнике Т1 и частично конденсируется в теплообменнике Т2, после чего разделяется в сепараторе С1 и двумя потоками — жидким и газовым — поступает снизу в трубные пучки основного криогенного теплообменника ТЗ.
Хладагент основного цикла сжижения, выйдя из нижней части теплообменника ТЗ, подается на всасывание в двухступенчатый компрессор К1, 2, где сжимается, охлаждается и возвращается в теплообменник Т1. В основном криогенном теплообменнике ТЗ природный газ при движении по трубным пучкам снизу вверх сжижается и переохлаждается до температуры -162°С. После основного криогенного теплообменника сжатый и сжиженный газ расширяется в устройстве Д1 до 0,12-0,13 Мпа и направляется в танки для хранения. Для увеличения эффективности и для уменьшения эффекта плескания от волнения на море сжижение проходит под давлением 90 бар. FLNG “Prelude” оборудован тремя линиями сжижения газа.
Хладагенты передают полученную от сырьевого газа теплоту морской воде. Подача охлаждающей забортной воды (56 000 м³/час) для системы сжижения газа производится с глубины 150 м с помощью райзеров (Water intake risers), что обеспечивает ее достаточно низкую (10ºС) и постоянную температуру и повышает эффективность технологического процесса. Для предотвращения обрастания системы забортной воды морскими организмами в нее подается раствор гипохлорида натрия.
Water intake risers
Расположение установки для сжижения газа
Для выгрузки сжиженных газов на суда-газовозы служат семь (три для LPG и четыре для LNG) стабилизированных в вертикальной плоскости для компенсации влияния качки специальных устройств. При этом скорость выгрузки составляет 10 000 м³/час.
Схема устройств для передачи сжиженных газов на суда-газовозы
Для обеспечения безопасности работы FLNG «Prelude» вокруг него объявлена зона безопасности радиусом 1500 метров, куда запрещен вход посторонних судов. Аналогичная 500-метровая зона создана и вокруг газовых скважин.
Схема стоянки «Prelude» в районе газопромысла и зоны безопасности (Safety Zones)
Снабжение плавучего завода всем необходимым для непрерывной работы осуществляется из порта Дарвин на севере Австралии многоцелевым судном снабжения плавучих буровых платформ (PSV) “Skandi”. Кроме того, безопасность работы FLNG, включая эвакуацию экипажа и помощь при швартовке к нему судов-газовозов, обеспечивают три судна непосредственной поддержки (ISV) с тяговым усилием на буксире 100 тонн, два из них находятся на позиции постоянно.
Передача сжиженного газа с «Prelude» на суда-газовозы
Персонал FLNG (110–130 человек в смене) работает вахтовым методом по графику 3 недели работа — 4 недели отдых — 3 недели работа — 5 недель отдых, с 12-часовыми сменами без выходных. Для смены персонала и его аварийной эвакуации используются вертолёты типа EC225 “Super Puma”, базирующиеся в Бруме (Broome, штат Западная Австралия), перелёт занимает около 2,5 часов. Судно оснащено двумя взлётно-посадочными площадками.
EC225 "Super Puma"
Для обеспечения FLNG «Prelude» надежной и качественной связью между ним и материком проложен оптоволоконный кабель.
Преодолев «детские» технические проблемы, последствия вспыхнувшего в декабре 2021 года пожара и длительной забастовки обслуживающего персонала, FLNG “Prelude” успешно продолжает выполнять возложенные на него работы.
Источники
1. Barend Pek, Harry van der Velde. A High Capacity Floating LNG Design.
2. Гарри ван дер Велде. Создание первого в мире плавучего комплекса по производству СПГ.
3. В. С. Никитин, Ю. А. Симонов, В. Н. Половинкин. Перспективы развития отечественных арктических морских технологий, связанных со сжиженным природным газом. Арктика: экология и экономика № 2 (30), 2018
4. К.Ю.Горынцева, Р.А. Кемалов. Технологический процесс Duble Mixed Refrigerant.
5. Antonio Pelagotti, Gabriele Mariotti, Carlo Cortese. GE OIL &GAS Turbocompressor trains on first floating LNG plant.
6. Prelude Turret Mooring System
7. s01.static-shell.com/.../final-shell-hook-up-and-commissioning-fact-sheet.pdf
8. Dr. Justin Bukowski, Dr. Yu Nan Liu, Stephen Boccella, Leo Kowalski. .Innovations in Natural Gas Liquefaction Technology for Future LNG plants and Floating LNG Facilities
9. www.shell.com.au/prelude
10. Prelude Floating Liquefied Natural Gas Facility
11. https://www.shell.com/about-us/major-projects/prelude-flng.html
12. Самый большой корабль в мире
13. Prelude FLNG
14. Wikipedia
Информация