气凝胶绝热材料助力海洋油气开发

2022-06-16 12:57
2022年6月8日是第十四个“世界海洋日”,其主题是“保护海洋生态系统,人与自然和谐共生”。
地球上71%的面积被海洋占据,海洋之下还蕴含着大量的石油、天然气、可燃冰资源,在陆地油气资源日益枯竭的今天,海洋油气资源的开发前景极为广阔。
从海洋开采油气与陆地相比,工艺大体相当,但实施的难度却大得多。油气经过采集、初步加工处理、短时间储存后再装船运输或经海底管道输送,这一整套过程是通过海洋工程平台、浮式储油和卸油工程船(FSPO)或海底油气沉管等完成的,称为海洋油气集输工程。
平台是离岸油气开采的核心装备,是进行采油采气、油气分离净化、简单加工、储存的主要装备,FSPO是负责运输油气的专用装备。海洋工程平台和FPSO上的装备需要满足陆地油气开采和储运的一切功能,包括水处理和循环利用、蒸汽生产和输送、蒸汽伴热和电伴热、放空燃烧火炬、甚至天然气压缩储存设备等一应俱全,可谓“麻雀虽小、五脏俱全”。而在海洋工程平台和FPSO上的空间极其有限,设备布置必须非常紧凑;而油气的开采和储存面临高温或深冷环境,必要的绝热层厚度势必占用已经很有限的空间,因此导热系数低、轻薄省空间的绝热材料需求迫切,气凝胶材料是最佳选择
海洋环境是高湿度、高盐雾、高风力的,传统的无机纤维绝热材料的使用寿命大打折扣;传统绝热材料甚至要使用直升飞机运输,狭小的空间不利于绝热材料替换施工,海洋工程装备的绝热材料维护和更换成本会比陆地上高几倍,需要选用更耐久、更长寿的绝热材料。同时气凝胶绝热材料完全不含任何腐蚀性元素,是非常适合海洋工程装备的完美绝热材料。

图片

海底沉管是将海洋中开采的油气从海底向陆地输送的管道。原油的储运需要防止石蜡凝固造成原油分层变质,原油的储存和运输温度都要保持在石蜡的凝固温度以上。管道的温度明显高于周围的海水和海底砂石,管道散热还会造成原油的粘度升高,流速变慢,严重的可能造成管道堵塞。一般海底油气管道的输送距离都超出15公里,蒸汽伴热不能维持这么长的输送距离,所以,海底油气管道都配有自限温电伴热带。
海底油气沉管保温是气凝胶材料的主要应用场景之一。首先,通过电伴热转化来的热能成本是比较高的使用气凝胶绝热材料能将管道与海水的接触面积降到非常小,并最大限度的控制热损失。其次,沉管的绝热层在海底会面临管道震动、海流冲击的力学破坏等极端环境,抗冲击、耐挤压的柔性绝热材料更适合海底工况。因此综合长寿命、防腐蚀、憎水性等特殊要求,气凝胶绝热材料相较其他绝热材料优势显著。 图片
在国家“十四五”高质量发展和“双碳”目标驱动下,气凝胶绝热节能技术定将成为海洋工程领域提升热能利用效率、降低海洋油气综合采运成本的非常重要技术。