臨時電站在海上設施的應用與探討

彭 彬 劉瑜珩

（中海油能源發展采油服務公司曹妃甸FPSO作業公司 天津 300457）

臨時電站在海上設施的應用與探討

彭 彬 劉瑜珩

（中海油能源發展采油服務公司曹妃甸FPSO作業公司 天津 300457）

本文簡述了臨時電力系統在海洋石油渤海曹妃甸油田的應用，從發電機組的選型，設備、電纜的選用，海上設施現場的安裝調試等幾個方面介紹了過往幾年中的一些經驗和教訓。同時在現場的設備安全管理方面展開了一定程度的探討，希望能為油田今后的類似作業提供參考，也可供其它海洋石油設施的開發生產提供借鑒。

海上設施；發電機組；臨時電站

引言

海洋石油工業作為一個分秒必爭的行業，整個生產系統的在線時率是評價一個油田開發生產效率的關鍵指標之一。因此我們海上油氣生產的主要任務就是在保證安全的前提下，克服地質油藏、天氣海況、設備設施等各種客觀條件的影響，盡可能地保持生產系統正常運轉從而達到降低成本、提高收益。

電力系統作為一個海上油氣生產設施的心臟，為所有的電氣設備提供動力，對它我們除了做好日常的維保工作之外也應該做好一旦失去主電力系統情況下的應急方案。當油田主發、配電系統出現短期內難以恢復的故障時，組織建立起一套獨立的臨時電力系統就是最迅速、有效且經濟的應對辦法之一。下面就以渤海曹妃甸油田為例，探討我們在過去幾年FPSO的主電力系統出現問題的情況下，是如何通過在各個井口平臺安裝臨時電站最大限度地保證原油和天然氣生產的。

1 臨時電站的應用

曹妃甸油田的主電力系統采用了目前國內外主流的設計方式，只在主力的綜合生產處理設施海洋石油112FPSO上建立一個主電站，電站除了為本設施供電外還為周邊功能相對簡單的集輸和井口平臺供電。然而這種設計的問題是一旦油田最核心的電力系統出現問題，就會嚴重影響油田的正常油氣生產。比較典型的情況是自2007年4月以來，海洋石油112的單點電滑環數次燒毀導致各平臺的主電力系統無法正常供電，直接影響油田的原油日產量在滑環故障期間僅有正常生產時期的一半左右，而且更大的問題是故障滑環維修期間平臺就無法依靠主電生產了。因此如何在最短時間內建立起一套臨時電力系統給平臺供電保證生產就成了迫在眉睫的問題。

首先是臨時發電機組的選擇，在相對特殊的海洋石油環境建立臨時電站，選擇哪種類型的發電機組必須考慮它自身的特點。海上油氣生產設施的電力負荷容量較大且波動大，平臺的空間有限且海洋環境相對惡劣，可供選擇的燃料也比較單一，在常見的發電機組中柴油發電機組的許多優勢在這里就體現出來了。柴油發電機組是一個復雜的系統，一般由發動機（提供動能）、發電機（產生電流）、控制系統和電力分配系統組成，具有單機容量較大，使用范圍廣、熱效率高、燃油消耗低、啟動迅速，故障率低，維修技術成熟。通過集裝箱化的組裝方式能夠實現節省空間、占地較小，而且所使用的燃料—柴油易于在海上平臺獲取且方便保存。

1.1 發電機組的選型與配屬

選定了柴油發電機后，我們就開始根據平臺自身的實際情況，考慮各個負載的類型、容量、使用頻率等因素有針對性地配屬相應型號和臺數。平考慮選用臨時發電機組時主要應該考慮的因素主要包括機械與電氣性能、機組的用途、負荷的容量與變化范圍、機組的使用環境條件（包括海拔高度、氣候條件、噪聲）、自動化功能等。

平臺低壓盤按負載類型能夠分成兩類，一個是公用電力系統，其對應臨時發電機的選擇基本可以參照平臺應急發電機的性能參數，而另一類也是占絕大部分負載的就是平臺油井電泵的供電系統，一般宜選用容量適合的無刷勵磁400V/50Hz高速增壓柴油發電機組。對于容量的確定，作為長時間運轉的發電機組，負荷曲線變化較大，機組容量、臺數、型式的選擇及機組的進行控制方式都應考慮變頻電潛泵負載的特殊性。柴油機持續運行的輸出功率，一般為標定功率的0.9倍，而最佳經濟運行狀態是在標定功率的75%-90%之間，再綜合考慮井口平臺所采用的變頻電潛泵負載波動較大且產生的諧波嚴重，我們選用的單臺發電機組容量應該為對應配電盤下常用負載的1.5倍左右。同樣考慮到多臺電潛泵負載所產生的諧波有可能疊加造成更大的影響，我們應該選用帶隔離變壓器的電子調速設備。同時，還應考慮發電機整撬布置應該盡可能緊湊，外形尺寸適合在相應的平臺甲板上擺放。

1.2 臨時電站的安裝與調試

臨時電站的發電機組在陸地準備就位后應在送出碼頭之前組織相關專業工程師進行檢查，內容包括：設備是否符合在海上危險區或者安全區使用，外形尺寸是否符合要求，確保所有安全系統，超速裝置和索具保護裝置有效，備件、耗材齊全，操作維護人員具備相應的能力。此外，對所有發電機組還應做測試，如有條件的話最好完成滿載性能測試以確保設備到達海上設施后立即可用且滿足要求。發電機組吊裝前，應充分考慮碼頭及平臺吊車的吊裝能力，如有必要應將油箱、水箱、排煙管等附件拆除，機油、冷卻液、柴油放空，保證發電機撬塊質量在吊車的起重能力以內。

海上跟部門根據提前得到的發電機信息計劃好各臺機組的擺放位置、朝向，電纜鋪設的路由，相關附屬設備、油罐的分布等，發電機到達海上設施后即開始就位和安裝工作。對所有第三方設備首先是確認陸地檢查的清單，然后按照程序進行電器和防爆電器設備的專項檢查，檢查通過后才能開始發電機的安裝，完成安裝后開始試機前應確認設備至少兩個接地點連接完好。

發電機組的擺放應充分考慮整體重量，安裝在主甲板上有大梁或者是支撐立柱的位置，確保整撬和單位面積質量都在平臺甲板的荷載范圍內。擺放朝向的確認主要是根據在發電機冷卻器的進出風方向、平臺的季節性常風向來確保發電機組的冷卻系統工作在合適的環境。尤其是在大風情況下，我們遇到過冷卻器出風方向頂風而造成風阻過大導致冷卻效果不佳，發電機防凍液高溫報警的情況，這時我們立即組織用腳手架和帆布搭建擋風墻臨時解決了這一問題，避免了停電停產，但是如果在初期位置和朝向選擇有充分考慮就可以避免問題的產生。由于柴油機運轉起來振動較大且同時運轉數臺發電機組有產生共振的可能，對發電機組自身和平臺其他設備都是個潛在隱患，所以建議機組撬塊裝配上防震緩沖塊。

主動力電纜的鋪設和連接占據了臨時電站海上安裝的大部分工作量，我們通常的做法是將平臺主電高壓配電盤去每個低壓電潛泵配電盤的VCB脫開，斷開主電后直接將臨時發電機的動力電纜連進各電潛泵盤的進線開關上口母排，這樣既保持了原有設計的各級保護又能保證系統在最短時間內接入。動力電纜的選擇方面，我們的經驗120mm2的三相交聯聚乙烯鎧裝電力電纜是最合適的，一般6至8根并聯能夠滿足負載容量的要求，彎曲度也可以保證鋪設路徑和兩端母排連接的需要。電纜鋪設的路徑根據發電機和對應低壓盤母排的位置，盡量避開平臺的固定設備和逃生路線選擇最短的路線。鋪設應該按照海上電氣規范，可以采用腳手架搭建臨時電纜橋架再覆蓋上木板保護，并排平鋪并固定以避免發熱，不允許過度彎曲和交叉。發電機電纜接線作業之前應嚴格按照海上作業規范，根據容量計算應該配接的電纜數量，做好雙向隔離措施（發電機配電柜開關隔離，低壓配電盤開關隔離）并掛牌，以防觸電及電力返送損壞設備的事故。連接電纜時母排上的螺栓應按照規范扭矩緊固，防止連接松動造成局部溫度過高甚至引發事故。

圖1 臨時配電系統示意圖

附屬設備的安裝，主要是臨時柴油罐的擺放應該遠離熱源，方便加油作業，同時要求柴油罐本身帶有呼吸閥、液位指示和底部排放等裝置。另外還有的發電機組是并車運行，并車盤的擺放也應充分考慮最佳電纜路徑的選擇，與發電機的相對位置和距離要保證控制回路和動力電纜的合理鋪設。再有就是通過引入來自平臺中控系統的2B級關停信號連接到發電機的緊急停車回路上，把臨時電站納入到整個平臺的安全保護系統之中。

待所有設備現場安裝完畢并檢查無誤后就可以開始發電機組的空載測試，測試之前應該將所屬平臺火氣探測區域的煙霧和可燃氣探頭暫時屏蔽，因為柴油機冷車啟動初期的燃燒效果普遍不太好，排出的濃煙可能導致部分火氣探頭的誤報警。測試至少持續20分鐘，期間平臺人員應確認發電機油、水、電等各項運行狀態正常，然后可以利用從中控引入的關停信號停止發電機運轉以完成功能測試。

圖2 緊急關停信號連接示意圖

2 臨時電站的安全管理

施工作業的安全管理一直是海上油氣生產作業的重中之重，對于臨時電站的應用和管理也是一樣，安全是所有工作開展的前提。一套完整的《臨時發電機安裝運維管理程序》是整個工作開展的指導，完善各種工作規章制度以幫助現場各專業各崗位有序地開展工作，明確責任到人、到崗位以確保完成的效率和質量。

2.1 臨時電站的現場維護

臨時電站現場的維護管理首先是對維護人員的管理，確認承包商操作人員是有資質的且符合中海油海上作業基本要求，然后根據廠家提供的設備操作資料和生產操作方的經驗制定具有可執行性的日常操作、巡檢、故障維修和定期保養的制度。

我們制定并逐步完善了一些必要的文檔和表格來幫助現場保質保量地執行一些具體工作，比如“發電機信息和狀態跟蹤表”能夠幫助陸地和海上相關管理人員對發電機的性能參數的跟蹤、緊急情況下的調配甚至通過一段時間的跟蹤分析可以評估發電機的工作狀態并以此作為設備停機維修或保養的依據。另外還有“發電機點檢表”，根據每個品牌、型號的發電機不同細化制定針對每一臺發電機的點檢表，幫助承包商維護人員和海上一線操作工更加準確地監控發電機狀態，分析一些故障可能的產生原因和解決辦法。“柴油消耗和備品備件跟蹤表”能夠更好地幫助和督促發電機維護人員做好發電機組的耗材跟蹤和計劃性保養工作。再有就是“低壓電潛泵配電盤狀態信息表”，我們提前和地質油藏部門溝通，根據每個配電盤的容量、正常運行時的負載和每口油井的配產、能耗、日產量等等信息來確定每個低壓盤甚至是每口油井的啟停優先級，特別是在緊急情況下這能非常大地提高現場設備和生產的管理效率。所有這些表格都有明確的負責人或者崗位，現場領班和監督需要每天檢查，陸地相關工程師和領導也會定期查看。此外，我們還有“發電機操作人員日常工作制度”，對操作人員自身和各種相關工作程序、注意事項都有詳細的要求。這樣明確的制度和責任分工確保了臨時電站在海上設施的高效、安全運行。

2.2 柴油加注和轉運的管理

不論是從工作船往平臺裝載柴油還是給各個發電機組加注柴油，我們的原則都是盡量使用原有平臺的固定設備和流程操作。但是由于臨時電站的柴油消耗量很大，超過了平臺固定柴油罐的常規設計，而且考慮到極端天氣的影響，我們不得不到一定數量的臨時油罐。對于臨時柴油罐，前面提到過必需使用符合要求的罐體，臨時連接的加注和打油管線也應該優化流程，排除各種跑冒滴漏的隱患。

給發電機加注柴油時，操作人員一定要和中控密切配合，做到溝通暢通、全程現場有人監護。因為平臺的固定柴油罐的入口基本都是在頂部，所以要避免從工作船裝載柴油的同時給發電機加油，以防罐底的沉積污物進入發電機燃油管路。而發電機的供油路也最好選擇雙聯濾器一用一備，這樣即使在濾器堵塞的情況下也能夠切換到另外一路實現在線更換濾芯，從而提高設備和油井的在線率。

2.3 現場安全管理

現場作業過程和環境的安全管理是整個系統能夠穩定、安全運行的關鍵，我們嚴格安裝海上作業的各種程序、制度和要求控制現場的每一個環節。臨時發電機的安裝調試和運行維保我們都聯合陸地、海上還有承包商做了專項的作業風險分析，并通過班前會的形式將安全隱患和控制措施都灌輸到每一個參與人員的思維里。在發電機維護人員按照制度操作、點檢的基礎上，平臺的各部門也都加強了巡檢和監督，專職安全員更是參與到每一個作業細節嚴格把關。我們還專門制定了專項的“隱患排記錄表”，隨時發現問題立即整改，并且長期跟蹤。

2.4 應急反應體系

因為是非常規的高風險復雜作業，所以我們特別針對臨時電站在海上油田設施的使用單獨建立了一套應急反應體系，設立了作業公司陸地應急小組和海上油田應急響應小組以及一個陸地支持小組。各小組之間有明確的應急事件匯報和處理流程，與有限公司應急指揮中心也建立了溝通匯報的渠道，爭取一旦出現特殊應急情況能夠充分調動各種資源高效反應。同時也制定了相關的應急預案和應急演習計劃，并且周期性組織演習，演習之后還要進行總結和記錄。

結語

曹妃甸油田由于其單點電滑環的問題在過去近十年里多次碰到電力系統的瓶頸，我們也在歷次組織井口平臺臨時電站保障海上油氣設施的生產和生活用電的作業過程中也收獲了不少經驗和教訓。

由于單點高壓電滑環的特殊性，我們最長的一次恢復時間甚至長達近四個月，但是我們認真對待、潛心研究每一次問題、每一個故障，相應的應對策略和解決方案都有了長足的改善。以2013年我們恢復最快的一次為例：3月17日凌晨單點高壓電滑環故障，油田電力僅由唯一的一組滑環TR-9002支撐，勉強能維持油礦3238方左右日產量，我們通過在3各井口平臺建立臨時電站提高整個油田的日產量到5000方以上。直至4月3日三組滑環維修完成，我們僅用17天時間就恢復全油田供電，這期間提升原油產量約為32486.3方，折合人民約1.39億元，而整個作業支出的設備租賃、安裝運維、電纜采購和柴油消耗費用等總共只有不到1150萬元，這還不考慮其在滑環維修期間對平臺公用電力系統的貢獻。在這里把我們歷次的作業過程中的一些心得、不足都分享出來與大家探討，希望能給其它油田或者設施在生產開發期間遇到類似問題是提供參考，亦可在新設施的設計建造過程中予以借鑒，不當之處歡迎指正。

[1]GB3836.1-4-83《爆炸性環境用電器防爆設備》