深圳分公司海上設(shè)施主發(fā)電機(jī)設(shè)計合理性分析

潘育明

【摘 要】近年來，隨著中海油深圳分公司的開發(fā)和發(fā)展，海上設(shè)施主發(fā)電機(jī)的數(shù)量在不斷增加，為公司的二次跨越和可持續(xù)發(fā)展提供了穩(wěn)定可靠的動力。根據(jù)深圳分公司生產(chǎn)現(xiàn)狀，對比ODP參數(shù)，發(fā)現(xiàn)主發(fā)電機(jī)的機(jī)組利用率和負(fù)荷率均有較大程度的偏低，造成了一定的投資浪費(fèi)和運(yùn)維風(fēng)險。本文通過分析海上設(shè)施主發(fā)電機(jī)總裝機(jī)容量及實(shí)際運(yùn)行需要之間的矛盾，指出新項目設(shè)計階段應(yīng)考慮生產(chǎn)實(shí)際，適當(dāng)調(diào)整主發(fā)電機(jī)的容量設(shè)計系數(shù)，避免類似問題重復(fù)發(fā)生。

【關(guān)鍵詞】裝機(jī)容量；利用率；負(fù)荷率

一、總體情況

本次統(tǒng)計深圳分公司各設(shè)施主發(fā)電機(jī)，未包含部分設(shè)施鉆井模塊自帶的電站，未包含南海盛開號、發(fā)現(xiàn)號上的電站，未包含部分設(shè)施后裝的伴生氣利用微透平電站。

目前深圳分公司海上設(shè)施有各種類型主發(fā)電機(jī)總共70臺，其燃料有原油柴油雙燃料、柴油天然氣雙燃料、以及原油、柴油、天然氣三燃料發(fā)電機(jī)組。功率從1800KW到12200KW不等共10種。

二、歷年總裝機(jī)容量及機(jī)組利用率

海上設(shè)施主柴油機(jī)都是進(jìn)口品牌，其中馬克機(jī)組、卡特機(jī)組和瓦錫蘭機(jī)組占比較大。當(dāng)前實(shí)際運(yùn)行機(jī)組39臺，備用31臺，運(yùn)行臺數(shù)占總臺數(shù)的55.7%。其中分別有1個電站為1用2備，1用3備，2用4備以及3用5備的情況，存在較嚴(yán)重的設(shè)備閑置現(xiàn)象。

把平均日均負(fù)荷與總裝機(jī)容量之比定義為機(jī)組利用率，則深圳分公司2011年至2017年各設(shè)施平均利用率僅為31.7%。單設(shè)施平均利用率最高42.6%，最低為10.5%（電站總?cè)萘坷寐是闆r如圖3所示），總裝機(jī)容量機(jī)組利用率不高。

把電站運(yùn)行單機(jī)負(fù)荷與所運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備的設(shè)計能力之比定義為負(fù)荷率，則深圳分公司當(dāng)前設(shè)施電站平均負(fù)荷率為42.8%，最高58%，最低11%（在用主機(jī)日均負(fù)荷率如圖4所示），所有設(shè)施電站單機(jī)平均日負(fù)荷率都不超過60%。

三、近年投用部分設(shè)施電力負(fù)荷分析

針對深圳分公司海上設(shè)施主發(fā)電機(jī)總裝機(jī)容量利用率不高，日均負(fù)荷率偏低的問題，對近幾年新投產(chǎn)的幾個設(shè)施進(jìn)行電力負(fù)荷分析，找出實(shí)際負(fù)荷率比設(shè)計負(fù)荷率低的主要原因。

（一）番禺XX-A/番禺XX-B平臺：

1.番禺XX-A/ B平臺是番禺油田調(diào)整項目于2012年投用，分別在2個平臺安裝了4臺功率7600KW的MAK機(jī)組，總共8臺機(jī)組的電站通過PMS組網(wǎng)給區(qū)域內(nèi)3個設(shè)施供電。

2.電力負(fù)荷現(xiàn)狀分析

評估期間兩個平臺的實(shí)際負(fù)荷均為設(shè)計負(fù)荷的37.21%，其原因如下：

1）兩個平臺鉆機(jī)處于一般定向鉆井（非大位移高鉆進(jìn)）狀態(tài)，鉆機(jī)負(fù)荷A平臺為計算負(fù)荷的33.31%，B平臺為計算負(fù)荷的49.85%。

2）鉆井期間兩個平臺海水提升泵均為4用1備，實(shí)際功率約為255KW/臺，接近額定功率。而2個平臺的原油外輸泵運(yùn)行功率分別為170KW和150KW，均未達(dá)到額定負(fù)荷；電潛泵負(fù)荷分別只有設(shè)計負(fù)荷的30%和20%；負(fù)荷計算書上兩個平臺都是8臺套氣浮選裝置連續(xù)運(yùn)行，現(xiàn)場實(shí)際都只運(yùn)行3臺套；空壓機(jī)、燃油加熱器、空調(diào)等負(fù)荷設(shè)計時按照連續(xù)運(yùn)行考慮，實(shí)際運(yùn)行工況為間歇運(yùn)行。

3）正常生產(chǎn)時，A平臺和B平臺總共運(yùn)行3臺發(fā)電機(jī)即可滿足電網(wǎng)運(yùn)行需要，因此電站備用機(jī)組達(dá)到了5臺之多。

（二）惠州A平臺：

惠州A平臺于2014年投用，安裝了4臺功率7600KW的卡特彼勒機(jī)組。主電站設(shè)置在惠州A平臺上，其設(shè)計電站容量除了要滿足惠州A平臺正常的生產(chǎn)、生活、鉆井用電外，還要通過一條復(fù)合海底電纜為新建的西江B平臺供電，西江B平臺鉆機(jī)模塊則配置了4800kW柴油發(fā)電機(jī)組滿足其鉆井用電需求。同時考慮周邊潛力開發(fā)，設(shè)計了一定預(yù)留容量。

1.電力負(fù)荷對比

2.電力負(fù)荷現(xiàn)狀分析

評估期惠州A平臺的實(shí)際負(fù)荷為設(shè)計計算負(fù)荷的27.45%，其原因?yàn)楝F(xiàn)階段沒有鉆井作業(yè)，鉆井負(fù)荷僅有設(shè)計負(fù)荷的6.50%；根據(jù)記錄，鉆井期間鉆井負(fù)荷為2500KW，也僅為設(shè)計負(fù)荷的54.3%。

目前惠州A平臺在運(yùn)行工藝設(shè)備相對設(shè)計計算書少，同時電潛泵實(shí)際負(fù)荷也很低，現(xiàn)階段僅有17口油井在采油作業(yè)，電潛泵負(fù)荷為設(shè)計負(fù)荷的37.11%。生產(chǎn)水增壓泵、海水加熱器、柴油輸送泵等設(shè)備間歇運(yùn)行，而連續(xù)運(yùn)行的海水提升泵等設(shè)備實(shí)際負(fù)荷低是主要原因。

西江B平臺正常用電負(fù)荷由惠州A平臺通過海纜供應(yīng)，由于相同的原因，西江B平臺的負(fù)荷也很低。在惠州A平臺上形成疊加效應(yīng)，導(dǎo)致電網(wǎng)總負(fù)荷僅達(dá)到設(shè)計能力的28.3%。惠州A平臺正常生產(chǎn)時的用電負(fù)荷為4070Kw，西江B的用電負(fù)荷為2207KW。

預(yù)計惠州A平臺將在 2025 年達(dá)到最大負(fù)荷，目前電站剩余容量為 24123kW，惠州A平臺電站主機(jī)處于2用2備狀態(tài)。

（三）恩平A平臺：

恩平A平臺于2014年投用，平臺不設(shè)主電站，平臺所需電力由FPSO上主電站通過海底電纜提供。恩平A平臺用電負(fù)荷包括：鉆/修井作業(yè)、正常生產(chǎn)以及公用和生活用電等。ODP設(shè)計正常生產(chǎn)工況下，平臺最大電負(fù)荷約7500kW，鉆井作業(yè)時，最大電負(fù)荷約為11300kW。

1.電力負(fù)荷對比

2 電力負(fù)荷現(xiàn)狀分析

負(fù)荷對比表中恩平A平臺的實(shí)際運(yùn)行總負(fù)荷遠(yuǎn)小于原始設(shè)計的計算負(fù)荷，僅為設(shè)計負(fù)荷的15.03%，原因主要為：

1）負(fù)荷對比表中的實(shí)際負(fù)荷為2017年5月01～13日的平均值，該時間段內(nèi)平臺沒有鉆井作業(yè)。根據(jù)現(xiàn)場提供的鉆井期間恩平A平臺電力監(jiān)控日報表顯示，鉆井期間最大的鉆井負(fù)荷為2681.1KW，依然遠(yuǎn)小于設(shè)計負(fù)荷。

2）目前平臺上運(yùn)行的工藝及公用設(shè)備相比于設(shè)計階段預(yù)估的需要運(yùn)行的設(shè)備少了很多，例如：海水提升泵設(shè)計需要運(yùn)行兩臺，實(shí)際只運(yùn)行一臺；氣浮選循環(huán)泵設(shè)計需要四臺，實(shí)際只運(yùn)行一臺；污油泵等設(shè)備設(shè)計時都考慮需要連續(xù)運(yùn)行，實(shí)際運(yùn)行時只是間斷運(yùn)行等。因此平臺的工藝及公用實(shí)際運(yùn)行負(fù)荷為計算負(fù)荷的37.26%。

3）恩平A平臺ODP階段計劃設(shè)置17口生產(chǎn)井，8口預(yù)留井，總共25個井槽。根據(jù)2017年5月01～13日期間恩平A平臺鉆采平臺生產(chǎn)日報顯示，目前平臺上已經(jīng)運(yùn)行19口井，其中5口自噴井，其余14口井的電潛泵運(yùn)行總負(fù)荷約726KW，遠(yuǎn)低于設(shè)計負(fù)荷。

4）通過以上分析，無論是鉆井負(fù)荷、工藝/公用負(fù)荷還是電潛泵負(fù)荷都低于設(shè)計計算負(fù)荷，電站及配電設(shè)備仍有很大余量。

（四）海洋石油A油輪

海洋石油A油輪于2014年投用，安裝了6臺功率7600KW的卡特彼勒機(jī)組，除了本設(shè)施之外，還通過海底電纜給恩平A、恩平B、恩平C平臺進(jìn)行生產(chǎn)供電。恩平C平臺鉆井模塊另外設(shè)計了3臺1200KW柴油發(fā)電機(jī)，恩平B平臺鉆井模塊另外設(shè)計了4臺1200KW柴油發(fā)電機(jī)用于鉆井期間應(yīng)急供電，作為海洋石油A油輪原油電站的補(bǔ)充。

1.電力負(fù)荷對比

2.電力負(fù)荷現(xiàn)狀分析

負(fù)荷對比表中海洋石油A油輪的實(shí)際運(yùn)行負(fù)荷遠(yuǎn)小于原始設(shè)計的計算負(fù)荷，為設(shè)計負(fù)荷的48.64%，原因主要為：

1）目前油輪上部模塊上運(yùn)行的工藝及公用設(shè)備相比于設(shè)計階段預(yù)估的需要運(yùn)行的設(shè)備少了很多，例如：熱介質(zhì)循環(huán)泵設(shè)計需要運(yùn)行三臺，實(shí)際只運(yùn)行一臺；熱介質(zhì)鍋爐設(shè)計需要運(yùn)行兩臺，實(shí)際只運(yùn)行一臺；空氣壓縮機(jī)設(shè)計需要運(yùn)行兩臺，實(shí)際只運(yùn)行一臺；另外部分設(shè)備設(shè)計時考慮需要連續(xù)運(yùn)行，但實(shí)際運(yùn)行時只是間斷運(yùn)行等。因此上部模塊的工藝及公用實(shí)際運(yùn)行負(fù)荷為計算負(fù)荷的38.9%。

2）油輪船體部分的實(shí)際負(fù)荷為設(shè)計負(fù)荷的47.33%，是由于部分設(shè)計時需要運(yùn)行的負(fù)荷沒有運(yùn)行的原因?qū)е隆?/p>

3）無論是工藝/公用負(fù)荷還是船體負(fù)荷（卸油工況）都低于設(shè)計計算負(fù)荷，電站及配電設(shè)備仍有很大的余量。目前電站機(jī)組運(yùn)行情況2用4備，運(yùn)行機(jī)組負(fù)荷率約59%。

四、設(shè)計合理性分析及新項目建議

通過以上分析，結(jié)合各種工況及實(shí)際生產(chǎn)需要，可以得出深圳分公司海上設(shè)施主發(fā)電機(jī)設(shè)計存在如下三個問題：

1.總裝機(jī)容量過大，機(jī)組利用率低。分公司海上設(shè)施各電站機(jī)組總裝機(jī)容量的利用率長期維持在30%左右，投資浪費(fèi)嚴(yán)重。

2.部分設(shè)施單機(jī)功率大，運(yùn)行負(fù)荷率低。主電站設(shè)計余量大、單機(jī)功率大，機(jī)組運(yùn)行在低負(fù)荷率下，運(yùn)行熱效率低，造成較大能源浪費(fèi)。

3.部分設(shè)施主發(fā)電機(jī)臺數(shù)過多，設(shè)備閑置嚴(yán)重。部分電站的備用機(jī)組數(shù)量大大超過運(yùn)行機(jī)組，造成了投資浪費(fèi)、平臺空間浪費(fèi)和不必要的機(jī)組備件、維修維護(hù)費(fèi)用。

造成以上問題的原因有：

1.設(shè)計階段負(fù)荷計算偏差。設(shè)計時未考慮實(shí)際生產(chǎn)工況存在間歇運(yùn)行的設(shè)備、對運(yùn)行設(shè)備及備用情況估計不準(zhǔn)確、連續(xù)運(yùn)行設(shè)備實(shí)際功率遠(yuǎn)低于額定功率。

2.設(shè)計裝機(jī)容量備用系數(shù)偏大。設(shè)計階段除了在估算最高負(fù)荷時，把所有工況疊加，同時還在最高負(fù)荷的基礎(chǔ)上取1.1--1.2的備用系數(shù)（或最高負(fù)荷工況滿足發(fā)電機(jī)組85%以下的負(fù)荷率）。

3.設(shè)計階段未考慮區(qū)域電站組網(wǎng)。大部分新項目在設(shè)計階段未考慮區(qū)域組網(wǎng)供電，尤其是新區(qū)和老區(qū)結(jié)合情況，導(dǎo)致了重復(fù)建設(shè)和投資浪費(fèi)。

4.電站做了預(yù)留。在區(qū)域滾動開發(fā)認(rèn)識不足的情況下，部分新設(shè)施過早對前期投用的電站機(jī)組做了容量預(yù)留。在實(shí)際生產(chǎn)和開發(fā)認(rèn)識不需要滾動開發(fā)的情況下，相關(guān)預(yù)留造成了浪費(fèi)。

針對以上問題及其原因，建議在今后海上設(shè)施的主電站設(shè)計時，應(yīng)盡可能考慮到如下幾個方面的因素：

1）調(diào)整備用系數(shù)取值規(guī)范。充分調(diào)研海域設(shè)施逐年負(fù)荷與ODP負(fù)荷的差異性，尤其是電潛泵負(fù)荷與產(chǎn)量的相關(guān)性，根據(jù)統(tǒng)計規(guī)律評估歷年新項目ODP設(shè)計裝機(jī)容量和備用系數(shù)取值產(chǎn)生偏差的原因，盡快調(diào)整相關(guān)設(shè)計規(guī)范及推薦方法。

2）調(diào)整電力負(fù)荷計算方法。充分考慮不同工況、不同年份、甚至不同季節(jié)下的電負(fù)荷大小和特點(diǎn)，將相關(guān)情況細(xì)分單獨(dú)計算，不能簡單的進(jìn)行負(fù)荷疊加。建議采用三類負(fù)荷法，并充分考慮負(fù)荷系數(shù)、同時系數(shù)及需要系數(shù)的合理取值。

3）盡量考慮區(qū)域電站組網(wǎng)。無論是老區(qū)新區(qū)，應(yīng)盡可能考慮利用現(xiàn)有機(jī)組及新建機(jī)組進(jìn)行區(qū)域組網(wǎng)。區(qū)域組網(wǎng)可提高電站的裝機(jī)容量、備用容量；提高區(qū)域電站運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性；提高電站事故工況的應(yīng)急能力；提高應(yīng)對大功率負(fù)荷的沖擊能力；可減少單設(shè)施的備用機(jī)組數(shù)量，節(jié)省寶貴的海上平臺空間，從而降低開發(fā)投資及運(yùn)營成本。

4）滾動開發(fā)容量預(yù)留要慎重。隨著開發(fā)認(rèn)識的深入，滾動開發(fā)可能發(fā)生偏差導(dǎo)致前期電站容量預(yù)留的浪費(fèi)。建議前期設(shè)計只做機(jī)組空間預(yù)留，不直接提高設(shè)計容量。但為了后期可能的電站升級，可適當(dāng)提高配電輔助設(shè)備的容量，避免后期難以升級改造。

總之，不同工況、不同年份、甚至不同季節(jié)下的電負(fù)荷大小和特點(diǎn)，直接影響到主電站的總裝機(jī)容量、機(jī)組臺數(shù)配置、機(jī)組運(yùn)行方式的調(diào)配以及備用系數(shù)的考慮。準(zhǔn)確地了解、掌握生產(chǎn)實(shí)際工況，有助于設(shè)計階段對主電站歷年負(fù)荷的預(yù)測，從而更科學(xué)合理地確定電氣系統(tǒng)供電方案。因此，設(shè)計人員需要有豐富的生產(chǎn)管理經(jīng)驗(yàn)，或者在設(shè)計階段需要充分聽取現(xiàn)場生產(chǎn)管理人員的建議，再結(jié)合規(guī)范開展海上電站機(jī)組相關(guān)設(shè)計。

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（作者單位：中海石油（中國）有限公司深圳分公司）