FPSO綜合能效管理系統(tǒng)開發(fā)及應(yīng)用

梁光山，張 瑋

[南海西部石油油田服務(wù)（深圳）有限公司，廣東深圳 518000]

為積極響應(yīng)國家節(jié)能降碳的政策要求，實(shí)現(xiàn)FPSO上主要用能設(shè)備的數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、傳輸、存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)處理分析，掌握FPSO的真實(shí)能源現(xiàn)狀和設(shè)備能效，提高FPSO能源利用水平[1]。我公司基于FPSO的能源管理現(xiàn)狀，研究了綜合能效管理系統(tǒng)，并將系統(tǒng)在111FPSO上應(yīng)用。系統(tǒng)在微服務(wù)接入、自動(dòng)化多源數(shù)據(jù)采集、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用、電能質(zhì)量診斷分析、重點(diǎn)工藝綜合能效分析、節(jié)能降碳策略分析、可視化編程應(yīng)用、自定義分析模型等方面取得了良好的應(yīng)用效果。

1 FPSO能效管理現(xiàn)狀

FPSO作為海洋石油開采的核心設(shè)施，目前雖然不少FPSO已建立能源管理系統(tǒng)，但主要是以單一能源監(jiān)測與計(jì)量、能源統(tǒng)計(jì)分析和生產(chǎn)單耗分析為主，并不具備重點(diǎn)能耗環(huán)節(jié)和重點(diǎn)能耗設(shè)備的能效分析功能。然而對(duì)于涉及到FPSO上的主要綜合耗能設(shè)備或生產(chǎn)環(huán)節(jié)，如生產(chǎn)水泵系統(tǒng)、貨油泵系統(tǒng)、專用壓載泵系統(tǒng)、空壓機(jī)系統(tǒng)、氮?dú)鈾C(jī)系統(tǒng)、配網(wǎng)電能質(zhì)量等，運(yùn)行現(xiàn)狀如何，效率如何，與同等噸位的其他FPSO比如何，與國際先進(jìn)水平比如何，均無從得知，也無法有根據(jù)地對(duì)其實(shí)施進(jìn)一步的能效提升改造，因此，建設(shè)FPSO綜合能效管理具有重要意義[2]。

對(duì)于FPSO能效管理系統(tǒng)建設(shè)，國內(nèi)外均起步較晚，也是近幾年才陸續(xù)開始建設(shè)，很多FPSO都尚未完成，基本停留在簡單的電能計(jì)量階段。而對(duì)于生產(chǎn)系統(tǒng)主輔機(jī)設(shè)備和重點(diǎn)能耗設(shè)備的能效管理，基本還處于空白階段。FPSO能效管理系統(tǒng)的構(gòu)建既要綜合考慮對(duì)發(fā)電機(jī)組、熱介質(zhì)鍋爐、惰氣系統(tǒng)等一次能源消耗的核心設(shè)備及工藝的能效監(jiān)測分析，也需要覆蓋各類泵系統(tǒng)、各類空氣（壓縮空氣、氮?dú)獾龋┫到y(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、照明系統(tǒng)等主要用能子系統(tǒng)的綜合能效，還要兼顧各類產(chǎn)品單耗的統(tǒng)計(jì)分析與對(duì)標(biāo)考核，對(duì)數(shù)據(jù)來源、采集方式、通信協(xié)議、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、可視化展現(xiàn)形式等各個(gè)方面都提出了非常高的要求[3]。

2 FPSO綜合能效管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)微服務(wù)架構(gòu)

FPSO能效綜合管理系統(tǒng)基于微服務(wù)架構(gòu)設(shè)計(jì)，前端底層采用Vue/ElementUI/Jquery/Bootstrap實(shí)現(xiàn)，前端和Controller交換數(shù)據(jù)基于Json格式。業(yè)務(wù)端基于Springboot、SpringMVC、JPA、SpringData技術(shù)構(gòu)建，對(duì)于復(fù)雜的系統(tǒng)則采用Spring Cloud對(duì)服務(wù)進(jìn)行拆分。FPSO智能機(jī)綜合能效管理系統(tǒng)采用紫金橋?qū)崟r(shí)庫實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)接收、存儲(chǔ)、報(bào)警、歷史數(shù)據(jù)查詢等，采用MySQL數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)關(guān)系數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)化等。蒲偉（2021）站在海油發(fā)展的整體數(shù)字化建設(shè)規(guī)劃的層面，提出了基于微服務(wù)的軟件開發(fā)框架的探索與思考，重點(diǎn)研究了基于微服務(wù)的敏捷交付軟件開發(fā)框架[4]。

2.2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)流設(shè)計(jì)

由于FPSO上的綜合能效監(jiān)測數(shù)據(jù)種類較多，包括電、水、壓縮空氣、原油、柴油、煙氣參數(shù)、溫度、壓力、流量、液位、產(chǎn)量等，部分?jǐn)?shù)據(jù)直接來源于已有監(jiān)測儀表，部分?jǐn)?shù)據(jù)需要加裝或升級(jí)監(jiān)測儀表，部分?jǐn)?shù)據(jù)來源于其他子系統(tǒng)，還有部分?jǐn)?shù)據(jù)來源于日常手工填表的Excel報(bào)表，數(shù)據(jù)來源非常豐富，因此整個(gè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)流的設(shè)計(jì)需要綜合考慮上述各種需求，具體數(shù)據(jù)流見圖1。

圖1 FPSO綜合能效管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)流圖

2.3 多通道儀表監(jiān)測架構(gòu)設(shè)計(jì)

在FPSO上實(shí)施能效綜合管理系統(tǒng)與陸地不同，施工難度較大，各類表計(jì)的數(shù)據(jù)采集通道設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)系統(tǒng)也存在較大差異，智能電表、流量計(jì)等儀表數(shù)據(jù)的采集監(jiān)測必須結(jié)合海上施工的各類限制重新設(shè)計(jì)。海上儀表通信采集的困難有舊儀表無通信接口、Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)實(shí)施物理隔離、安全防爆防腐等，因此，F(xiàn)PSO綜合能效管理系統(tǒng)應(yīng)采取多通道儀表監(jiān)測架構(gòu)，綜合采用RS-485、低壓電力載波、Lora低功耗無線網(wǎng)絡(luò)、以太網(wǎng)、光纖專網(wǎng)等多種通道實(shí)現(xiàn)各類數(shù)據(jù)的在線采集監(jiān)測，具體通信架構(gòu)見圖2。

圖2 FPSO綜合能效管理系統(tǒng)通信架構(gòu)示意圖

2.4 多渠道數(shù)據(jù)采集架構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)數(shù)據(jù)流圖可知，F(xiàn)PSO能效綜合管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)來源較為多樣化。FPSO綜合能效管理系統(tǒng)可以與其他系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互，但仍然需要采集后續(xù)加裝的電能采集終端、智能能源網(wǎng)關(guān)、集中器、采集器、PC機(jī)等各類數(shù)據(jù)源，因此應(yīng)采取多渠道數(shù)據(jù)采集架構(gòu)，綜合各類通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)跨設(shè)備數(shù)據(jù)采集，完成大部分信息孤島的數(shù)據(jù)整合功能。FPSO能效綜合管理系統(tǒng)的多通道數(shù)據(jù)采集架構(gòu)見圖3。

圖3 FPSO能效綜合管理系統(tǒng)的多通道

FPSO能效綜合管理系統(tǒng)在構(gòu)建過程中，根據(jù)儀器儀表、傳感器等的技術(shù)參數(shù)、安裝位置、敷線方便性、通信可靠性、數(shù)據(jù)傳輸量、數(shù)據(jù)采集實(shí)時(shí)性等各類綜合性要求，選擇匹配的通信協(xié)議和通信設(shè)備，應(yīng)用多通道數(shù)據(jù)采集架構(gòu)實(shí)現(xiàn)FPSO上各類能效相關(guān)數(shù)據(jù)的采集傳輸。

3 FPSO綜合能效管理系統(tǒng)功能及應(yīng)用

FPSO綜合能效管理系統(tǒng)包括設(shè)備能耗效率、供水單耗、供氣單耗，并與國家標(biāo)準(zhǔn)值或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)標(biāo)，分析進(jìn)一步提升能效的空間，計(jì)算節(jié)能潛力等。系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)，通過WEB發(fā)布的方式，系統(tǒng)研究實(shí)現(xiàn)的主要功能模塊見表1。

表1 FPSO綜合能效管理系統(tǒng)主要功能模塊表

4 結(jié)論

FPSO綜合能效管理系統(tǒng)在海洋石油111FPSO上進(jìn)行了實(shí)施和應(yīng)用，系統(tǒng)能夠充分利用智能平臺(tái)的數(shù)據(jù)資源實(shí)現(xiàn)不同子系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)共享，實(shí)現(xiàn)了綜合能效數(shù)據(jù)、權(quán)限和應(yīng)用等多個(gè)層面的整合，對(duì)能耗、能效、單耗等各個(gè)維度的指標(biāo)完成了基礎(chǔ)建模和統(tǒng)計(jì)分析，應(yīng)用效果良好。系統(tǒng)在能耗監(jiān)測與統(tǒng)計(jì)、能效分析與對(duì)標(biāo)、單耗核算與對(duì)標(biāo)、節(jié)能潛力分析與挖掘、碳足跡分析、碳排放管理、電能品質(zhì)監(jiān)控與預(yù)警、關(guān)鍵設(shè)備監(jiān)控與運(yùn)維等各個(gè)方面提供了直觀而便捷的能效管理，實(shí)現(xiàn)了FPSO上主要設(shè)備的實(shí)時(shí)用能監(jiān)測、能效管理以及遠(yuǎn)程管控，節(jié)能降碳的效果非常顯著，值得推廣應(yīng)用。