海上油田生產(chǎn)平臺(tái)燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組的選型

把全龍，侯辰光，郭 金，梁建斌，冀光峰

（中海石油（中國(guó)）有限公司天津分公司，天津 300450）

0 引言

根據(jù)區(qū)塊方案規(guī)劃，將在渤海某區(qū)域新建一座中心處理平臺(tái)A，整個(gè)該區(qū)域油田的物流將全部輸送至A 平臺(tái)，在其上進(jìn)行分離和處理；分離出的伴生氣經(jīng)壓縮機(jī)增壓后部分進(jìn)入該平臺(tái)的燃料氣處理系統(tǒng)，為平臺(tái)主電站提供燃料氣，剩余氣量與處理后的含水原油一起混輸至已建的B 平臺(tái)。在中心處理平臺(tái)A上設(shè)有主電站，為自身及區(qū)域周邊其他平臺(tái)供電。A 平臺(tái)的物流輸送至B 平臺(tái)后，經(jīng)分離出的伴生氣則為該平臺(tái)電站提供燃料氣，剩余氣體經(jīng)過(guò)該平臺(tái)的注氣壓縮機(jī)增壓后注入地下儲(chǔ)存。

1 主電站發(fā)電機(jī)組型式選擇

主電站是海上油田工程的心臟，為整個(gè)工程的生產(chǎn)和生活等設(shè)施提供電力能源，以保證海上油田工程正常、連續(xù)、安全地進(jìn)行生產(chǎn)。根據(jù)不同的油氣條件、建設(shè)規(guī)模、開(kāi)采方式、操作運(yùn)行等客觀條件，合理選用電站的發(fā)電機(jī)組，是為海上油氣開(kāi)采提供安全、可靠、優(yōu)質(zhì)電力的先決條件。

海上油田的伴生氣一般不回收處理，多數(shù)情況下通過(guò)火炬燃燒掉，因此在電站原動(dòng)機(jī)的選型方面，發(fā)動(dòng)機(jī)的效率或燃料消耗量并不是首要考慮的問(wèn)題。這也是以伴生氣為燃料的燃?xì)廨啓C(jī)電站在海上油田廣泛應(yīng)用的重要原因之一。燃?xì)馔钙桨l(fā)電機(jī)組技術(shù)成熟、應(yīng)用廣泛、出力規(guī)格的可選擇性多，在國(guó)內(nèi)外及海洋平臺(tái)上均有較多應(yīng)用業(yè)績(jī)，是已被證實(shí)的具有良好、可靠發(fā)電性能的電站類型。上述區(qū)域油田以產(chǎn)出原油為主，并在整個(gè)油田開(kāi)發(fā)期間均有較豐富的伴生氣產(chǎn)出，可以作為燃料氣供給主電站使用，因此在中心處理平臺(tái)A 的電站宜采用燃?xì)馔钙桨l(fā)電機(jī)組。

2 燃?xì)馔钙桨l(fā)電機(jī)組的主要特點(diǎn)

（1）燃?xì)馔钙桨l(fā)電裝置重量輕、體積小。通常情況下，輕型燃?xì)馔钙桨l(fā)電裝置的單位質(zhì)量約為6～9 kg/kW；各類中速往復(fù)機(jī)電站機(jī)組單位重量約為10～13 kg/kW；蒸汽輪機(jī)電站機(jī)組（含鍋爐）單位重量約為50～60 kg/kW。相比之下，燃?xì)馔钙桨l(fā)電裝置優(yōu)勢(shì)明顯。

（2）燃?xì)馔钙桨l(fā)電裝置可成橇供應(yīng)。它在油（氣）田工程現(xiàn)場(chǎng)安裝的工作量很少，為此非常適用于海上油（氣）田工程應(yīng)用。

（3）燃?xì)馔钙桨l(fā)電裝置水、電和潤(rùn)滑油消耗量少。燃?xì)馔钙桨l(fā)電機(jī)組耗水極少，甚至可以不用水，燃?xì)馔钙桨l(fā)電機(jī)組自用電也很少，許多機(jī)組可以無(wú)電源啟動(dòng)，所需的潤(rùn)滑油也明顯低于汽輪機(jī)及柴油機(jī)。

（4）啟動(dòng)快，從冷態(tài)啟動(dòng)、加速，直至帶上滿負(fù)荷，一般只需3～15 min。自動(dòng)化程度高，現(xiàn)代燃?xì)馔钙桨l(fā)電裝置可通過(guò)微機(jī)進(jìn)行控制，通過(guò)程序設(shè)定以實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)或停機(jī)，可實(shí)現(xiàn)程控、遙控和集中控制，便于實(shí)現(xiàn)機(jī)房的無(wú)人值守運(yùn)行。

（5）燃?xì)馔钙桨l(fā)電裝置易磨損件少，連續(xù)運(yùn)行可靠性高，維修方便。輕型燃?xì)馔钙桨l(fā)電機(jī)組輸出單位電功率的平均維修費(fèi)用較中速往復(fù)機(jī)電站機(jī)組低約15%～20%。

（6）由于燃?xì)馔钙桨l(fā)電裝置主燃料是天然氣，現(xiàn)代燃?xì)馔钙桨l(fā)電裝置的排氣比較干凈，煙塵、CO、SO2、NOx和未燃碳?xì)浠衔铮║HC）的排放一般都能滿足嚴(yán)格的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。燃?xì)馔钙綖楦咚倩剞D(zhuǎn)機(jī)械，而且是橇裝形式，因此振動(dòng)和噪聲也低于中速往復(fù)機(jī)。

燃?xì)馔钙桨l(fā)電機(jī)組擁有以上技術(shù)特點(diǎn)，因此，目前的海上油（氣）田工程的主電站主要采用這種機(jī)型作為原動(dòng)機(jī)。

3 電站設(shè)計(jì)電負(fù)荷量的確定

根據(jù)油田生產(chǎn)、生活、消防等用電負(fù)荷的統(tǒng)計(jì)，按不同負(fù)荷分類，考慮相應(yīng)的需要系數(shù)、同時(shí)系數(shù)，計(jì)算出平臺(tái)在整個(gè)開(kāi)采期內(nèi)分年的負(fù)荷要求，還應(yīng)考慮某些時(shí)段內(nèi)特殊工藝過(guò)程或操作情況下的負(fù)荷要求，啟動(dòng)大容量電機(jī)的能力。結(jié)合以上各種要求，確定電站設(shè)計(jì)電負(fù)荷量。

中心處理平臺(tái)A 及周邊區(qū)域整體用電負(fù)荷如表1 所示。

表1 平臺(tái)A 及周邊區(qū)域整體用電負(fù)荷表 kW

電站機(jī)組設(shè)計(jì)電負(fù)荷量ND為：NDW=NWmax/a；NDS=NSmax/a。其中，NDW（或NDS）為主電站機(jī)組冬季（或夏季）總設(shè)計(jì)電負(fù)荷量，NWmax（或NSmax）為主電站機(jī)組在油（氣）田生產(chǎn)期內(nèi)冬季（或夏季）設(shè)計(jì)需要的典型電負(fù)荷量；a 為主電站機(jī)組的設(shè)計(jì)負(fù)荷量，建議控制在80%～90%，最大值一般不宜超過(guò)90%。

由表1 查得，NWmax=25 652 kW，NSmax=25 158 kW，取值a=0.86。計(jì)算得NDW=29 828 kW，NDS=29 254 kW。

因此，取設(shè)計(jì)電負(fù)荷量為30 000 kW。

4 電站的選型配置方案

根據(jù)油田用電負(fù)荷，結(jié)合廠家機(jī)組的可選規(guī)格，可參考的配置方案有：

（1）配置方案1：共設(shè)置3 臺(tái)發(fā)電功率約15 000 kW（35 ℃現(xiàn)場(chǎng)出力）的燃?xì)馔钙桨l(fā)電機(jī)組、二用一備，單機(jī)最大負(fù)荷率為83.86%（夏季）、85.51%（冬季）。

（2）配置方案2：共設(shè)置4 臺(tái)發(fā)電功率約10 000 kW（35 ℃現(xiàn)場(chǎng)出力）的燃?xì)馔钙桨l(fā)電機(jī)組、三用一備，單機(jī)最大負(fù)荷率為83.86%（夏季）、85.51%（冬季）。

對(duì)兩個(gè)方案的比較如表2 所示。

表2 電站選型配置方案對(duì)比

通過(guò)比選和研究，針對(duì)主電站的選型方案進(jìn)行了研究分析：

（1）方案1 在占地面積上比方案2 增加較多，會(huì)帶來(lái)平臺(tái)面積的改變并影響平臺(tái)結(jié)構(gòu)。

（2）方案2 的設(shè)備總體重量大于方案1，但是相差較小，不會(huì)對(duì)平臺(tái)結(jié)構(gòu)造成影響。

（3）在設(shè)備總投資方面（初始投資+機(jī)組全周期維護(hù)費(fèi)用），方案2 優(yōu)于方案1。

（4）在可選目標(biāo)機(jī)型上，方案2 主要有3 家機(jī)組可選。而方案1 則缺少合適機(jī)型。

（5）在操作和運(yùn)行維護(hù)的安排上，方案2 比方案1 更靈活。

5 油田耗氣量與伴生氣產(chǎn)量比較

對(duì)歷年來(lái)的發(fā)電耗氣量與伴生氣產(chǎn)量的匹配性進(jìn)行核算，結(jié)果如表3 所示。

表3 發(fā)電耗氣量與伴生氣產(chǎn)量的平衡核算表 Sm3/d

經(jīng)計(jì)算，本油田伴生氣產(chǎn)量可以滿足自發(fā)電耗氣量需求共17 年，油田的經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)年限為17 年，可見(jiàn)燃?xì)怆娬镜墓╇姇r(shí)間可以保障油田開(kāi)采的經(jīng)濟(jì)年限，因此認(rèn)為油田自產(chǎn)伴生氣量能夠滿足自身的發(fā)電需求。

6 結(jié)束語(yǔ)

鑒于從合理控制設(shè)備占地、經(jīng)濟(jì)投資等角度考慮，經(jīng)過(guò)綜合比選，推薦在中心處理平臺(tái)A 上共設(shè)置4 臺(tái)（發(fā)電功率約10 000 kW、35 ℃現(xiàn)場(chǎng)出力）的燃?xì)馔钙桨l(fā)電機(jī)組，三用一備，單機(jī)最大負(fù)荷率為83.86%（夏季）、85.51%（冬季）。