臨時電站在海上設(shè)施的應(yīng)用與探討

彭 彬 劉瑜珩

（中海油能源發(fā)展采油服務(wù)公司曹妃甸FPSO作業(yè)公司 天津 300457）

臨時電站在海上設(shè)施的應(yīng)用與探討

彭 彬 劉瑜珩

（中海油能源發(fā)展采油服務(wù)公司曹妃甸FPSO作業(yè)公司 天津 300457）

本文簡述了臨時電力系統(tǒng)在海洋石油渤海曹妃甸油田的應(yīng)用，從發(fā)電機(jī)組的選型，設(shè)備、電纜的選用，海上設(shè)施現(xiàn)場的安裝調(diào)試等幾個方面介紹了過往幾年中的一些經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)。同時在現(xiàn)場的設(shè)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(yè)提供參考，也可供其它海洋石油設(shè)施的開發(fā)生產(chǎn)提供借鑒。

海上設(shè)施；發(fā)電機(jī)組；臨時電站

引言

海洋石油工業(yè)作為一個分秒必爭的行業(yè)，整個生產(chǎn)系統(tǒng)的在線時率是評價一個油田開發(fā)生產(chǎn)效率的關(guān)鍵指標(biāo)之一。因此我們海上油氣生產(chǎn)的主要任務(wù)就是在保證安全的前提下，克服地質(zhì)油藏、天氣海況、設(shè)備設(shè)施等各種客觀條件的影響，盡可能地保持生產(chǎn)系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)從而達(dá)到降低成本、提高收益。

電力系統(tǒng)作為一個海上油氣生產(chǎn)設(shè)施的心臟，為所有的電氣設(shè)備提供動力，對它我們除了做好日常的維保工作之外也應(yīng)該做好一旦失去主電力系統(tǒng)情況下的應(yīng)急方案。當(dāng)油田主發(fā)、配電系統(tǒng)出現(xiàn)短期內(nèi)難以恢復(fù)的故障時，組織建立起一套獨(dú)立的臨時電力系統(tǒng)就是最迅速、有效且經(jīng)濟(jì)的應(yīng)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(tǒng)出現(xiàn)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(chǎn)的。

1 臨時電站的應(yīng)用

曹妃甸油田的主電力系統(tǒng)采用了目前國內(nèi)外主流的設(shè)計(jì)方式，只在主力的綜合生產(chǎn)處理設(shè)施海洋石油112FPSO上建立一個主電站，電站除了為本設(shè)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(shè)計(jì)的問題是一旦油田最核心的電力系統(tǒng)出現(xiàn)問題，就會嚴(yán)重影響油田的正常油氣生產(chǎn)。比較典型的情況是自2007年4月以來，海洋石油112的單點(diǎn)電滑環(huán)數(shù)次燒毀導(dǎo)致各平臺的主電力系統(tǒng)無法正常供電，直接影響油田的原油日產(chǎn)量在滑環(huán)故障期間僅有正常生產(chǎn)時期的一半左右，而且更大的問題是故障滑環(huán)維修期間平臺就無法依靠主電生產(chǎn)了。因此如何在最短時間內(nèi)建立起一套臨時電力系統(tǒng)給平臺供電保證生產(chǎn)就成了迫在眉睫的問題。

首先是臨時發(fā)電機(jī)組的選擇，在相對特殊的海洋石油環(huán)境建立臨時電站，選擇哪種類型的發(fā)電機(jī)組必須考慮它自身的特點(diǎn)。海上油氣生產(chǎn)設(shè)施的電力負(fù)荷容量較大且波動大，平臺的空間有限且海洋環(huán)境相對惡劣，可供選擇的燃料也比較單一，在常見的發(fā)電機(jī)組中柴油發(fā)電機(jī)組的許多優(yōu)勢在這里就體現(xiàn)出來了。柴油發(fā)電機(jī)組是一個復(fù)雜的系統(tǒng)，一般由發(fā)動機(jī)（提供動能）、發(fā)電機(jī)（產(chǎn)生電流）、控制系統(tǒng)和電力分配系統(tǒng)組成，具有單機(jī)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(shù)成熟。通過集裝箱化的組裝方式能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)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(fā)電機(jī)組的選型與配屬

選定了柴油發(fā)電機(jī)后，我們就開始根據(jù)平臺自身的實(shí)際情況，考慮各個負(fù)載的類型、容量、使用頻率等因素有針對性地配屬相應(yīng)型號和臺數(shù)。平考慮選用臨時發(fā)電機(jī)組時主要應(yīng)該考慮的因素主要包括機(jī)械與電氣性能、機(jī)組的用途、負(fù)荷的容量與變化范圍、機(jī)組的使用環(huán)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(fù)載類型能夠分成兩類，一個是公用電力系統(tǒng)，其對應(yīng)臨時發(fā)電機(jī)的選擇基本可以參照平臺應(yīng)急發(fā)電機(jī)的性能參數(shù)，而另一類也是占絕大部分負(fù)載的就是平臺油井電泵的供電系統(tǒng)，一般宜選用容量適合的無刷勵磁400V/50Hz高速增壓柴油發(fā)電機(jī)組。對于容量的確定，作為長時間運(yùn)轉(zhuǎn)的發(fā)電機(jī)組，負(fù)荷曲線變化較大，機(jī)組容量、臺數(shù)、型式的選擇及機(jī)組的進(jìn)行控制方式都應(yīng)考慮變頻電潛泵負(fù)載的特殊性。柴油機(jī)持續(xù)運(yùn)行的輸出功率，一般為標(biāo)定功率的0.9倍，而最佳經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀態(tài)是在標(biāo)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(fù)載波動較大且產(chǎn)生的諧波嚴(yán)重，我們選用的單臺發(fā)電機(jī)組容量應(yīng)該為對應(yīng)配電盤下常用負(fù)載的1.5倍左右。同樣考慮到多臺電潛泵負(fù)載所產(chǎn)生的諧波有可能疊加造成更大的影響，我們應(yīng)該選用帶隔離變壓器的電子調(diào)速設(shè)備。同時，還應(yīng)考慮發(fā)電機(jī)整撬布置應(yīng)該盡可能緊湊，外形尺寸適合在相應(yīng)的平臺甲板上擺放。

1.2 臨時電站的安裝與調(diào)試

臨時電站的發(fā)電機(jī)組在陸地準(zhǔn)備就位后應(yīng)在送出碼頭之前組織相關(guān)專業(yè)工程師進(jìn)行檢查，內(nèi)容包括：設(shè)備是否符合在海上危險區(qū)或者安全區(qū)使用，外形尺寸是否符合要求，確保所有安全系統(tǒng)，超速裝置和索具保護(hù)裝置有效，備件、耗材齊全，操作維護(hù)人員具備相應(yīng)的能力。此外，對所有發(fā)電機(jī)組還應(yīng)做測試，如有條件的話最好完成滿載性能測試以確保設(shè)備到達(dá)海上設(shè)施后立即可用且滿足要求。發(fā)電機(jī)組吊裝前，應(yīng)充分考慮碼頭及平臺吊車的吊裝能力，如有必要應(yīng)將油箱、水箱、排煙管等附件拆除，機(jī)油、冷卻液、柴油放空，保證發(fā)電機(jī)撬塊質(zhì)量在吊車的起重能力以內(nèi)。

海上跟部門根據(jù)提前得到的發(fā)電機(jī)信息計(jì)劃好各臺機(jī)組的擺放位置、朝向，電纜鋪設(shè)的路由，相關(guān)附屬設(shè)備、油罐的分布等，發(fā)電機(jī)到達(dá)海上設(shè)施后即開始就位和安裝工作。對所有第三方設(shè)備首先是確認(rèn)陸地檢查的清單，然后按照程序進(jìn)行電器和防爆電器設(shè)備的專項(xiàng)檢查，檢查通過后才能開始發(fā)電機(jī)的安裝，完成安裝后開始試機(jī)前應(yīng)確認(rèn)設(shè)備至少兩個接地點(diǎn)連接完好。

發(fā)電機(jī)組的擺放應(yīng)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(zhì)量都在平臺甲板的荷載范圍內(nèi)。擺放朝向的確認(rèn)主要是根據(jù)在發(fā)電機(jī)冷卻器的進(jìn)出風(fēng)方向、平臺的季節(jié)性常風(fēng)向來確保發(fā)電機(jī)組的冷卻系統(tǒng)工作在合適的環(huán)境。尤其是在大風(fēng)情況下，我們遇到過冷卻器出風(fēng)方向頂風(fēng)而造成風(fēng)阻過大導(dǎo)致冷卻效果不佳，發(fā)電機(jī)防凍液高溫報(bào)警的情況，這時我們立即組織用腳手架和帆布搭建擋風(fēng)墻臨時解決了這一問題，避免了停電停產(chǎn)，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(chǎn)生。由于柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)起來振動較大且同時運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)臺發(fā)電機(jī)組有產(chǎn)生共振的可能，對發(fā)電機(jī)組自身和平臺其他設(shè)備都是個潛在隱患，所以建議機(jī)組撬塊裝配上防震緩沖塊。

主動力電纜的鋪設(shè)和連接占據(jù)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(fā)電機(jī)的動力電纜連進(jìn)各電潛泵盤的進(jìn)線開關(guān)上口母排，這樣既保持了原有設(shè)計(jì)的各級保護(hù)又能保證系統(tǒng)在最短時間內(nèi)接入。動力電纜的選擇方面，我們的經(jīng)驗(yàn)120mm2的三相交聯(lián)聚乙烯鎧裝電力電纜是最合適的，一般6至8根并聯(lián)能夠滿足負(fù)載容量的要求，彎曲度也可以保證鋪設(shè)路徑和兩端母排連接的需要。電纜鋪設(shè)的路徑根據(jù)發(fā)電機(jī)和對應(yīng)低壓盤母排的位置，盡量避開平臺的固定設(shè)備和逃生路線選擇最短的路線。鋪設(shè)應(yīng)該按照海上電氣規(guī)范，可以采用腳手架搭建臨時電纜橋架再覆蓋上木板保護(hù)，并排平鋪并固定以避免發(fā)熱，不允許過度彎曲和交叉。發(fā)電機(jī)電纜接線作業(yè)之前應(yīng)嚴(yán)格按照海上作業(yè)規(guī)范，根據(jù)容量計(jì)算應(yīng)該配接的電纜數(shù)量，做好雙向隔離措施（發(fā)電機(jī)配電柜開關(guān)隔離，低壓配電盤開關(guān)隔離）并掛牌，以防觸電及電力返送損壞設(shè)備的事故。連接電纜時母排上的螺栓應(yīng)按照規(guī)范扭矩緊固，防止連接松動造成局部溫度過高甚至引發(fā)事故。

圖1 臨時配電系統(tǒng)示意圖

附屬設(shè)備的安裝，主要是臨時柴油罐的擺放應(yīng)該遠(yuǎn)離熱源，方便加油作業(yè)，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(fā)電機(jī)組是并車運(yùn)行，并車盤的擺放也應(yīng)充分考慮最佳電纜路徑的選擇，與發(fā)電機(jī)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(shè)。再有就是通過引入來自平臺中控系統(tǒng)的2B級關(guān)停信號連接到發(fā)電機(jī)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(hù)系統(tǒng)之中。

待所有設(shè)備現(xiàn)場安裝完畢并檢查無誤后就可以開始發(fā)電機(jī)組的空載測試，測試之前應(yīng)該將所屬平臺火氣探測區(qū)域的煙霧和可燃?xì)馓筋^暫時屏蔽，因?yàn)椴裼蜋C(jī)冷車啟動初期的燃燒效果普遍不太好，排出的濃煙可能導(dǎo)致部分火氣探頭的誤報(bào)警。測試至少持續(xù)20分鐘，期間平臺人員應(yīng)確認(rèn)發(fā)電機(jī)油、水、電等各項(xiàng)運(yùn)行狀態(tài)正常，然后可以利用從中控引入的關(guān)停信號停止發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)以完成功能測試。

圖2 緊急關(guān)停信號連接示意圖

2 臨時電站的安全管理

施工作業(yè)的安全管理一直是海上油氣生產(chǎn)作業(yè)的重中之重，對于臨時電站的應(yīng)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(fā)電機(jī)安裝運(yùn)維管理程序》是整個工作開展的指導(dǎo)，完善各種工作規(guī)章制度以幫助現(xiàn)場各專業(yè)各崗位有序地開展工作，明確責(zé)任到人、到崗位以確保完成的效率和質(zhì)量。

2.1 臨時電站的現(xiàn)場維護(hù)

臨時電站現(xiàn)場的維護(hù)管理首先是對維護(hù)人員的管理，確認(rèn)承包商操作人員是有資質(zhì)的且符合中海油海上作業(yè)基本要求，然后根據(jù)廠家提供的設(shè)備操作資料和生產(chǎn)操作方的經(jīng)驗(yàn)制定具有可執(zhí)行性的日常操作、巡檢、故障維修和定期保養(yǎng)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(xiàn)場保質(zhì)保量地執(zhí)行一些具體工作，比如“發(fā)電機(jī)信息和狀態(tài)跟蹤表”能夠幫助陸地和海上相關(guān)管理人員對發(fā)電機(jī)的性能參數(shù)的跟蹤、緊急情況下的調(diào)配甚至通過一段時間的跟蹤分析可以評估發(fā)電機(jī)的工作狀態(tài)并以此作為設(shè)備停機(jī)維修或保養(yǎng)的依據(jù)。另外還有“發(fā)電機(jī)點(diǎn)檢表”，根據(jù)每個品牌、型號的發(fā)電機(jī)不同細(xì)化制定針對每一臺發(fā)電機(jī)的點(diǎn)檢表，幫助承包商維護(hù)人員和海上一線操作工更加準(zhǔn)確地監(jiān)控發(fā)電機(jī)狀態(tài)，分析一些故障可能的產(chǎn)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(fā)電機(jī)維護(hù)人員做好發(fā)電機(jī)組的耗材跟蹤和計(jì)劃性保養(yǎng)工作。再有就是“低壓電潛泵配電盤狀態(tài)信息表”，我們提前和地質(zhì)油藏部門溝通，根據(jù)每個配電盤的容量、正常運(yùn)行時的負(fù)載和每口油井的配產(chǎn)、能耗、日產(chǎn)量等等信息來確定每個低壓盤甚至是每口油井的啟停優(yōu)先級，特別是在緊急情況下這能非常大地提高現(xiàn)場設(shè)備和生產(chǎn)的管理效率。所有這些表格都有明確的負(fù)責(zé)人或者崗位，現(xiàn)場領(lǐng)班和監(jiān)督需要每天檢查，陸地相關(guān)工程師和領(lǐng)導(dǎo)也會定期查看。此外，我們還有“發(fā)電機(jī)操作人員日常工作制度”，對操作人員自身和各種相關(guān)工作程序、注意事項(xiàng)都有詳細(xì)的要求。這樣明確的制度和責(zé)任分工確保了臨時電站在海上設(shè)施的高效、安全運(yùn)行。

2.2 柴油加注和轉(zhuǎn)運(yùn)的管理

不論是從工作船往平臺裝載柴油還是給各個發(fā)電機(jī)組加注柴油，我們的原則都是盡量使用原有平臺的固定設(shè)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(guī)設(shè)計(jì)，而且考慮到極端天氣的影響，我們不得不到一定數(shù)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(yīng)該優(yōu)化流程，排除各種跑冒滴漏的隱患。

給發(fā)電機(jī)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(xiàn)場有人監(jiān)護(hù)。因?yàn)槠脚_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(fā)電機(jī)加油，以防罐底的沉積污物進(jìn)入發(fā)電機(jī)燃油管路。而發(fā)電機(jī)的供油路也最好選擇雙聯(lián)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(shí)現(xiàn)在線更換濾芯，從而提高設(shè)備和油井的在線率。

2.3 現(xiàn)場安全管理

現(xiàn)場作業(yè)過程和環(huán)境的安全管理是整個系統(tǒng)能夠穩(wěn)定、安全運(yùn)行的關(guān)鍵，我們嚴(yán)格安裝海上作業(yè)的各種程序、制度和要求控制現(xiàn)場的每一個環(huán)節(jié)。臨時發(fā)電機(jī)的安裝調(diào)試和運(yùn)行維保我們都聯(lián)合陸地、海上還有承包商做了專項(xiàng)的作業(yè)風(fēng)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?shù)矫恳粋€參與人員的思維里。在發(fā)電機(jī)維護(hù)人員按照制度操作、點(diǎn)檢的基礎(chǔ)上，平臺的各部門也都加強(qiáng)了巡檢和監(jiān)督，專職安全員更是參與到每一個作業(yè)細(xì)節(jié)嚴(yán)格把關(guān)。我們還專門制定了專項(xiàng)的“隱患排記錄表”，隨時發(fā)現(xiàn)問題立即整改，并且長期跟蹤。

2.4 應(yīng)急反應(yīng)體系

因?yàn)槭欠浅Ｒ?guī)的高風(fēng)險復(fù)雜作業(yè)，所以我們特別針對臨時電站在海上油田設(shè)施的使用單獨(dú)建立了一套應(yīng)急反應(yīng)體系，設(shè)立了作業(yè)公司陸地應(yīng)急小組和海上油田應(yīng)急響應(yīng)小組以及一個陸地支持小組。各小組之間有明確的應(yīng)急事件匯報(bào)和處理流程，與有限公司應(yīng)急指揮中心也建立了溝通匯報(bào)的渠道，爭取一旦出現(xiàn)特殊應(yīng)急情況能夠充分調(diào)動各種資源高效反應(yīng)。同時也制定了相關(guān)的應(yīng)急預(yù)案和應(yīng)急演習(xí)計(jì)劃，并且周期性組織演習(xí)，演習(xí)之后還要進(jìn)行總結(jié)和記錄。

結(jié)語

曹妃甸油田由于其單點(diǎn)電滑環(huán)的問題在過去近十年里多次碰到電力系統(tǒng)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(shè)施的生產(chǎn)和生活用電的作業(yè)過程中也收獲了不少經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)。

由于單點(diǎn)高壓電滑環(huán)的特殊性，我們最長的一次恢復(fù)時間甚至長達(dá)近四個月，但是我們認(rèn)真對待、潛心研究每一次問題、每一個故障，相應(yīng)的應(yīng)對策略和解決方案都有了長足的改善。以2013年我們恢復(fù)最快的一次為例：3月17日凌晨單點(diǎn)高壓電滑環(huán)故障，油田電力僅由唯一的一組滑環(huán)TR-9002支撐，勉強(qiáng)能維持油礦3238方左右日產(chǎn)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(chǎn)量到5000方以上。直至4月3日三組滑環(huán)維修完成，我們僅用17天時間就恢復(fù)全油田供電，這期間提升原油產(chǎn)量約為32486.3方，折合人民約1.39億元，而整個作業(yè)支出的設(shè)備租賃、安裝運(yùn)維、電纜采購和柴油消耗費(fèi)用等總共只有不到1150萬元，這還不考慮其在滑環(huán)維修期間對平臺公用電力系統(tǒng)的貢獻(xiàn)。在這里把我們歷次的作業(yè)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(shè)施在生產(chǎn)開發(fā)期間遇到類似問題是提供參考，亦可在新設(shè)施的設(shè)計(jì)建造過程中予以借鑒，不當(dāng)之處歡迎指正。

[1]GB3836.1-4-83《爆炸性環(huán)境用電器防爆設(shè)備》