梁光山，張 瑋

[南海西部石油油田服務（深圳）有限公司，廣東深圳 518000]

為積極響應國家節能降碳的政策要求，實現FPSO上主要用能設備的數據自動采集、傳輸、存儲和數據處理分析，掌握FPSO的真實能源現狀和設備能效，提高FPSO能源利用水平[1]。我公司基于FPSO的能源管理現狀，研究了綜合能效管理系統，并將系統在111FPSO上應用。系統在微服務接入、自動化多源數據采集、工業物聯網應用、電能質量診斷分析、重點工藝綜合能效分析、節能降碳策略分析、可視化編程應用、自定義分析模型等方面取得了良好的應用效果。

1 FPSO能效管理現狀

FPSO作為海洋石油開采的核心設施，目前雖然不少FPSO已建立能源管理系統，但主要是以單一能源監測與計量、能源統計分析和生產單耗分析為主，并不具備重點能耗環節和重點能耗設備的能效分析功能。然而對于涉及到FPSO上的主要綜合耗能設備或生產環節，如生產水泵系統、貨油泵系統、專用壓載泵系統、空壓機系統、氮氣機系統、配網電能質量等，運行現狀如何，效率如何，與同等噸位的其他FPSO比如何，與國際先進水平比如何，均無從得知，也無法有根據地對其實施進一步的能效提升改造，因此，建設FPSO綜合能效管理具有重要意義[2]。

對于FPSO能效管理系統建設，國內外均起步較晚，也是近幾年才陸續開始建設，很多FPSO都尚未完成，基本停留在簡單的電能計量階段。而對于生產系統主輔機設備和重點能耗設備的能效管理，基本還處于空白階段。FPSO能效管理系統的構建既要綜合考慮對發電機組、熱介質鍋爐、惰氣系統等一次能源消耗的核心設備及工藝的能效監測分析，也需要覆蓋各類泵系統、各類空氣（壓縮空氣、氮氣等）系統、空調系統、照明系統等主要用能子系統的綜合能效，還要兼顧各類產品單耗的統計分析與對標考核，對數據來源、采集方式、通信協議、數據存儲、可視化展現形式等各個方面都提出了非常高的要求[3]。

2 FPSO綜合能效管理系統設計

2.1 系統微服務架構

FPSO能效綜合管理系統基于微服務架構設計，前端底層采用Vue/ElementUI/Jquery/Bootstrap實現，前端和Controller交換數據基于Json格式。業務端基于Springboot、SpringMVC、JPA、SpringData技術構建，對于復雜的系統則采用Spring Cloud對服務進行拆分。FPSO智能機綜合能效管理系統采用紫金橋實時庫實現實時數據接收、存儲、報警、歷史數據查詢等，采用MySQL數據庫實現關系數據的存儲、轉化等。蒲偉（2021）站在海油發展的整體數字化建設規劃的層面，提出了基于微服務的軟件開發框架的探索與思考，重點研究了基于微服務的敏捷交付軟件開發框架[4]。

2.2 系統數據流設計

由于FPSO上的綜合能效監測數據種類較多，包括電、水、壓縮空氣、原油、柴油、煙氣參數、溫度、壓力、流量、液位、產量等，部分數據直接來源于已有監測儀表，部分數據需要加裝或升級監測儀表，部分數據來源于其他子系統，還有部分數據來源于日常手工填表的Excel報表，數據來源非常豐富，因此整個系統數據流的設計需要綜合考慮上述各種需求，具體數據流見圖1。

圖1 FPSO綜合能效管理系統數據流圖

2.3 多通道儀表監測架構設計

在FPSO上實施能效綜合管理系統與陸地不同，施工難度較大，各類表計的數據采集通道設計與傳統系統也存在較大差異，智能電表、流量計等儀表數據的采集監測必須結合海上施工的各類限制重新設計。海上儀表通信采集的困難有舊儀表無通信接口、Wi-Fi網絡實施物理隔離、安全防爆防腐等，因此，FPSO綜合能效管理系統應采取多通道儀表監測架構，綜合采用RS-485、低壓電力載波、Lora低功耗無線網絡、以太網、光纖專網等多種通道實現各類數據的在線采集監測，具體通信架構見圖2。

圖2 FPSO綜合能效管理系統通信架構示意圖

2.4 多渠道數據采集架構設計

根據數據流圖可知，FPSO能效綜合管理系統的數據來源較為多樣化。FPSO綜合能效管理系統可以與其他系統實現數據交互，但仍然需要采集后續加裝的電能采集終端、智能能源網關、集中器、采集器、PC機等各類數據源，因此應采取多渠道數據采集架構，綜合各類通信協議實現跨設備數據采集，完成大部分信息孤島的數據整合功能。FPSO能效綜合管理系統的多通道數據采集架構見圖3。

圖3 FPSO能效綜合管理系統的多通道

FPSO能效綜合管理系統在構建過程中，根據儀器儀表、傳感器等的技術參數、安裝位置、敷線方便性、通信可靠性、數據傳輸量、數據采集實時性等各類綜合性要求，選擇匹配的通信協議和通信設備，應用多通道數據采集架構實現FPSO上各類能效相關數據的采集傳輸。

3 FPSO綜合能效管理系統功能及應用

FPSO綜合能效管理系統包括設備能耗效率、供水單耗、供氣單耗，并與國家標準值或行業標準進行對標，分析進一步提升能效的空間，計算節能潛力等。系統采用B/S架構，通過WEB發布的方式，系統研究實現的主要功能模塊見表1。

表1 FPSO綜合能效管理系統主要功能模塊表

4 結論

FPSO綜合能效管理系統在海洋石油111FPSO上進行了實施和應用，系統能夠充分利用智能平臺的數據資源實現不同子系統之間的數據共享，實現了綜合能效數據、權限和應用等多個層面的整合，對能耗、能效、單耗等各個維度的指標完成了基礎建模和統計分析，應用效果良好。系統在能耗監測與統計、能效分析與對標、單耗核算與對標、節能潛力分析與挖掘、碳足跡分析、碳排放管理、電能品質監控與預警、關鍵設備監控與運維等各個方面提供了直觀而便捷的能效管理，實現了FPSO上主要設備的實時用能監測、能效管理以及遠程管控，節能降碳的效果非常顯著，值得推廣應用。