海上石油生產設施常見節能降耗措施

許鵬飛

（中海石油（中國）有限公司蓬勃作業公司，天津 300452）

0 引言

堅持綠色發展，必須堅持節約資源和保護環境的基本國策，堅持可持續發展，堅定走生產發展、生活富裕、生態良好的文明發展道路，加快建設資源節約型、環境友好型社會。習近平總書記在第七十五屆聯合國大會上宣布，我國力爭于2030 年前碳達峰，努力爭取2060 年前實現碳中和。這要求我們全面節約和高效利用資源，樹立節約集約循環利用的資源觀。

“綠水青山就是金山銀山”。石油石化行業作為我國國民經濟的支柱產業，既是能源生產企業，也是能耗大戶，提高能源和資源的綜合利用水平以及減少能源消耗、降低碳排放已經成為海洋石油開采行業最迫切的任務。

作為我國第一大原油生產基地的渤海油田以老設施居多，貫徹綠色發展、低碳發展理念的基礎工作之一就是采用先進節能技術和設備，不斷提高能源利用效率。因此，本文將近年來海上油田在節能降耗方面的良好作業時間進行總結，為今后技能減排項目的挖掘與實施提供參考。

1 海上石油生產設施常見的節能降耗措施

1.1 天然氣回收與利用

天然氣是石油開采過程當中的伴生氣，海上油氣田或陸地終端處理廠天然氣的主要成分是甲烷、乙烷、丁烷、二氧化碳以及少量其他氣體成分。目前在渤海油田實施的天然氣回收利用主要體現在3 個方面。

（1）將天然氣用作燃料氣：油田天然氣作為燃料氣，為海上平臺的燃氣輪機發電機組、熱介質鍋爐（加熱爐）、燃驅壓縮機組的原動機等提供燃料，典型項目如秦皇島32-6 油田天然氣利用項目、蓬勃作業公司的天然氣利用項目、曹妃甸FPSO 天然氣綜合利用項目等。將天然氣作為燃料氣是目前海上石油生產設施天然氣主要的利用方式，因為一般情況下，海上石油生產設施距離陸地較遠，需要利用設施發電機發電來為油田提供動力，將天然氣作為燃料既可以將天然氣充分利用，又為透平發電機等提供了燃料。

（2）管道輸送：利用海底管線將天然氣輸送至陸地終端處理廠，經處理后送至下游用戶使用，或將天然氣外輸至區域氣管網，實現周邊區域天然氣資源互補，減少放空，如渤西南聯網供氣、蓬萊及曹妃甸油田天然氣外輸項目等。

（3）回注地層：天然氣回注是指將天然氣進行除液、增壓后用做氣舉氣（保證生產）和注氣（維持油藏壓力）等使用，其必要前提是要有大量且穩定的氣源，主要關鍵設備是注氣高壓壓縮機、注氣滌氣罐、注氣調儲罐等。

1.2 余熱利用

海上油氣田的余熱資源主要包括煙氣余熱、缸套水余熱以及生產余熱等。其中煙氣余熱主要包括發電機組、燃驅壓縮機組、熱介質鍋爐等設備的煙氣余熱等[1]。目前在渤海油田較為成熟的余熱利用方式主要有以下6 種。

（1）燃氣透平發電機組和余熱鍋爐。這種方式是在燃氣透平發電機組排氣側加裝余熱導熱油爐，并配備相應的封閉式導熱油系統（包括熱介質循環泵、熱介質膨脹罐、換熱器等），余熱鍋爐吸收透平煙氣余熱，加熱來自熱介質循環泵的熱介質油，送至熱用戶，以節省燃氣/燃油鍋爐燃料消耗。

這種方式在燃氣透平發電機組排氣側還可以加裝余熱蒸汽鍋爐，配備鍋爐水循環供給系統，余熱蒸汽鍋爐吸收煙氣余熱，加熱鍋爐內水為蒸汽，供給用戶，蒸汽至用戶后冷凝成的液態水，在系統內循環利用，達到余熱回收的目的。

（2）熱介質鍋爐和溴化鋰空調機組。這種方式利用鍋爐煙氣，通過煙氣換熱器換熱置換出熱水，驅動溴化鋰空調機組，產生冷水或熱水，供冬季采暖和夏季制冷所需。典型項目如綏中36-1 終端處理廠溴化鋰空調改造項目。

不同于常見的家用壓縮式空調制冷，溴化鋰空調屬于吸收式制冷，利用蒸發吸熱的原理設計，是以蒸汽為動力，以水及水蒸氣為制冷劑、以溴化鋰溶液為吸收劑的制冷設備，可制取5～10 ℃的冷水，作為大型中央空調及工藝用冷的冷源。

（3）熱介質鍋爐和余熱鍋爐。采用煙氣余熱回收技術，充分提取、回收現有熱介質鍋爐排放的高溫煙氣廢熱，加熱閉式循環熱媒水，供冬季采暖用，典型項目如渤南終端處理廠廢熱回收項目。

（4）柴油機缸套水和海水淡化裝置或鍋爐和海水淡化裝置。利用柴油機缸套水余熱，實現海水淡化，典型項目如秦皇島32-6 油田FPSO 利用柴油機缸套水余熱進行海水制淡項目，以及蓬萊19-3 油田FPSO 利用鍋爐余熱進行海水制淡項目。

海上石油生產設施制取淡水一般有兩種模式：一是采用膜制取淡水方式，通常利用膜組的選擇透過性，對海水進行處理，來制取淡水；另外一種方式是采用真空式海水制淡裝置，其利用真空環境下，海水沸點降低的特性來制取淡水。其中，利用余熱制取淡水的海水制淡裝置，一般采用真式海水制淡裝置；利用柴油機缸套水或利用鍋爐尾氣加熱后的淡水作為熱源，利用海水作為冷卻和制淡的水源。該裝置具有動設備少、穩定性高、維護保養簡單等特點。以蓬勃作業公司FPSO 的海水制淡裝置為例，其采用阿法拉伐公司的機組，額定制取淡水量可達74 m3/d，其本體主要由3 組板式換熱器組成，結構簡單，常見故障情況為板式換熱器海水側臟堵導致換熱效率下降，造水量降低，此時只需將板式換熱器拆解清潔即可。

此外，為了充分利用生產流程當中的余熱，可以采用換熱系統+優化技術，即對整個設施的流程進行整體分析，充分利用流程的余熱或者冷源，涉及整體的換熱系統及流程，達到充分利用余熱的目的。

（5）燃氣透平發電機組和ORC 模塊進行熱電聯供方式。該方式是一種新型余熱利用的方式，即ORC 方案。利用導熱油來吸收燃氣輪機煙氣余熱，然后傳導給ORC 系模塊進行發電和產熱，達到提高利用率的目的，ORC 采用的是閉式循環，使用有機工質做工，若冷凝器采用海水冷卻或者空氣冷卻的話，則整個過程不消耗淡水，與常規的蒸汽循環發電相比，可以節省大量的水。

此外，余熱回收的方式還包括換熱系統的夾點優化技術，即對整個油田或設施的換熱系統進行綜合分析，充分利用流程過程中介質的特點，來對冷熱介質的換熱系統進行統一規劃和設計，以此達到降低能耗的作用。

（6）燃氣透平發電機組和余熱鍋爐和蒸汽輪機發電機組構成聯合循環發電方式。這種方式是在燃氣透平發電機組排氣側加裝中溫中壓余熱鍋爐，回收燃氣輪機煙氣余熱，產生中溫中壓過熱蒸汽驅動汽輪機發電。該方案中汽輪機發電機組有純凝式汽輪發電機組、補汽凝式汽輪發電機組和抽凝式汽輪發電機組3 種形式，前兩者蒸汽全部用于發電，后者則可抽出一部分蒸汽用于采暖或制冷。

1.3 區域電力組網

海上油氣田電力組網分為兩種情況，一種是涉及老油田改造的電力組網，另一種是新開發油田電力組網。對于老油田，通過電力組網可整合現有電站資源，起到電站共享設備、節能減排及解決電力瓶頸的作用，同時還能提高電網供電可靠性、抗干擾性與穩定性；對于新開發的油田，進行電力組網規劃更是能減少油田開發前期投資，提高經濟效益[2]。

海上電力組網已成為油氣田開發的新趨勢，開創了海上油氣田開發供電新局面，是海上油氣田供電技術的一大進步，具有十分重要的意義，為渤海油田的溫產增產發揮了重要作用[3]。

目前，在綠色發展的大背景下，渤海油田主動作為，依據自身地理優勢，逐步推進以岸電為主的新模式，即由陸地變電站為海上供電，一方面可以減少二氧化碳排放，另一方面也有利于油田電網的穩定。目前秦皇島32-6 作業公司、曹妃甸作業公司已經實現了岸電供電模式，其他油田岸電項目也在有序推進中。岸電的應用，標志著渤海油田進入了綠色發展的新時代。

1.4 永磁潛液式海水電泵的應用

永磁潛液式海水電泵是用于海洋環境中作為注水、消防或冷卻用的專用設備。由于電泵潛入海水中運行，因此，它具有安全防火、占地面積小、安裝方便、操作簡單和安全可靠等特點。

永磁潛液式海水電泵主要由海水電泵和永磁潛液式電機兩部分組成，其通過進水節連接成一體，電機在水泵之下，泵出口直接輸水管。

一般定工頻電機效率低，且在35%額定負載附近效率迅速下降，25%額定負載時效率從額定負載時的90%左右迅速下降至50%以下[4]。永磁同步電機具有高效率、體積小、低噪聲、功率因數高、功率密度大等優點，尤其在工況變化大時仍可保持高效運行，轉速可調，提高關鍵零部件的同心度，減少泵內部葉輪和口環的磨損，延長電機軸承的壽命。永磁潛液式電機采用石墨徑向滑動軸承和扇形塊止推滑動軸承，使用壽命長，承載能力強。止推軸承座設有球形支撐，具有自調平功能。電機內充液保證線圈充分冷卻，同時為滑動軸承提供潤滑冷卻介質。電機底座處設有壓力調節囊，能平衡不同淹深下的內外壓力，保證電機軸伸處密封可靠。電機轉子采用永磁材料，效率高，功率因數高，體積小，質量輕。

永磁電機具有寬經濟運行范圍、節能效果顯著的特點，功率因素大于0.95，配套智能變頻控制，在25%～140%額定負載范圍，均在高效區運行。

1.5 電網無功補償及諧波治理

由于海上石油生產設施一般遠離陸地，無法實現陸地電網供電，一般采用平臺自有發電機組進行供電，為海上平臺上的采油、注水、外輸、鉆修機以及生活等負荷供電。海上石油生產設施的主要用電負荷包括各種泵類、壓縮機、風機等設備。近年來，海上油田日益采用高技術、高效益的交直流傳動系統，同時為適應地層工藝采油方式對液量不斷變化開采的要求，變頻技術大量應用，同時隨著自動化控制水平的不斷提高，半導體整流裝置在油田電力系統中的應用也日益增多。上述技術的廣泛應用，一方面使電網節能及控制水平得到提高，另一方面也使油田電纜功率因數偏低，電網諧波含量大幅增加，導致電網供應質量下降[4]。因此，電網的無功補償和諧波治理工作顯得尤為必要。

其中，無功補償的方式主要有靜態無功補償和動態無功補償兩類。諧波的治理，必須根據具體情況采取具體的措施，最根本的方法是抑制諧波電流，可通過安裝有源或無源濾波裝置實現諧波的治理[5]。

1.6 柴油驅動改電驅動

在生產設施上有很多裝置是依靠柴油作為動力源的，如柴油機驅動吊車、柴油驅動鉆修機等。為了進一步降低二氧化碳排放量，目前渤海油田正在逐步實施柴油驅動設備改為電驅或雙驅工作。

1.7 其他節能降耗措施

除了上述節能降耗措施外，各海上石油生產設施還根據自身的流程及設備特點，大力推行節能降耗措施的現場應用，主要包括變頻技術的應用、燈具的智能化改造等。

2 結束語

目前，我國已經進入追求高質量發展的新階段，作為能源供給的主力軍，同時也是能源消耗大戶的海上石油生產設施，必須進一步在節能降耗上積極探索，形成一套完備的、適用于海上設施的節能降耗體系，為積極踐行綠色發展之路和高質量發展貢獻力量。