海上油田生產平臺燃氣發電機組的選型

把全龍，侯辰光，郭 金，梁建斌，冀光峰

（中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津 300450）

0 引言

根據區塊方案規劃，將在渤海某區域新建一座中心處理平臺A，整個該區域油田的物流將全部輸送至A 平臺，在其上進行分離和處理；分離出的伴生氣經壓縮機增壓后部分進入該平臺的燃料氣處理系統，為平臺主電站提供燃料氣，剩余氣量與處理后的含水原油一起混輸至已建的B 平臺。在中心處理平臺A上設有主電站，為自身及區域周邊其他平臺供電。A 平臺的物流輸送至B 平臺后，經分離出的伴生氣則為該平臺電站提供燃料氣，剩余氣體經過該平臺的注氣壓縮機增壓后注入地下儲存。

1 主電站發電機組型式選擇

主電站是海上油田工程的心臟，為整個工程的生產和生活等設施提供電力能源，以保證海上油田工程正常、連續、安全地進行生產。根據不同的油氣條件、建設規模、開采方式、操作運行等客觀條件，合理選用電站的發電機組，是為海上油氣開采提供安全、可靠、優質電力的先決條件。

海上油田的伴生氣一般不回收處理，多數情況下通過火炬燃燒掉，因此在電站原動機的選型方面，發動機的效率或燃料消耗量并不是首要考慮的問題。這也是以伴生氣為燃料的燃氣輪機電站在海上油田廣泛應用的重要原因之一。燃氣透平發電機組技術成熟、應用廣泛、出力規格的可選擇性多，在國內外及海洋平臺上均有較多應用業績，是已被證實的具有良好、可靠發電性能的電站類型。上述區域油田以產出原油為主，并在整個油田開發期間均有較豐富的伴生氣產出，可以作為燃料氣供給主電站使用，因此在中心處理平臺A 的電站宜采用燃氣透平發電機組。

2 燃氣透平發電機組的主要特點

（1）燃氣透平發電裝置重量輕、體積小。通常情況下，輕型燃氣透平發電裝置的單位質量約為6～9 kg/kW；各類中速往復機電站機組單位重量約為10～13 kg/kW；蒸汽輪機電站機組（含鍋爐）單位重量約為50～60 kg/kW。相比之下，燃氣透平發電裝置優勢明顯。

（2）燃氣透平發電裝置可成橇供應。它在油（氣）田工程現場安裝的工作量很少，為此非常適用于海上油（氣）田工程應用。

（3）燃氣透平發電裝置水、電和潤滑油消耗量少。燃氣透平發電機組耗水極少，甚至可以不用水，燃氣透平發電機組自用電也很少，許多機組可以無電源啟動，所需的潤滑油也明顯低于汽輪機及柴油機。

（4）啟動快，從冷態啟動、加速，直至帶上滿負荷，一般只需3～15 min。自動化程度高，現代燃氣透平發電裝置可通過微機進行控制，通過程序設定以實現啟動或停機，可實現程控、遙控和集中控制，便于實現機房的無人值守運行。

（5）燃氣透平發電裝置易磨損件少，連續運行可靠性高，維修方便。輕型燃氣透平發電機組輸出單位電功率的平均維修費用較中速往復機電站機組低約15%～20%。

（6）由于燃氣透平發電裝置主燃料是天然氣，現代燃氣透平發電裝置的排氣比較干凈，煙塵、CO、SO2、NOx和未燃碳氫化合物（UHC）的排放一般都能滿足嚴格的環保標準。燃氣透平為高速回轉機械，而且是橇裝形式，因此振動和噪聲也低于中速往復機。

燃氣透平發電機組擁有以上技術特點，因此，目前的海上油（氣）田工程的主電站主要采用這種機型作為原動機。

3 電站設計電負荷量的確定

根據油田生產、生活、消防等用電負荷的統計，按不同負荷分類，考慮相應的需要系數、同時系數，計算出平臺在整個開采期內分年的負荷要求，還應考慮某些時段內特殊工藝過程或操作情況下的負荷要求，啟動大容量電機的能力。結合以上各種要求，確定電站設計電負荷量。

中心處理平臺A 及周邊區域整體用電負荷如表1 所示。

表1 平臺A 及周邊區域整體用電負荷表 kW

電站機組設計電負荷量ND為：NDW=NWmax/a；NDS=NSmax/a。其中，NDW（或NDS）為主電站機組冬季（或夏季）總設計電負荷量，NWmax（或NSmax）為主電站機組在油（氣）田生產期內冬季（或夏季）設計需要的典型電負荷量；a 為主電站機組的設計負荷量，建議控制在80%～90%，最大值一般不宜超過90%。

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

因此，取設計電負荷量為30 000 kW。

4 電站的選型配置方案

根據油田用電負荷，結合廠家機組的可選規格，可參考的配置方案有：

（1）配置方案1：共設置3 臺發電功率約15 000 kW（35 ℃現場出力）的燃氣透平發電機組、二用一備，單機最大負荷率為83.86%（夏季）、85.51%（冬季）。

（2）配置方案2：共設置4 臺發電功率約10 000 kW（35 ℃現場出力）的燃氣透平發電機組、三用一備，單機最大負荷率為83.86%（夏季）、85.51%（冬季）。

對兩個方案的比較如表2 所示。

表2 電站選型配置方案對比

通過比選和研究，針對主電站的選型方案進行了研究分析：

（1）方案1 在占地面積上比方案2 增加較多，會帶來平臺面積的改變并影響平臺結構。

（2）方案2 的設備總體重量大于方案1，但是相差較小，不會對平臺結構造成影響。

（3）在設備總投資方面（初始投資+機組全周期維護費用），方案2 優于方案1。

（4）在可選目標機型上，方案2 主要有3 家機組可選。而方案1 則缺少合適機型。

（5）在操作和運行維護的安排上，方案2 比方案1 更靈活。

5 油田耗氣量與伴生氣產量比較

對歷年來的發電耗氣量與伴生氣產量的匹配性進行核算，結果如表3 所示。

表3 發電耗氣量與伴生氣產量的平衡核算表 Sm3/d

經計算，本油田伴生氣產量可以滿足自發電耗氣量需求共17 年，油田的經濟生產年限為17 年，可見燃氣電站的供電時間可以保障油田開采的經濟年限，因此認為油田自產伴生氣量能夠滿足自身的發電需求。

6 結束語

鑒于從合理控制設備占地、經濟投資等角度考慮，經過綜合比選，推薦在中心處理平臺A 上共設置4 臺（發電功率約10 000 kW、35 ℃現場出力）的燃氣透平發電機組，三用一備，單機最大負荷率為83.86%（夏季）、85.51%（冬季）。