海洋平臺綜合用水定額及節(jié)水潛力研究

來 遠，周 義，胡 斌，高 鵬(中海油研究總院，北京 100029)

淡水是海洋平臺維持油氣工藝生產(chǎn)及平臺作業(yè)人員生活的必要資源。一般地，近岸海洋平臺多借助供應(yīng)船輸運淡水，而遠海平臺則兼用海水淡化裝置作為平臺淡水的輔助供應(yīng)源。不論采用何種淡水供應(yīng)方式，海洋平臺的淡水用水成本都十分高昂。過去由于客觀條件的限制，國內(nèi)在實際設(shè)計中往往直接借鑒國外或陸上相關(guān)設(shè)計準則[1-3]，但由于不同國家、地區(qū)、文化背景的操作人員在工作生活習(xí)慣、經(jīng)濟發(fā)展水平上存在差異，加上不同準則研究及制定方法也有不同，不同設(shè)計準則規(guī)定的淡水定額往往差距較大，令人無所適從。另一方面，隨著目前海上石油工業(yè)的發(fā)展和技術(shù)的進步，成品藥劑、高度自控系統(tǒng)及免水工藝大大減少了平臺生產(chǎn)用淡水消耗量。

因此，在目前油價下行的情況下，通過研究提出、制定符合國內(nèi)海洋平臺實際的綜合用水定額標準，同時以定額促進管理部門強化平臺管理，減少淡水消耗是十分必要的。

本文基于國內(nèi)多個海域海洋平臺的用水調(diào)查結(jié)果，同時結(jié)合渤海某平臺詳查結(jié)果，對海洋平臺淡水的用水特點、綜合用水量及節(jié)水能力進行了研究，推薦了符合國內(nèi)海上生產(chǎn)實際的綜合用水定額。

1 調(diào)查概況及用水結(jié)構(gòu)分析

1.1 調(diào)查概況及成果

本次調(diào)研的數(shù)據(jù)收集自國內(nèi)3大油氣作業(yè)海域：渤海、東海及南海，共計10個設(shè)施。由于目前海洋平臺生活樓給排水系統(tǒng)基本不具備用水分類計量的條件，平臺的總用水量計量根據(jù)平臺條件不同，采用不同的方式進行：對于供應(yīng)船供水平臺，采用平臺報表淡水耗量數(shù)據(jù)；對于部分自產(chǎn)淡水的平臺，采用記錄淡水罐在海水淡化系統(tǒng)工作間隔期液位變化的方式計量淡水耗量數(shù)據(jù)。其主要用水歷史記錄數(shù)據(jù)見表1，部分持續(xù)用水監(jiān)測數(shù)據(jù)見圖1。

表1 部分平臺主要用水歷史記錄Tab.1 Main fresh water consumption record for platform

圖1 部分平臺用水持續(xù)監(jiān)測數(shù)據(jù)Fig.1 Continuous Monitoring for platform fresh water consumption

1.2 海洋平臺淡水用水結(jié)構(gòu)分析

海洋平臺淡水按用途不同可以分為生活用水、生產(chǎn)用水和雜用水，為節(jié)約生活淡水用量，大部分海洋平臺生活樓采用海水作為沖廁水源。此外，根據(jù)被統(tǒng)計平臺的反饋情況，經(jīng)過多年技改，平臺基本無生產(chǎn)用淡水。因此，平臺總淡水消耗量主要由生活用水和雜用水組成。

通過對平臺進行的調(diào)查，平臺操作人員反映日常生活用水習(xí)慣基本與在家時類似，而平臺的住宿形式則與旅館、集體宿舍類似。通過參考相關(guān)規(guī)范[4]，結(jié)合平臺的實際生活情況和水源配置，不同平臺的用水結(jié)構(gòu)應(yīng)以住宅為主，綜合賓館飯店的用水特點，其值見表2。

表2 海洋平臺淡水用水結(jié)構(gòu) %Tab.2 Fresh water consumption structure for platform

從平臺生活樓淡水日常生活用水結(jié)構(gòu)來看平臺生活樓用水中，淋浴用水占用比例較大，而集中式洗衣房及餐廳用水量也占較大比例。通過對平臺情況的了解，海洋平臺實際用水量與平臺生活管理、淡水系統(tǒng)設(shè)置及淡水供應(yīng)狀況有較大關(guān)系。

而平臺雜用水使用量基本固定，主要用于平臺甲板面及設(shè)備沖洗，其用量與平臺生產(chǎn)甲板的面積直接相關(guān)。

因此，淡水定額的編制不但需要考慮到涵蓋可能出現(xiàn)的用水情況，也需要通過合理的定額編制，促進用水單位節(jié)約用水，降本節(jié)能。

2 用水現(xiàn)狀分析

2.1 不同海域?qū)ζ脚_用水的影響

通過對2009-2014年渤海、南海海域9個平臺共計31個不同時段的人均用水量的統(tǒng)計結(jié)果，各海域人均用水量如圖2所示。

圖2 渤海、南海海域平臺人均用水量統(tǒng)計結(jié)果Fig.2 Water consumption per capita statistical result for platform in Bohai bay and South China Sea

由圖2可以發(fā)現(xiàn)，根據(jù)目前的調(diào)查統(tǒng)計數(shù)據(jù)，渤海與南海的人均用水量并無重大差距，這與常規(guī)的南海由于天氣炎熱用水量比渤海大的推論不符。即在目前人員流動加大和南北生活習(xí)慣融合的情況下，工作趨同，人員用水情況也趨同。

2.2 超員影響

根據(jù)現(xiàn)場實際反饋和統(tǒng)計的資料，不同海洋平臺實際平均滿員情況可由圖3表示。由圖3可知，實際生產(chǎn)中，一半以上平臺存在超員的情況，根據(jù)統(tǒng)計計算，其平均超員率為6.6%。為使制定的定額符合實際的用水需求，計算時需要將超員率納入考慮。

圖3 不同海洋平臺實際平均滿員率Fig.3 Full rate in different platform

2.3 平臺用水設(shè)施的影響

用水定額的制定應(yīng)該確定其各影響因素，隨后對各影響因素進行相關(guān)性分析，通過對不同影響因素在統(tǒng)計學(xué)意義上的相關(guān)性進行研究后，可以得出各相關(guān)因素的影響程度與關(guān)系，本研究采用SPSS軟件進行海洋平臺用水定額各相關(guān)影響因素的輔助分析工作。根據(jù)前期桌面研究、實地調(diào)查和資料收集的結(jié)果，海洋平臺的用水定額影響因素較為復(fù)雜，其總用水量影響因素主要是：平臺定員數(shù)、平臺實際人數(shù)、用水點數(shù)量。以上相關(guān)因素的相關(guān)性系數(shù)如表3所示。

表3 海洋平臺生活樓總用水量調(diào)查數(shù)據(jù)相關(guān)性分析Tab.3 Correlation analysis for platform fresh water consumption

從表3可見，平臺定員數(shù)、在位人員數(shù)量和平臺用水點數(shù)量與生活樓總用水量關(guān)系均較為密切，可以認為它們是平臺生活樓用水的主要影響因素。而通過對平臺人均用水量與用水點數(shù)量進行分析，平臺用水點數(shù)量與人均用水量為負相關(guān)，說明平臺生活樓生活用水設(shè)施的完善程度越高，越能促使平臺人員更為方便地使用淡水，同時避免跑冒滴漏，減少人均耗水量。同時，定員數(shù)、在位人員數(shù)量及用水點數(shù)量互相之間的相關(guān)性很高，可以認為是具有關(guān)聯(lián)性的自變量。

通過表3的分析，可以認為平臺定員數(shù)、在位人員數(shù)量是與平臺總用水量相關(guān)性最為密切的參數(shù)，考慮到用水定額主要用于設(shè)計階段及管理部門日后管理，因此，以平臺定員數(shù)作為用水定額的核算單位，以平臺實際在位人數(shù)作為用水定額的計算單元是較為合理的研究方式。

3 用水定額分析

3.1 用水定額及表征方法

海洋平臺綜合用水定額關(guān)系到平臺用水單位的允許用水量，也與海上作業(yè)運行費用息息相關(guān)。一般地，海洋平臺按照生活樓定員來確定生活支持設(shè)施規(guī)模，所以海洋平臺生活樓的用水定額指標采用L/(人·d)。

3.2 用水定額計算及先進性水平分析

一般來說，用水定額的計算與編制常采用經(jīng)驗法、統(tǒng)計分析法、類比法、技術(shù)測定法、理論計算法等不同方法[5]，本次海洋平臺綜合用水定額的計算首先采用回歸分析對用水定額進行計算，隨后使用統(tǒng)計分析法對數(shù)據(jù)進行平均先進值的計算，然后利用概率測算法對結(jié)果進行先進性檢驗，最后根據(jù)先進性檢驗結(jié)果，配合生產(chǎn)實際情況、超員情況和保障率要求確定最終用水定額值，從而使該用水定額能滿足絕大部分用戶的需求，并促進海洋平臺用水先進性水平的提升。

3.2.1回歸分析

根據(jù)前述的分析分別對總用水量及在位人員數(shù)量進行回歸分析，其回歸方程如下(回歸曲線見圖4)：

Q=0.146N1.0651R=0.912，R2=0.832,sig=0 (1)

式中：Q為總用水量，m3/d；N1為在位人員數(shù)量；R為復(fù)相關(guān)系數(shù)；R2為樣本決定系數(shù)；sig為顯著性水平。

圖4 總用水量及在位人員數(shù)量回歸曲線Fig.4 Total water consumption-staff number regression curve

根據(jù)目前海洋平臺的生活樓標準定員設(shè)置規(guī)定，生活樓按定員人數(shù)分為10、40、60、80、100、120共6種規(guī)格?？紤]到2.2節(jié)所述的超員率，結(jié)合回歸方程式(1)，對于不同人數(shù)時的用水量及考慮超員后的折算用水量可以由表4表示。

表4 生活樓不同人數(shù)時的用水情況Tab.4 Calculated fresh water consumption in different staff number

國內(nèi)海洋平臺生活樓最大標準定員為120人，考慮到平均超員人數(shù)的影響，故取考慮超員影響后的基礎(chǔ)人均用水量作為概率測算依據(jù)，其最小值為170.6 L/(d·人)，最大值為200.1 L/(d·人)。

3.2.2二次平均及概率測算

一般地，由于簡單算術(shù)平均往往容易導(dǎo)致數(shù)據(jù)過于保守，為了避免此問題，常常采用二次平均法對統(tǒng)計數(shù)據(jù)進行處理。

先進性概率測算則是根據(jù)統(tǒng)計參數(shù)，按照人均用水量的二次分布，對各用水量數(shù)據(jù)進行概率測算。

根據(jù)目前收集的各海洋平臺的用水資料，首先對統(tǒng)計數(shù)據(jù)進行算術(shù)平均、二次平均計算，隨后對所取得的結(jié)果結(jié)合回歸分析進行先進性概率測算，取得了各均值的概率測算結(jié)果，如表5所示。由表5可知，不同的用水定額對應(yīng)不同的先進水平，即目前條件下用水定額的可實現(xiàn)性，因此確定先進水平成為了確定生活樓用水定額的關(guān)鍵。

表5 計算用水定額及先進性Tab.5 Calculated water quotas and advanced level

表6是幾個不同地區(qū)的用水定額先進水平值。由表6可知，不同區(qū)域、行業(yè)根據(jù)其地域、用水習(xí)慣、缺水程度不同，其用水定額先進水平不同，可見綜合用水定額應(yīng)根據(jù)不同地區(qū)、行業(yè)的實際情況，在促進節(jié)約用水的基礎(chǔ)上，科學(xué)確定定額。在目前國內(nèi)海上石油實際的生活、生產(chǎn)狀況下，建議目前海洋平臺基礎(chǔ)用水定額q′a可按照170.6～200.1 L/(人·d)選取，其對應(yīng)的先進水平為29%～49%。考慮到超員影響，則人均用水定額可以按照187.7～213.5 L/(人·d)考慮。

表6 不同地區(qū)用水定額先進水平Tab.6 Advanced levels in different area

4 節(jié)水潛力研究

4.1 理論節(jié)水潛力

一般地，對于一定統(tǒng)計范圍內(nèi)的用戶，由于可能存在用水習(xí)慣、人員數(shù)量、管理程度的不同，一定會有一定的超過用水定額的用戶存在。理論節(jié)水能力是指在按照目前的基礎(chǔ)用水定額嚴格進行用水管理的條件下，統(tǒng)計范圍內(nèi)的用戶最多可以減少的總用水量的潛力，即：

(2)

根據(jù)收集的資料，在不考慮超員的影響的基礎(chǔ)上，基礎(chǔ)用水定額如果采用200.1 L/(人·d)，節(jié)水能力為9.06%。

4.2 實測節(jié)水潛力

理論節(jié)水潛力計算值如果要作為決策部門進行用水管理、節(jié)水考核的主要依據(jù)，必須符合如下2個前提：①用水定額先進水平是合理的；②平臺的管理水平可以滿足節(jié)水管理要求。

為驗證以上問題，通過現(xiàn)場實測，對極端情況下最大節(jié)水潛力進行了測定。渤海某中心平臺由于冬季季風(fēng)影響，淡水供應(yīng)船暫時無法靠岸，淡水供應(yīng)短缺。在該情況下，其管理人員自12月1日起對生活樓淡水用量進行了強制節(jié)水，措施如下：①限制每日洗澡時間為早晚各1 h，其后停水；②限制洗衣房洗衣數(shù)量；③廚房洗菜洗碗及生活必須供水加強管理，但不強制限制。在嚴格執(zhí)行該管理條例的情況下，平臺人均生活樓淡水耗量變化的實測結(jié)果如圖5所示。

圖5 渤海某中心平臺生活樓淡水實際用量Fig.5 Fresh water consumption in Bohai Bay platfrom

由以上數(shù)據(jù)可知，在嚴格執(zhí)行缺水管理的條件下，平臺人均淡水耗量降低了約40%，遠遠超過了理論節(jié)水潛力的分析結(jié)果。因此可以得出以下主要結(jié)論。

(1)根據(jù)表2所示的海洋平臺生活樓的用水結(jié)構(gòu)，海洋平臺淡水的節(jié)水管理主要應(yīng)著眼于洗浴用水量的控制。

(1)4.1節(jié)所述的理論節(jié)水潛力是可以通過加強管理達到的。

(3)目前所確定的用水定額先進水平要求并不苛刻，平臺可以通過加強管理達到。

5 結(jié) 論

本次海洋平臺綜合用水定額編制研究過程充分考慮了海洋平臺現(xiàn)有的用水情況，考慮了平臺實際的人員超員情況，具有較強的科學(xué)性和可操作性。其主要結(jié)論如下。

(1)不同海域的海洋平臺人均淡水用量基本相同，可統(tǒng)一考慮。

(2)根據(jù)目前的統(tǒng)計結(jié)果，回歸方程Q=0.146N1.0651可以作為海洋平臺的統(tǒng)計回歸方程，該式可以指導(dǎo)平臺用水定額制定，更多的統(tǒng)計數(shù)據(jù)可以使回歸方程更為準確。

(3)海洋平臺綜合用水定額可按照187.7～213.5 L/(人·d)考慮，該值較常規(guī)的250 L/(人·d)的設(shè)計減少了15%以上的儲罐容積，若廣泛推廣，將產(chǎn)生很大的經(jīng)濟效益。

(4)本研究所確定的定額對應(yīng)的先進性水平為29%～49%，彈性相對較大，因此，對于部分補給困難的海洋平臺，在要求強化平臺淡水管理的基礎(chǔ)上，其淡水定額可以按照二次平均法的計算定額制定，并綜合考慮平臺超員可能性。

(5)根據(jù)目前的用水定額，其對應(yīng)的理論節(jié)水潛力為9.06%，該值是合理、可達到的，可以作為管理部門的一期節(jié)水管理目標。平臺節(jié)水的主要目標應(yīng)為淋浴用水，管理部門可通過淋浴刷卡計費、限時洗澡等措施控制平臺生活樓淡水耗量。

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