臨時(shí)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(shí)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(jiǎn)述了臨時(shí)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(chǎng)的安裝調(diào)試等幾個(gè)方面介紹了過(guò)往幾年中的一些經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)。同時(shí)在現(xiàn)場(chǎng)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(shí)電站

引言

海洋石油工業(yè)作為一個(gè)分秒必爭(zhēng)的行業(yè)，整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)的在線時(shí)率是評(píng)價(jià)一個(gè)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(gè)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(dòng)力，對(duì)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(shí)，組織建立起一套獨(dú)立的臨時(shí)電力系統(tǒng)就是最迅速、有效且經(jīng)濟(jì)的應(yīng)對(duì)辦法之一。下面就以渤海曹妃甸油田為例，探討我們?cè)谶^(guò)去幾年FPSO的主電力系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題的情況下，是如何通過(guò)在各個(gè)井口平臺(tái)安裝臨時(shí)電站最大限度地保證原油和天然氣生產(chǎn)的。

1 臨時(shí)電站的應(yīng)用

曹妃甸油田的主電力系統(tǒng)采用了目前國(guó)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(gè)主電站，電站除了為本設(shè)施供電外還為周邊功能相對(duì)簡(jiǎn)單的集輸和井口平臺(tái)供電。然而這種設(shè)計(jì)的問(wèn)題是一旦油田最核心的電力系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題，就會(huì)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(lái)，海洋石油112的單點(diǎn)電滑環(huán)數(shù)次燒毀導(dǎo)致各平臺(tái)的主電力系統(tǒng)無(wú)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(shí)期的一半左右，而且更大的問(wèn)題是故障滑環(huán)維修期間平臺(tái)就無(wú)法依靠主電生產(chǎn)了。因此如何在最短時(shí)間內(nèi)建立起一套臨時(shí)電力系統(tǒng)給平臺(tái)供電保證生產(chǎn)就成了迫在眉睫的問(wèn)題。

首先是臨時(shí)發(fā)電機(jī)組的選擇，在相對(duì)特殊的海洋石油環(huán)境建立臨時(shí)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(dòng)大，平臺(tái)的空間有限且海洋環(huán)境相對(duì)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(shì)在這里就體現(xiàn)出來(lái)了。柴油發(fā)電機(jī)組是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，一般由發(fā)動(dòng)機(jī)（提供動(dòng)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(dòng)迅速，故障率低，維修技術(shù)成熟。通過(guò)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(tái)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(tái)自身的實(shí)際情況，考慮各個(gè)負(fù)載的類型、容量、使用頻率等因素有針對(duì)性地配屬相應(yīng)型號(hào)和臺(tái)數(shù)。平考慮選用臨時(shí)發(fā)電機(jī)組時(shí)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(dòng)化功能等。

平臺(tái)低壓盤按負(fù)載類型能夠分成兩類，一個(gè)是公用電力系統(tǒng)，其對(duì)應(yīng)臨時(shí)發(fā)電機(jī)的選擇基本可以參照平臺(tái)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(tái)油井電泵的供電系統(tǒng)，一般宜選用容量適合的無(wú)刷勵(lì)磁400V/50Hz高速增壓柴油發(fā)電機(jī)組。對(duì)于容量的確定，作為長(zhǎng)時(shí)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(tái)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(tái)所采用的變頻電潛泵負(fù)載波動(dòng)較大且產(chǎn)生的諧波嚴(yán)重，我們選用的單臺(tái)發(fā)電機(jī)組容量應(yīng)該為對(duì)應(yīng)配電盤下常用負(fù)載的1.5倍左右。同樣考慮到多臺(tái)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(shí)，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(tái)甲板上擺放。

1.2 臨時(shí)電站的安裝與調(diào)試

臨時(shí)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(xiǎn)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(duì)所有發(fā)電機(jī)組還應(yīng)做測(cè)試，如有條件的話最好完成滿載性能測(cè)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(tái)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(tái)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(duì)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(guò)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(gè)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(tái)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(tái)的季節(jié)性常風(fēng)向來(lái)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(guò)冷卻器出風(fēng)方向頂風(fēng)而造成風(fēng)阻過(guò)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(shí)我們立即組織用腳手架和帆布搭建擋風(fēng)墻臨時(shí)解決了這一問(wèn)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(wèn)題的產(chǎn)生。由于柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)起來(lái)振動(dòng)較大且同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)臺(tái)發(fā)電機(jī)組有產(chǎn)生共振的可能，對(duì)發(fā)電機(jī)組自身和平臺(tái)其他設(shè)備都是個(gè)潛在隱患，所以建議機(jī)組撬塊裝配上防震緩沖塊。

主動(dòng)力電纜的鋪設(shè)和連接占據(jù)了臨時(shí)電站海上安裝的大部分工作量，我們通常的做法是將平臺(tái)主電高壓配電盤去每個(gè)低壓電潛泵配電盤的VCB脫開，斷開主電后直接將臨時(shí)發(fā)電機(jī)的動(dòng)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(jí)保護(hù)又能保證系統(tǒng)在最短時(shí)間內(nèi)接入。動(dòng)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(duì)應(yīng)低壓盤母排的位置，盡量避開平臺(tái)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(shí)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(guò)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(shí)母排上的螺栓應(yīng)按照規(guī)范扭矩緊固，防止連接松動(dòng)造成局部溫度過(guò)高甚至引發(fā)事故。

圖1 臨時(shí)配電系統(tǒng)示意圖

附屬設(shè)備的安裝，主要是臨時(shí)柴油罐的擺放應(yīng)該遠(yuǎn)離熱源，方便加油作業(yè)，同時(shí)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(duì)位置和距離要保證控制回路和動(dòng)力電纜的合理鋪設(shè)。再有就是通過(guò)引入來(lái)自平臺(tái)中控系統(tǒng)的2B級(jí)關(guān)停信號(hào)連接到發(fā)電機(jī)的緊急停車回路上，把臨時(shí)電站納入到整個(gè)平臺(tái)的安全保護(hù)系統(tǒng)之中。

待所有設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)安裝完畢并檢查無(wú)誤后就可以開始發(fā)電機(jī)組的空載測(cè)試，測(cè)試之前應(yīng)該將所屬平臺(tái)火氣探測(cè)區(qū)域的煙霧和可燃?xì)馓筋^暫時(shí)屏蔽，因?yàn)椴裼蜋C(jī)冷車啟動(dòng)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(cè)試至少持續(xù)20分鐘，期間平臺(tái)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(hào)停止發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)以完成功能測(cè)試。

圖2 緊急關(guān)停信號(hào)連接示意圖

2 臨時(shí)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(duì)于臨時(shí)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(shí)發(fā)電機(jī)安裝運(yùn)維管理程序》是整個(gè)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(chǎng)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(shí)電站的現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)

臨時(shí)電站現(xiàn)場(chǎng)的維護(hù)管理首先是對(duì)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(lái)幫助現(xiàn)場(chǎng)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(duì)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(guò)一段時(shí)間的跟蹤分析可以評(píng)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(gè)品牌、型號(hào)的發(fā)電機(jī)不同細(xì)化制定針對(duì)每一臺(tái)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(gè)配電盤的容量、正常運(yùn)行時(shí)的負(fù)載和每口油井的配產(chǎn)、能耗、日產(chǎn)量等等信息來(lái)確定每個(gè)低壓盤甚至是每口油井的啟停優(yōu)先級(jí)，特別是在緊急情況下這能非常大地提高現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)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(huì)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(duì)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(shí)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(tái)裝載柴油還是給各個(gè)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(tái)的固定設(shè)備和流程操作。但是由于臨時(shí)電站的柴油消耗量很大，超過(guò)了平臺(tái)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(shí)油罐。對(duì)于臨時(shí)柴油罐，前面提到過(guò)必需使用符合要求的罐體，臨時(shí)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(shí)，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(chǎng)有人監(jiān)護(hù)。因?yàn)槠脚_(tái)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(shí)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(chǎng)安全管理

現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)過(guò)程和環(huán)境的安全管理是整個(gè)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(chǎng)的每一個(gè)環(huán)節(jié)。臨時(shí)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(xiǎn)分析，并通過(guò)班前會(huì)的形式將安全隱患和控制措施都灌輸?shù)矫恳粋€(gè)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(tái)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(gè)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(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題立即整改，并且長(zhǎng)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(xiǎn)復(fù)雜作業(yè)，所以我們特別針對(duì)臨時(shí)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(gè)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(zhēng)取一旦出現(xiàn)特殊應(yīng)急情況能夠充分調(diào)動(dòng)各種資源高效反應(yīng)。同時(shí)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(yǔ)

曹妃甸油田由于其單點(diǎn)電滑環(huán)的問(wèn)題在過(guò)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(tái)臨時(shí)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(guò)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(zhǎng)的一次恢復(fù)時(shí)間甚至長(zhǎng)達(dá)近四個(gè)月，但是我們認(rèn)真對(duì)待、潛心研究每一次問(wèn)題、每一個(gè)故障，相應(yīng)的應(yīng)對(duì)策略和解決方案都有了長(zhǎng)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(guò)在3各井口平臺(tái)建立臨時(shí)電站提高整個(gè)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(shí)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(gè)作業(yè)支出的設(shè)備租賃、安裝運(yùn)維、電纜采購(gòu)和柴油消耗費(fèi)用等總共只有不到1150萬(wàn)元，這還不考慮其在滑環(huán)維修期間對(duì)平臺(tái)公用電力系統(tǒng)的貢獻(xiàn)。在這里把我們歷次的作業(yè)過(guò)程中的一些心得、不足都分享出來(lái)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(wèn)題是提供參考，亦可在新設(shè)施的設(shè)計(jì)建造過(guò)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》