FPSO綜合能效管理系統(tǒng)開發(fā)及應用

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(jié)能降碳的政策要求，實現(xiàn)FPSO上主要用能設備的數(shù)據自動采集、傳輸、存儲和數(shù)據處理分析，掌握FPSO的真實能源現(xiàn)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(xiàn)狀，研究了綜合能效管理系統(tǒng)，并將系統(tǒng)在111FPSO上應用。系統(tǒng)在微服務接入、自動化多源數(shù)據采集、工業(yè)物聯(lián)網應用、電能質量診斷分析、重點工藝綜合能效分析、節(jié)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(xiàn)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(tǒng)，但主要是以單一能源監(jiān)測與計量、能源統(tǒng)計分析和生產單耗分析為主，并不具備重點能耗環(huán)節(jié)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(huán)節(jié)，如生產水泵系統(tǒng)、貨油泵系統(tǒng)、專用壓載泵系統(tǒng)、空壓機系統(tǒng)、氮氣機系統(tǒng)、配網電能質量等，運行現(xiàn)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(tǒng)建設，國內外均起步較晚，也是近幾年才陸續(xù)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(tǒng)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(tǒng)的構建既要綜合考慮對發(fā)電機組、熱介質鍋爐、惰氣系統(tǒng)等一次能源消耗的核心設備及工藝的能效監(jiān)測分析，也需要覆蓋各類泵系統(tǒng)、各類空氣（壓縮空氣、氮氣等）系統(tǒng)、空調系統(tǒng)、照明系統(tǒng)等主要用能子系統(tǒng)的綜合能效，還要兼顧各類產品單耗的統(tǒng)計分析與對標考核，對數(shù)據來源、采集方式、通信協(xié)議、數(shù)據存儲、可視化展現(xiàn)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(tǒng)設計

2.1 系統(tǒng)微服務架構

FPSO能效綜合管理系統(tǒng)基于微服務架構設計，前端底層采用Vue/ElementUI/Jquery/Bootstrap實現(xiàn)，前端和Controller交換數(shù)據基于Json格式。業(yè)務端基于Springboot、SpringMVC、JPA、SpringData技術構建，對于復雜的系統(tǒng)則采用Spring Cloud對服務進行拆分。FPSO智能機綜合能效管理系統(tǒng)采用紫金橋實時庫實現(xiàn)實時數(shù)據接收、存儲、報警、歷史數(shù)據查詢等，采用MySQL數(shù)據庫實現(xiàn)關系數(shù)據的存儲、轉化等。蒲偉（2021）站在海油發(fā)展的整體數(shù)字化建設規(guī)劃的層面，提出了基于微服務的軟件開發(fā)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(fā)框架[4]。

2.2 系統(tǒng)數(shù)據流設計

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

圖1 FPSO綜合能效管理系統(tǒng)數(shù)據流圖

2.3 多通道儀表監(jiān)測架構設計

在FPSO上實施能效綜合管理系統(tǒng)與陸地不同，施工難度較大，各類表計的數(shù)據采集通道設計與傳統(tǒng)系統(tǒng)也存在較大差異，智能電表、流量計等儀表數(shù)據的采集監(jiān)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，F(xiàn)PSO綜合能效管理系統(tǒng)應采取多通道儀表監(jiān)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(xiàn)各類數(shù)據的在線采集監(jiān)測，具體通信架構見圖2。

圖2 FPSO綜合能效管理系統(tǒng)通信架構示意圖

2.4 多渠道數(shù)據采集架構設計

根據數(shù)據流圖可知，F(xiàn)PSO能效綜合管理系統(tǒng)的數(shù)據來源較為多樣化。FPSO綜合能效管理系統(tǒng)可以與其他系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據交互，但仍然需要采集后續(xù)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(shù)據源，因此應采取多渠道數(shù)據采集架構，綜合各類通信協(xié)議實現(xiàn)跨設備數(shù)據采集，完成大部分信息孤島的數(shù)據整合功能。FPSO能效綜合管理系統(tǒng)的多通道數(shù)據采集架構見圖3。

圖3 FPSO能效綜合管理系統(tǒng)的多通道

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

3 FPSO綜合能效管理系統(tǒng)功能及應用

FPSO綜合能效管理系統(tǒng)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(yè)標準進行對標，分析進一步提升能效的空間，計算節(jié)能潛力等。系統(tǒng)采用B/S架構，通過WEB發(fā)布的方式，系統(tǒng)研究實現(xiàn)的主要功能模塊見表1。

表1 FPSO綜合能效管理系統(tǒng)主要功能模塊表

4 結論

FPSO綜合能效管理系統(tǒng)在海洋石油111FPSO上進行了實施和應用，系統(tǒng)能夠充分利用智能平臺的數(shù)據資源實現(xiàn)不同子系統(tǒng)之間的數(shù)據共享，實現(xiàn)了綜合能效數(shù)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(tǒng)計分析，應用效果良好。系統(tǒng)在能耗監(jiān)測與統(tǒng)計、能效分析與對標、單耗核算與對標、節(jié)能潛力分析與挖掘、碳足跡分析、碳排放管理、電能品質監(jiān)控與預警、關鍵設備監(jiān)控與運維等各個方面提供了直觀而便捷的能效管理，實現(xiàn)了FPSO上主要設備的實時用能監(jiān)測、能效管理以及遠程管控，節(jié)能降碳的效果非常顯著，值得推廣應用。