临时电站在海上设施的应用与探讨

彭 彬 刘瑜珩

（中海油能源发展采油服务公司曹妃甸FPSO作业公司 天津 300457）

临时电站在海上设施的应用与探讨

彭 彬 刘瑜珩

（中海油能源发展采油服务公司曹妃甸FPSO作业公司 天津 300457）

本文简述了临时电力系统在海洋石油渤海曹妃甸油田的应用，从发电机组的选型，设备、电缆的选用，海上设施现场的安装调试等几个方面介绍了过往几年中的一些经验和教训。同时在现场的设备安全管理方面展开了一定程度的探讨，希望能为油田今后的类似作业提供参考，也可供其它海洋石油设施的开发生产提供借鉴。

海上设施；发电机组；临时电站

引言

海洋石油工业作为一个分秒必争的行业，整个生产系统的在线时率是评价一个油田开发生产效率的关键指标之一。因此我们海上油气生产的主要任务就是在保证安全的前提下，克服地质油藏、天气海况、设备设施等各种客观条件的影响，尽可能地保持生产系统正常运转从而达到降低成本、提高收益。

电力系统作为一个海上油气生产设施的心脏，为所有的电气设备提供动力，对它我们除了做好日常的维保工作之外也应该做好一旦失去主电力系统情况下的应急方案。当油田主发、配电系统出现短期内难以恢复的故障时，组织建立起一套独立的临时电力系统就是最迅速、有效且经济的应对办法之一。下面就以渤海曹妃甸油田为例，探讨我们在过去几年FPSO的主电力系统出现问题的情况下，是如何通过在各个井口平台安装临时电站最大限度地保证原油和天然气生产的。

1 临时电站的应用

曹妃甸油田的主电力系统采用了目前国内外主流的设计方式，只在主力的综合生产处理设施海洋石油112FPSO上建立一个主电站，电站除了为本设施供电外还为周边功能相对简单的集输和井口平台供电。然而这种设计的问题是一旦油田最核心的电力系统出现问题，就会严重影响油田的正常油气生产。比较典型的情况是自2007年4月以来，海洋石油112的单点电滑环数次烧毁导致各平台的主电力系统无法正常供电，直接影响油田的原油日产量在滑环故障期间仅有正常生产时期的一半左右，而且更大的问题是故障滑环维修期间平台就无法依靠主电生产了。因此如何在最短时间内建立起一套临时电力系统给平台供电保证生产就成了迫在眉睫的问题。

首先是临时发电机组的选择，在相对特殊的海洋石油环境建立临时电站，选择哪种类型的发电机组必须考虑它自身的特点。海上油气生产设施的电力负荷容量较大且波动大，平台的空间有限且海洋环境相对恶劣，可供选择的燃料也比较单一，在常见的发电机组中柴油发电机组的许多优势在这里就体现出来了。柴油发电机组是一个复杂的系统，一般由发动机（提供动能）、发电机（产生电流）、控制系统和电力分配系统组成，具有单机容量较大，使用范围广、热效率高、燃油消耗低、启动迅速，故障率低，维修技术成熟。通过集装箱化的组装方式能够实现节省空间、占地较小，而且所使用的燃料—柴油易于在海上平台获取且方便保存。

1.1 发电机组的选型与配属

选定了柴油发电机后，我们就开始根据平台自身的实际情况，考虑各个负载的类型、容量、使用频率等因素有针对性地配属相应型号和台数。平考虑选用临时发电机组时主要应该考虑的因素主要包括机械与电气性能、机组的用途、负荷的容量与变化范围、机组的使用环境条件（包括海拔高度、气候条件、噪声）、自动化功能等。

平台低压盘按负载类型能够分成两类，一个是公用电力系统，其对应临时发电机的选择基本可以参照平台应急发电机的性能参数，而另一类也是占绝大部分负载的就是平台油井电泵的供电系统，一般宜选用容量适合的无刷励磁400V/50Hz高速增压柴油发电机组。对于容量的确定，作为长时间运转的发电机组，负荷曲线变化较大，机组容量、台数、型式的选择及机组的进行控制方式都应考虑变频电潜泵负载的特殊性。柴油机持续运行的输出功率，一般为标定功率的0.9倍，而最佳经济运行状态是在标定功率的75%-90%之间，再综合考虑井口平台所采用的变频电潜泵负载波动较大且产生的谐波严重，我们选用的单台发电机组容量应该为对应配电盘下常用负载的1.5倍左右。同样考虑到多台电潜泵负载所产生的谐波有可能叠加造成更大的影响，我们应该选用带隔离变压器的电子调速设备。同时，还应考虑发电机整撬布置应该尽可能紧凑，外形尺寸适合在相应的平台甲板上摆放。

1.2 临时电站的安装与调试

临时电站的发电机组在陆地准备就位后应在送出码头之前组织相关专业工程师进行检查，内容包括：设备是否符合在海上危险区或者安全区使用，外形尺寸是否符合要求，确保所有安全系统，超速装置和索具保护装置有效，备件、耗材齐全，操作维护人员具备相应的能力。此外，对所有发电机组还应做测试，如有条件的话最好完成满载性能测试以确保设备到达海上设施后立即可用且满足要求。发电机组吊装前，应充分考虑码头及平台吊车的吊装能力，如有必要应将油箱、水箱、排烟管等附件拆除，机油、冷却液、柴油放空，保证发电机撬块质量在吊车的起重能力以内。

海上跟部门根据提前得到的发电机信息计划好各台机组的摆放位置、朝向，电缆铺设的路由，相关附属设备、油罐的分布等，发电机到达海上设施后即开始就位和安装工作。对所有第三方设备首先是确认陆地检查的清单，然后按照程序进行电器和防爆电器设备的专项检查，检查通过后才能开始发电机的安装，完成安装后开始试机前应确认设备至少两个接地点连接完好。

发电机组的摆放应充分考虑整体重量，安装在主甲板上有大梁或者是支撑立柱的位置，确保整撬和单位面积质量都在平台甲板的荷载范围内。摆放朝向的确认主要是根据在发电机冷却器的进出风方向、平台的季节性常风向来确保发电机组的冷却系统工作在合适的环境。尤其是在大风情况下，我们遇到过冷却器出风方向顶风而造成风阻过大导致冷却效果不佳，发电机防冻液高温报警的情况，这时我们立即组织用脚手架和帆布搭建挡风墙临时解决了这一问题，避免了停电停产，但是如果在初期位置和朝向选择有充分考虑就可以避免问题的产生。由于柴油机运转起来振动较大且同时运转数台发电机组有产生共振的可能，对发电机组自身和平台其他设备都是个潜在隐患，所以建议机组撬块装配上防震缓冲块。

主动力电缆的铺设和连接占据了临时电站海上安装的大部分工作量，我们通常的做法是将平台主电高压配电盘去每个低压电潜泵配电盘的VCB脱开，断开主电后直接将临时发电机的动力电缆连进各电潜泵盘的进线开关上口母排，这样既保持了原有设计的各级保护又能保证系统在最短时间内接入。动力电缆的选择方面，我们的经验120mm2的三相交联聚乙烯铠装电力电缆是最合适的，一般6至8根并联能够满足负载容量的要求，弯曲度也可以保证铺设路径和两端母排连接的需要。电缆铺设的路径根据发电机和对应低压盘母排的位置，尽量避开平台的固定设备和逃生路线选择最短的路线。铺设应该按照海上电气规范，可以采用脚手架搭建临时电缆桥架再覆盖上木板保护，并排平铺并固定以避免发热，不允许过度弯曲和交叉。发电机电缆接线作业之前应严格按照海上作业规范，根据容量计算应该配接的电缆数量，做好双向隔离措施（发电机配电柜开关隔离，低压配电盘开关隔离）并挂牌，以防触电及电力返送损坏设备的事故。连接电缆时母排上的螺栓应按照规范扭矩紧固，防止连接松动造成局部温度过高甚至引发事故。

图1 临时配电系统示意图

附属设备的安装，主要是临时柴油罐的摆放应该远离热源，方便加油作业，同时要求柴油罐本身带有呼吸阀、液位指示和底部排放等装置。另外还有的发电机组是并车运行，并车盘的摆放也应充分考虑最佳电缆路径的选择，与发电机的相对位置和距离要保证控制回路和动力电缆的合理铺设。再有就是通过引入来自平台中控系统的2B级关停信号连接到发电机的紧急停车回路上，把临时电站纳入到整个平台的安全保护系统之中。

待所有设备现场安装完毕并检查无误后就可以开始发电机组的空载测试，测试之前应该将所属平台火气探测区域的烟雾和可燃气探头暂时屏蔽，因为柴油机冷车启动初期的燃烧效果普遍不太好，排出的浓烟可能导致部分火气探头的误报警。测试至少持续20分钟，期间平台人员应确认发电机油、水、电等各项运行状态正常，然后可以利用从中控引入的关停信号停止发电机运转以完成功能测试。

图2 紧急关停信号连接示意图

2 临时电站的安全管理

施工作业的安全管理一直是海上油气生产作业的重中之重，对于临时电站的应用和管理也是一样，安全是所有工作开展的前提。一套完整的《临时发电机安装运维管理程序》是整个工作开展的指导，完善各种工作规章制度以帮助现场各专业各岗位有序地开展工作，明确责任到人、到岗位以确保完成的效率和质量。

2.1 临时电站的现场维护

临时电站现场的维护管理首先是对维护人员的管理，确认承包商操作人员是有资质的且符合中海油海上作业基本要求，然后根据厂家提供的设备操作资料和生产操作方的经验制定具有可执行性的日常操作、巡检、故障维修和定期保养的制度。

我们制定并逐步完善了一些必要的文档和表格来帮助现场保质保量地执行一些具体工作，比如“发电机信息和状态跟踪表”能够帮助陆地和海上相关管理人员对发电机的性能参数的跟踪、紧急情况下的调配甚至通过一段时间的跟踪分析可以评估发电机的工作状态并以此作为设备停机维修或保养的依据。另外还有“发电机点检表”，根据每个品牌、型号的发电机不同细化制定针对每一台发电机的点检表，帮助承包商维护人员和海上一线操作工更加准确地监控发电机状态，分析一些故障可能的产生原因和解决办法。“柴油消耗和备品备件跟踪表”能够更好地帮助和督促发电机维护人员做好发电机组的耗材跟踪和计划性保养工作。再有就是“低压电潜泵配电盘状态信息表”，我们提前和地质油藏部门沟通，根据每个配电盘的容量、正常运行时的负载和每口油井的配产、能耗、日产量等等信息来确定每个低压盘甚至是每口油井的启停优先级，特别是在紧急情况下这能非常大地提高现场设备和生产的管理效率。所有这些表格都有明确的负责人或者岗位，现场领班和监督需要每天检查，陆地相关工程师和领导也会定期查看。此外，我们还有“发电机操作人员日常工作制度”，对操作人员自身和各种相关工作程序、注意事项都有详细的要求。这样明确的制度和责任分工确保了临时电站在海上设施的高效、安全运行。

2.2 柴油加注和转运的管理

不论是从工作船往平台装载柴油还是给各个发电机组加注柴油，我们的原则都是尽量使用原有平台的固定设备和流程操作。但是由于临时电站的柴油消耗量很大，超过了平台固定柴油罐的常规设计，而且考虑到极端天气的影响，我们不得不到一定数量的临时油罐。对于临时柴油罐，前面提到过必需使用符合要求的罐体，临时连接的加注和打油管线也应该优化流程，排除各种跑冒滴漏的隐患。

给发电机加注柴油时，操作人员一定要和中控密切配合，做到沟通畅通、全程现场有人监护。因为平台的固定柴油罐的入口基本都是在顶部，所以要避免从工作船装载柴油的同时给发电机加油，以防罐底的沉积污物进入发电机燃油管路。而发电机的供油路也最好选择双联滤器一用一备，这样即使在滤器堵塞的情况下也能够切换到另外一路实现在线更换滤芯，从而提高设备和油井的在线率。

2.3 现场安全管理

现场作业过程和环境的安全管理是整个系统能够稳定、安全运行的关键，我们严格安装海上作业的各种程序、制度和要求控制现场的每一个环节。临时发电机的安装调试和运行维保我们都联合陆地、海上还有承包商做了专项的作业风险分析，并通过班前会的形式将安全隐患和控制措施都灌输到每一个参与人员的思维里。在发电机维护人员按照制度操作、点检的基础上，平台的各部门也都加强了巡检和监督，专职安全员更是参与到每一个作业细节严格把关。我们还专门制定了专项的“隐患排记录表”，随时发现问题立即整改，并且长期跟踪。

2.4 应急反应体系

因为是非常规的高风险复杂作业，所以我们特别针对临时电站在海上油田设施的使用单独建立了一套应急反应体系，设立了作业公司陆地应急小组和海上油田应急响应小组以及一个陆地支持小组。各小组之间有明确的应急事件汇报和处理流程，与有限公司应急指挥中心也建立了沟通汇报的渠道，争取一旦出现特殊应急情况能够充分调动各种资源高效反应。同时也制定了相关的应急预案和应急演习计划，并且周期性组织演习，演习之后还要进行总结和记录。

结语

曹妃甸油田由于其单点电滑环的问题在过去近十年里多次碰到电力系统的瓶颈，我们也在历次组织井口平台临时电站保障海上油气设施的生产和生活用电的作业过程中也收获了不少经验和教训。

由于单点高压电滑环的特殊性，我们最长的一次恢复时间甚至长达近四个月，但是我们认真对待、潜心研究每一次问题、每一个故障，相应的应对策略和解决方案都有了长足的改善。以2013年我们恢复最快的一次为例：3月17日凌晨单点高压电滑环故障，油田电力仅由唯一的一组滑环TR-9002支撑，勉强能维持油矿3238方左右日产量，我们通过在3各井口平台建立临时电站提高整个油田的日产量到5000方以上。直至4月3日三组滑环维修完成，我们仅用17天时间就恢复全油田供电，这期间提升原油产量约为32486.3方，折合人民约1.39亿元，而整个作业支出的设备租赁、安装运维、电缆采购和柴油消耗费用等总共只有不到1150万元，这还不考虑其在滑环维修期间对平台公用电力系统的贡献。在这里把我们历次的作业过程中的一些心得、不足都分享出来与大家探讨，希望能给其它油田或者设施在生产开发期间遇到类似问题是提供参考，亦可在新设施的设计建造过程中予以借鉴，不当之处欢迎指正。

[1]GB3836.1-4-83《爆炸性环境用电器防爆设备》