FPSO综合能效管理系统开发及应用

梁光山，张 玮

[南海西部石油油田服务（深圳）有限公司，广东深圳 518000]

为积极响应国家节能降碳的政策要求，实现FPSO上主要用能设备的数据自动采集、传输、存储和数据处理分析，掌握FPSO的真实能源现状和设备能效，提高FPSO能源利用水平[1]。我公司基于FPSO的能源管理现状，研究了综合能效管理系统，并将系统在111FPSO上应用。系统在微服务接入、自动化多源数据采集、工业物联网应用、电能质量诊断分析、重点工艺综合能效分析、节能降碳策略分析、可视化编程应用、自定义分析模型等方面取得了良好的应用效果。

1 FPSO能效管理现状

FPSO作为海洋石油开采的核心设施，目前虽然不少FPSO已建立能源管理系统，但主要是以单一能源监测与计量、能源统计分析和生产单耗分析为主，并不具备重点能耗环节和重点能耗设备的能效分析功能。然而对于涉及到FPSO上的主要综合耗能设备或生产环节，如生产水泵系统、货油泵系统、专用压载泵系统、空压机系统、氮气机系统、配网电能质量等，运行现状如何，效率如何，与同等吨位的其他FPSO比如何，与国际先进水平比如何，均无从得知，也无法有根据地对其实施进一步的能效提升改造，因此，建设FPSO综合能效管理具有重要意义[2]。

对于FPSO能效管理系统建设，国内外均起步较晚，也是近几年才陆续开始建设，很多FPSO都尚未完成，基本停留在简单的电能计量阶段。而对于生产系统主辅机设备和重点能耗设备的能效管理，基本还处于空白阶段。FPSO能效管理系统的构建既要综合考虑对发电机组、热介质锅炉、惰气系统等一次能源消耗的核心设备及工艺的能效监测分析，也需要覆盖各类泵系统、各类空气（压缩空气、氮气等）系统、空调系统、照明系统等主要用能子系统的综合能效，还要兼顾各类产品单耗的统计分析与对标考核，对数据来源、采集方式、通信协议、数据存储、可视化展现形式等各个方面都提出了非常高的要求[3]。

2 FPSO综合能效管理系统设计

2.1 系统微服务架构

FPSO能效综合管理系统基于微服务架构设计，前端底层采用Vue/ElementUI/Jquery/Bootstrap实现，前端和Controller交换数据基于Json格式。业务端基于Springboot、SpringMVC、JPA、SpringData技术构建，对于复杂的系统则采用Spring Cloud对服务进行拆分。FPSO智能机综合能效管理系统采用紫金桥实时库实现实时数据接收、存储、报警、历史数据查询等，采用MySQL数据库实现关系数据的存储、转化等。蒲伟（2021）站在海油发展的整体数字化建设规划的层面，提出了基于微服务的软件开发框架的探索与思考，重点研究了基于微服务的敏捷交付软件开发框架[4]。

2.2 系统数据流设计

由于FPSO上的综合能效监测数据种类较多，包括电、水、压缩空气、原油、柴油、烟气参数、温度、压力、流量、液位、产量等，部分数据直接来源于已有监测仪表，部分数据需要加装或升级监测仪表，部分数据来源于其他子系统，还有部分数据来源于日常手工填表的Excel报表，数据来源非常丰富，因此整个系统数据流的设计需要综合考虑上述各种需求，具体数据流见图1。

图1 FPSO综合能效管理系统数据流图

2.3 多通道仪表监测架构设计

在FPSO上实施能效综合管理系统与陆地不同，施工难度较大，各类表计的数据采集通道设计与传统系统也存在较大差异，智能电表、流量计等仪表数据的采集监测必须结合海上施工的各类限制重新设计。海上仪表通信采集的困难有旧仪表无通信接口、Wi-Fi网络实施物理隔离、安全防爆防腐等，因此，FPSO综合能效管理系统应采取多通道仪表监测架构，综合采用RS-485、低压电力载波、Lora低功耗无线网络、以太网、光纤专网等多种通道实现各类数据的在线采集监测，具体通信架构见图2。

图2 FPSO综合能效管理系统通信架构示意图

2.4 多渠道数据采集架构设计

根据数据流图可知，FPSO能效综合管理系统的数据来源较为多样化。FPSO综合能效管理系统可以与其他系统实现数据交互，但仍然需要采集后续加装的电能采集终端、智能能源网关、集中器、采集器、PC机等各类数据源，因此应采取多渠道数据采集架构，综合各类通信协议实现跨设备数据采集，完成大部分信息孤岛的数据整合功能。FPSO能效综合管理系统的多通道数据采集架构见图3。

图3 FPSO能效综合管理系统的多通道

FPSO能效综合管理系统在构建过程中，根据仪器仪表、传感器等的技术参数、安装位置、敷线方便性、通信可靠性、数据传输量、数据采集实时性等各类综合性要求，选择匹配的通信协议和通信设备，应用多通道数据采集架构实现FPSO上各类能效相关数据的采集传输。

3 FPSO综合能效管理系统功能及应用

FPSO综合能效管理系统包括设备能耗效率、供水单耗、供气单耗，并与国家标准值或行业标准进行对标，分析进一步提升能效的空间，计算节能潜力等。系统采用B/S架构，通过WEB发布的方式，系统研究实现的主要功能模块见表1。

表1 FPSO综合能效管理系统主要功能模块表

4 结论

FPSO综合能效管理系统在海洋石油111FPSO上进行了实施和应用，系统能够充分利用智能平台的数据资源实现不同子系统之间的数据共享，实现了综合能效数据、权限和应用等多个层面的整合，对能耗、能效、单耗等各个维度的指标完成了基础建模和统计分析，应用效果良好。系统在能耗监测与统计、能效分析与对标、单耗核算与对标、节能潜力分析与挖掘、碳足迹分析、碳排放管理、电能品质监控与预警、关键设备监控与运维等各个方面提供了直观而便捷的能效管理，实现了FPSO上主要设备的实时用能监测、能效管理以及远程管控，节能降碳的效果非常显著，值得推广应用。