海上石油生产设施常见节能降耗措施

许鹏飞

（中海石油（中国）有限公司蓬勃作业公司，天津 300452）

0 引言

坚持绿色发展，必须坚持节约资源和保护环境的基本国策，坚持可持续发展，坚定走生产发展、生活富裕、生态良好的文明发展道路，加快建设资源节约型、环境友好型社会。习近平总书记在第七十五届联合国大会上宣布，我国力争于2030 年前碳达峰，努力争取2060 年前实现碳中和。这要求我们全面节约和高效利用资源，树立节约集约循环利用的资源观。

“绿水青山就是金山银山”。石油石化行业作为我国国民经济的支柱产业，既是能源生产企业，也是能耗大户，提高能源和资源的综合利用水平以及减少能源消耗、降低碳排放已经成为海洋石油开采行业最迫切的任务。

作为我国第一大原油生产基地的渤海油田以老设施居多，贯彻绿色发展、低碳发展理念的基础工作之一就是采用先进节能技术和设备，不断提高能源利用效率。因此，本文将近年来海上油田在节能降耗方面的良好作业时间进行总结，为今后技能减排项目的挖掘与实施提供参考。

1 海上石油生产设施常见的节能降耗措施

1.1 天然气回收与利用

天然气是石油开采过程当中的伴生气，海上油气田或陆地终端处理厂天然气的主要成分是甲烷、乙烷、丁烷、二氧化碳以及少量其他气体成分。目前在渤海油田实施的天然气回收利用主要体现在3 个方面。

（1）将天然气用作燃料气：油田天然气作为燃料气，为海上平台的燃气轮机发电机组、热介质锅炉（加热炉）、燃驱压缩机组的原动机等提供燃料，典型项目如秦皇岛32-6 油田天然气利用项目、蓬勃作业公司的天然气利用项目、曹妃甸FPSO 天然气综合利用项目等。将天然气作为燃料气是目前海上石油生产设施天然气主要的利用方式，因为一般情况下，海上石油生产设施距离陆地较远，需要利用设施发电机发电来为油田提供动力，将天然气作为燃料既可以将天然气充分利用，又为透平发电机等提供了燃料。

（2）管道输送：利用海底管线将天然气输送至陆地终端处理厂，经处理后送至下游用户使用，或将天然气外输至区域气管网，实现周边区域天然气资源互补，减少放空，如渤西南联网供气、蓬莱及曹妃甸油田天然气外输项目等。

（3）回注地层：天然气回注是指将天然气进行除液、增压后用做气举气（保证生产）和注气（维持油藏压力）等使用，其必要前提是要有大量且稳定的气源，主要关键设备是注气高压压缩机、注气涤气罐、注气调储罐等。

1.2 余热利用

海上油气田的余热资源主要包括烟气余热、缸套水余热以及生产余热等。其中烟气余热主要包括发电机组、燃驱压缩机组、热介质锅炉等设备的烟气余热等[1]。目前在渤海油田较为成熟的余热利用方式主要有以下6 种。

（1）燃气透平发电机组和余热锅炉。这种方式是在燃气透平发电机组排气侧加装余热导热油炉，并配备相应的封闭式导热油系统（包括热介质循环泵、热介质膨胀罐、换热器等），余热锅炉吸收透平烟气余热，加热来自热介质循环泵的热介质油，送至热用户，以节省燃气/燃油锅炉燃料消耗。

这种方式在燃气透平发电机组排气侧还可以加装余热蒸汽锅炉，配备锅炉水循环供给系统，余热蒸汽锅炉吸收烟气余热，加热锅炉内水为蒸汽，供给用户，蒸汽至用户后冷凝成的液态水，在系统内循环利用，达到余热回收的目的。

（2）热介质锅炉和溴化锂空调机组。这种方式利用锅炉烟气，通过烟气换热器换热置换出热水，驱动溴化锂空调机组，产生冷水或热水，供冬季采暖和夏季制冷所需。典型项目如绥中36-1 终端处理厂溴化锂空调改造项目。

不同于常见的家用压缩式空调制冷，溴化锂空调属于吸收式制冷，利用蒸发吸热的原理设计，是以蒸汽为动力，以水及水蒸气为制冷剂、以溴化锂溶液为吸收剂的制冷设备，可制取5～10 ℃的冷水，作为大型中央空调及工艺用冷的冷源。

（3）热介质锅炉和余热锅炉。采用烟气余热回收技术，充分提取、回收现有热介质锅炉排放的高温烟气废热，加热闭式循环热媒水，供冬季采暖用，典型项目如渤南终端处理厂废热回收项目。

（4）柴油机缸套水和海水淡化装置或锅炉和海水淡化装置。利用柴油机缸套水余热，实现海水淡化，典型项目如秦皇岛32-6 油田FPSO 利用柴油机缸套水余热进行海水制淡项目，以及蓬莱19-3 油田FPSO 利用锅炉余热进行海水制淡项目。

海上石油生产设施制取淡水一般有两种模式：一是采用膜制取淡水方式，通常利用膜组的选择透过性，对海水进行处理，来制取淡水；另外一种方式是采用真空式海水制淡装置，其利用真空环境下，海水沸点降低的特性来制取淡水。其中，利用余热制取淡水的海水制淡装置，一般采用真式海水制淡装置；利用柴油机缸套水或利用锅炉尾气加热后的淡水作为热源，利用海水作为冷却和制淡的水源。该装置具有动设备少、稳定性高、维护保养简单等特点。以蓬勃作业公司FPSO 的海水制淡装置为例，其采用阿法拉伐公司的机组，额定制取淡水量可达74 m3/d，其本体主要由3 组板式换热器组成，结构简单，常见故障情况为板式换热器海水侧脏堵导致换热效率下降，造水量降低，此时只需将板式换热器拆解清洁即可。

此外，为了充分利用生产流程当中的余热，可以采用换热系统+优化技术，即对整个设施的流程进行整体分析，充分利用流程的余热或者冷源，涉及整体的换热系统及流程，达到充分利用余热的目的。

（5）燃气透平发电机组和ORC 模块进行热电联供方式。该方式是一种新型余热利用的方式，即ORC 方案。利用导热油来吸收燃气轮机烟气余热，然后传导给ORC 系模块进行发电和产热，达到提高利用率的目的，ORC 采用的是闭式循环，使用有机工质做工，若冷凝器采用海水冷却或者空气冷却的话，则整个过程不消耗淡水，与常规的蒸汽循环发电相比，可以节省大量的水。

此外，余热回收的方式还包括换热系统的夹点优化技术，即对整个油田或设施的换热系统进行综合分析，充分利用流程过程中介质的特点，来对冷热介质的换热系统进行统一规划和设计，以此达到降低能耗的作用。

（6）燃气透平发电机组和余热锅炉和蒸汽轮机发电机组构成联合循环发电方式。这种方式是在燃气透平发电机组排气侧加装中温中压余热锅炉，回收燃气轮机烟气余热，产生中温中压过热蒸汽驱动汽轮机发电。该方案中汽轮机发电机组有纯凝式汽轮发电机组、补汽凝式汽轮发电机组和抽凝式汽轮发电机组3 种形式，前两者蒸汽全部用于发电，后者则可抽出一部分蒸汽用于采暖或制冷。

1.3 区域电力组网

海上油气田电力组网分为两种情况，一种是涉及老油田改造的电力组网，另一种是新开发油田电力组网。对于老油田，通过电力组网可整合现有电站资源，起到电站共享设备、节能减排及解决电力瓶颈的作用，同时还能提高电网供电可靠性、抗干扰性与稳定性；对于新开发的油田，进行电力组网规划更是能减少油田开发前期投资，提高经济效益[2]。

海上电力组网已成为油气田开发的新趋势，开创了海上油气田开发供电新局面，是海上油气田供电技术的一大进步，具有十分重要的意义，为渤海油田的温产增产发挥了重要作用[3]。

目前，在绿色发展的大背景下，渤海油田主动作为，依据自身地理优势，逐步推进以岸电为主的新模式，即由陆地变电站为海上供电，一方面可以减少二氧化碳排放，另一方面也有利于油田电网的稳定。目前秦皇岛32-6 作业公司、曹妃甸作业公司已经实现了岸电供电模式，其他油田岸电项目也在有序推进中。岸电的应用，标志着渤海油田进入了绿色发展的新时代。

1.4 永磁潜液式海水电泵的应用

永磁潜液式海水电泵是用于海洋环境中作为注水、消防或冷却用的专用设备。由于电泵潜入海水中运行，因此，它具有安全防火、占地面积小、安装方便、操作简单和安全可靠等特点。

永磁潜液式海水电泵主要由海水电泵和永磁潜液式电机两部分组成，其通过进水节连接成一体，电机在水泵之下，泵出口直接输水管。

一般定工频电机效率低，且在35%额定负载附近效率迅速下降，25%额定负载时效率从额定负载时的90%左右迅速下降至50%以下[4]。永磁同步电机具有高效率、体积小、低噪声、功率因数高、功率密度大等优点，尤其在工况变化大时仍可保持高效运行，转速可调，提高关键零部件的同心度，减少泵内部叶轮和口环的磨损，延长电机轴承的寿命。永磁潜液式电机采用石墨径向滑动轴承和扇形块止推滑动轴承，使用寿命长，承载能力强。止推轴承座设有球形支撑，具有自调平功能。电机内充液保证线圈充分冷却，同时为滑动轴承提供润滑冷却介质。电机底座处设有压力调节囊，能平衡不同淹深下的内外压力，保证电机轴伸处密封可靠。电机转子采用永磁材料，效率高，功率因数高，体积小，质量轻。

永磁电机具有宽经济运行范围、节能效果显著的特点，功率因素大于0.95，配套智能变频控制，在25%～140%额定负载范围，均在高效区运行。

1.5 电网无功补偿及谐波治理

由于海上石油生产设施一般远离陆地，无法实现陆地电网供电，一般采用平台自有发电机组进行供电，为海上平台上的采油、注水、外输、钻修机以及生活等负荷供电。海上石油生产设施的主要用电负荷包括各种泵类、压缩机、风机等设备。近年来，海上油田日益采用高技术、高效益的交直流传动系统，同时为适应地层工艺采油方式对液量不断变化开采的要求，变频技术大量应用，同时随着自动化控制水平的不断提高，半导体整流装置在油田电力系统中的应用也日益增多。上述技术的广泛应用，一方面使电网节能及控制水平得到提高，另一方面也使油田电缆功率因数偏低，电网谐波含量大幅增加，导致电网供应质量下降[4]。因此，电网的无功补偿和谐波治理工作显得尤为必要。

其中，无功补偿的方式主要有静态无功补偿和动态无功补偿两类。谐波的治理，必须根据具体情况采取具体的措施，最根本的方法是抑制谐波电流，可通过安装有源或无源滤波装置实现谐波的治理[5]。

1.6 柴油驱动改电驱动

在生产设施上有很多装置是依靠柴油作为动力源的，如柴油机驱动吊车、柴油驱动钻修机等。为了进一步降低二氧化碳排放量，目前渤海油田正在逐步实施柴油驱动设备改为电驱或双驱工作。

1.7 其他节能降耗措施

除了上述节能降耗措施外，各海上石油生产设施还根据自身的流程及设备特点，大力推行节能降耗措施的现场应用，主要包括变频技术的应用、灯具的智能化改造等。

2 结束语

目前，我国已经进入追求高质量发展的新阶段，作为能源供给的主力军，同时也是能源消耗大户的海上石油生产设施，必须进一步在节能降耗上积极探索，形成一套完备的、适用于海上设施的节能降耗体系，为积极践行绿色发展之路和高质量发展贡献力量。