海上油氣田生產(chǎn)設(shè)施主發(fā)電機能效對標分析與提升措施

程博

（中海石油（中國）有限公司深圳分公司）

1 發(fā)電機組概況

大部分海上油田距離陸地較遠，使用陸地電網(wǎng)供電需要鋪設(shè)海底電纜，技術(shù)難度和投資較大，因此一般海上油田設(shè)施配置有發(fā)電機組，設(shè)施間通過海底電纜組網(wǎng)供電或單獨供電。發(fā)電機組通過燃燒自產(chǎn)的原油或天然氣發(fā)電，為海上設(shè)施采油電潛泵、原油外輸泵、增壓泵等耗電設(shè)備提供電力[1-2]。某海域海上油田原油發(fā)電機組單臺額定功率為1 800～7 760 kW，通過電力組網(wǎng)或獨立電網(wǎng)的方式為海上油田生產(chǎn)設(shè)施供電。

該海域海上油田共有原油/柴油往復式發(fā)電機組28 臺套，分布在3 個油田作業(yè)單位。某一年單臺未發(fā)電機組燃料消耗量和發(fā)電量見表1。

表1 主發(fā)電機組原油消耗量和發(fā)電量

2 能效對標

2.1 典型發(fā)電機組節(jié)能監(jiān)測指標

原油發(fā)電機組的主要能效指標為燃料消耗比，該指標主要與負荷率、發(fā)電效率等指標有關(guān)[3]。燃料消耗比為單位發(fā)電量實際燃料消耗量與額定燃料消耗量的比值。負荷率為發(fā)電機組實際平均功率與額定功率的比值。發(fā)電效率為發(fā)電機組發(fā)電量與燃料燃燒低位發(fā)熱總量的比值。

2.2 負荷率對標

對發(fā)電機組而言，有效效率、耗熱率和耗油率都是發(fā)電機組負荷率的函數(shù)，即隨發(fā)電機組的負荷率而變化[4]。一般而言，發(fā)電機組負荷率越高則有效效率值越高、耗熱率和耗油率越低，發(fā)電機組的運行經(jīng)濟性越好；反之，發(fā)電機組負荷率越低，有效效率值越低，耗熱率和耗油率越高，發(fā)電機組的運行經(jīng)濟性越差。發(fā)電機組負荷率計算公式為：

式中：Pi為發(fā)電機組現(xiàn)場實際電功率平均值，kW；Pir為發(fā)電機組額定功率（注：對于往復式內(nèi)燃機發(fā)電機組Pir為原動機額定功率），kW；η1為機械傳動效率，取98%；η2為發(fā)電機發(fā)電效率，取95%。

海洋石油工程設(shè)計指南規(guī)定，原油/柴油發(fā)電機組在額定負荷的70%～90%工況下運行時為經(jīng)濟運行工況，在額定負荷的40%～70%工況下運行時為一般運行工況，在額定負荷的40%以下運行時為非經(jīng)濟運行工況[5]。

主發(fā)電機組負荷率對比見表2，整體來看，該海域海上油田發(fā)電機組共運行17 臺，備用11 臺。其中A-2 和B-1 設(shè)施發(fā)電機組負荷率分別為76.12%和78.25%，達到經(jīng)濟運行工況；其它設(shè)施發(fā)電機組負荷率在45.83%～54.01%，處于一般運行工況[6]。

表2 主發(fā)電機組負荷率對比

2.3 發(fā)電效率對標

海洋石油工程設(shè)計指南規(guī)定，中速原油/柴油機效率在42%～47%屬于經(jīng)濟運行范圍。該海域海上油田原油發(fā)電機組均為中速原油/柴油機[7]。從表1 中可以看出，發(fā)電機A-2-2/3/4、A-3-2/3/4 和B-1-1 這7 臺發(fā)電機組發(fā)電效率在42.16%～46.49%，處于經(jīng)濟運行范圍，其他設(shè)施發(fā)電機處于40%～70%一般運行工況，由于負荷率較低，這些設(shè)施的發(fā)電機處非經(jīng)濟運行范圍。

3 能效提升措施

由于該海域海上油田平臺設(shè)施大部分是鉆井采油生產(chǎn)平臺，平臺發(fā)電機同時為鉆井模塊和生產(chǎn)模塊供電，為了提高供電可靠性，平臺建造期間發(fā)電機選型時裝機容量一般較大，因此在非鉆井工況下普遍負荷率較低。對于該海域21 臺發(fā)電效率在非經(jīng)濟運行范圍的發(fā)電機組，可以根據(jù)周邊設(shè)施距離和實際電負荷，綜合考慮組網(wǎng)供電的方式，通過提高發(fā)電機組負荷率來提高發(fā)電效率；對于有熱用戶的設(shè)施，可以考慮在發(fā)電機組排煙管加裝余熱回收鍋爐，回收余熱為熱用戶供熱，提升能源綜合利用效率。

3.1 電力組網(wǎng)

由于海上油田距離陸地較遠，為了維持海上油田的可靠供電和生產(chǎn)穩(wěn)定，海上設(shè)施主發(fā)電機組負荷率偏低是普遍現(xiàn)象。為了提高發(fā)電機組的發(fā)電效率，通過海底電纜實現(xiàn)設(shè)施組網(wǎng)供電，是提高主發(fā)電機的發(fā)電效率、節(jié)能減排的主要手段。A-1和A-3設(shè)施屬于同一油田作業(yè)區(qū)，距離較近且負載率較低，電力組網(wǎng)可有效降低燃料原油消耗[8]，實現(xiàn)節(jié)能減排。組網(wǎng)前后機組燃料消耗見表3。

表3 電力組網(wǎng)前后燃料消耗量

從表3 可以看出，A-1 和A-3 設(shè)施實施電力組網(wǎng)供電后，每年可減少燃料原油消耗1 693 t，節(jié)能量約2 419 t(標煤)，減少CO2排放5 212 t[9]。

3.2 余熱回收

原油發(fā)電機組排煙溫度在350 ℃左右，有很高的利用價值，通過在主發(fā)電機排煙管上加裝余熱回收裝置，為設(shè)施熱用戶提供熱量，從而部分取代鍋爐燃料消耗，是提高能源綜合利用效率的有效手段[10]。C-1 設(shè)施主發(fā)電機發(fā)電效率較低，而且在原油處理工藝流程中需要鍋爐提供熱量，因此通過加裝余熱回收鍋爐、回收主發(fā)電機尾氣余熱，可減少鍋爐原油消耗。C-1 設(shè)施加裝余熱回收鍋爐前后鍋爐原油消耗量見表4。

從表4 可以看出，C-1 設(shè)施實施主發(fā)電機尾氣余熱回收后，每年可減少鍋爐燃料原油消耗2 200 t，節(jié)能量3 143 t(標煤)，減少CO2排放約6 773 t。

表4 加裝余熱回收裝置前后鍋爐原油消耗量

B-2和B-3設(shè)施距離其它設(shè)施較遠，電力組網(wǎng)技術(shù)難度和經(jīng)濟成本較高，設(shè)施本身沒有熱用戶，可通過優(yōu)化生產(chǎn)工況下發(fā)電機組運行臺數(shù)的方式提高負荷率，進而提高發(fā)電效率，達到節(jié)能減排的目的。

4 結(jié)論

主發(fā)電機組作為海上油田設(shè)施的關(guān)鍵設(shè)備，對維持油田的正常穩(wěn)定生產(chǎn)起著至關(guān)重要的作用，同時主發(fā)電機作為主要用能設(shè)備，其能源消耗量在油田的用能結(jié)構(gòu)中占有極大的比重，因此通過能效對標挖掘節(jié)能減排潛力，分析評價主發(fā)電機組的運行狀態(tài)并提升發(fā)電效率或能源綜合利用效率，對于油田節(jié)能減排工作的推動、有效降低單位油氣生產(chǎn)綜合能耗具有重要意義。近年來，隨著遠距離海底輸電技術(shù)的逐步發(fā)展，使陸地電網(wǎng)為海上油田提供電力成為可能，應用岸電替代海上自發(fā)電，減少發(fā)電機組自發(fā)電原油和天然氣消耗，為海上油氣田的電力供應提供了一條新的技術(shù)路徑，極大促進了海上油氣田的綠色低碳開發(fā)。