海上石油生產(chǎn)設(shè)施常見節(jié)能降耗措施

許鵬飛

（中海石油（中國）有限公司蓬勃作業(yè)公司，天津 300452）

0 引言

堅(jiān)持綠色發(fā)展，必須堅(jiān)持節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境的基本國策，堅(jiān)持可持續(xù)發(fā)展，堅(jiān)定走生產(chǎn)發(fā)展、生活富裕、生態(tài)良好的文明發(fā)展道路，加快建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會。習(xí)近平總書記在第七十五屆聯(lián)合國大會上宣布，我國力爭于2030 年前碳達(dá)峰，努力爭取2060 年前實(shí)現(xiàn)碳中和。這要求我們?nèi)婀?jié)約和高效利用資源，樹立節(jié)約集約循環(huán)利用的資源觀。

“綠水青山就是金山銀山”。石油石化行業(yè)作為我國國民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，既是能源生產(chǎn)企業(yè)，也是能耗大戶，提高能源和資源的綜合利用水平以及減少能源消耗、降低碳排放已經(jīng)成為海洋石油開采行業(yè)最迫切的任務(wù)。

作為我國第一大原油生產(chǎn)基地的渤海油田以老設(shè)施居多，貫徹綠色發(fā)展、低碳發(fā)展理念的基礎(chǔ)工作之一就是采用先進(jìn)節(jié)能技術(shù)和設(shè)備，不斷提高能源利用效率。因此，本文將近年來海上油田在節(jié)能降耗方面的良好作業(yè)時(shí)間進(jìn)行總結(jié)，為今后技能減排項(xiàng)目的挖掘與實(shí)施提供參考。

1 海上石油生產(chǎn)設(shè)施常見的節(jié)能降耗措施

1.1 天然氣回收與利用

天然氣是石油開采過程當(dāng)中的伴生氣，海上油氣田或陸地終端處理廠天然氣的主要成分是甲烷、乙烷、丁烷、二氧化碳以及少量其他氣體成分。目前在渤海油田實(shí)施的天然氣回收利用主要體現(xiàn)在3 個(gè)方面。

（1）將天然氣用作燃料氣：油田天然氣作為燃料氣，為海上平臺的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組、熱介質(zhì)鍋爐（加熱爐）、燃驅(qū)壓縮機(jī)組的原動(dòng)機(jī)等提供燃料，典型項(xiàng)目如秦皇島32-6 油田天然氣利用項(xiàng)目、蓬勃作業(yè)公司的天然氣利用項(xiàng)目、曹妃甸FPSO 天然氣綜合利用項(xiàng)目等。將天然氣作為燃料氣是目前海上石油生產(chǎn)設(shè)施天然氣主要的利用方式，因?yàn)橐话闱闆r下，海上石油生產(chǎn)設(shè)施距離陸地較遠(yuǎn)，需要利用設(shè)施發(fā)電機(jī)發(fā)電來為油田提供動(dòng)力，將天然氣作為燃料既可以將天然氣充分利用，又為透平發(fā)電機(jī)等提供了燃料。

（2）管道輸送：利用海底管線將天然氣輸送至陸地終端處理廠，經(jīng)處理后送至下游用戶使用，或?qū)⑻烊粴馔廨斨羺^(qū)域氣管網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)周邊區(qū)域天然氣資源互補(bǔ)，減少放空，如渤西南聯(lián)網(wǎng)供氣、蓬萊及曹妃甸油田天然氣外輸項(xiàng)目等。

（3）回注地層：天然氣回注是指將天然氣進(jìn)行除液、增壓后用做氣舉氣（保證生產(chǎn)）和注氣（維持油藏壓力）等使用，其必要前提是要有大量且穩(wěn)定的氣源，主要關(guān)鍵設(shè)備是注氣高壓壓縮機(jī)、注氣滌氣罐、注氣調(diào)儲罐等。

1.2 余熱利用

海上油氣田的余熱資源主要包括煙氣余熱、缸套水余熱以及生產(chǎn)余熱等。其中煙氣余熱主要包括發(fā)電機(jī)組、燃驅(qū)壓縮機(jī)組、熱介質(zhì)鍋爐等設(shè)備的煙氣余熱等[1]。目前在渤海油田較為成熟的余熱利用方式主要有以下6 種。

（1）燃?xì)馔钙桨l(fā)電機(jī)組和余熱鍋爐。這種方式是在燃?xì)馔钙桨l(fā)電機(jī)組排氣側(cè)加裝余熱導(dǎo)熱油爐，并配備相應(yīng)的封閉式導(dǎo)熱油系統(tǒng)（包括熱介質(zhì)循環(huán)泵、熱介質(zhì)膨脹罐、換熱器等），余熱鍋爐吸收透平煙氣余熱，加熱來自熱介質(zhì)循環(huán)泵的熱介質(zhì)油，送至熱用戶，以節(jié)省燃?xì)?燃油鍋爐燃料消耗。

這種方式在燃?xì)馔钙桨l(fā)電機(jī)組排氣側(cè)還可以加裝余熱蒸汽鍋爐，配備鍋爐水循環(huán)供給系統(tǒng)，余熱蒸汽鍋爐吸收煙氣余熱，加熱鍋爐內(nèi)水為蒸汽，供給用戶，蒸汽至用戶后冷凝成的液態(tài)水，在系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)利用，達(dá)到余熱回收的目的。

（2）熱介質(zhì)鍋爐和溴化鋰空調(diào)機(jī)組。這種方式利用鍋爐煙氣，通過煙氣換熱器換熱置換出熱水，驅(qū)動(dòng)溴化鋰空調(diào)機(jī)組，產(chǎn)生冷水或熱水，供冬季采暖和夏季制冷所需。典型項(xiàng)目如綏中36-1 終端處理廠溴化鋰空調(diào)改造項(xiàng)目。

不同于常見的家用壓縮式空調(diào)制冷，溴化鋰空調(diào)屬于吸收式制冷，利用蒸發(fā)吸熱的原理設(shè)計(jì)，是以蒸汽為動(dòng)力，以水及水蒸氣為制冷劑、以溴化鋰溶液為吸收劑的制冷設(shè)備，可制取5～10 ℃的冷水，作為大型中央空調(diào)及工藝用冷的冷源。

（3）熱介質(zhì)鍋爐和余熱鍋爐。采用煙氣余熱回收技術(shù)，充分提取、回收現(xiàn)有熱介質(zhì)鍋爐排放的高溫?zé)煔鈴U熱，加熱閉式循環(huán)熱媒水，供冬季采暖用，典型項(xiàng)目如渤南終端處理廠廢熱回收項(xiàng)目。

（4）柴油機(jī)缸套水和海水淡化裝置或鍋爐和海水淡化裝置。利用柴油機(jī)缸套水余熱，實(shí)現(xiàn)海水淡化，典型項(xiàng)目如秦皇島32-6 油田FPSO 利用柴油機(jī)缸套水余熱進(jìn)行海水制淡項(xiàng)目，以及蓬萊19-3 油田FPSO 利用鍋爐余熱進(jìn)行海水制淡項(xiàng)目。

海上石油生產(chǎn)設(shè)施制取淡水一般有兩種模式：一是采用膜制取淡水方式，通常利用膜組的選擇透過性，對海水進(jìn)行處理，來制取淡水；另外一種方式是采用真空式海水制淡裝置，其利用真空環(huán)境下，海水沸點(diǎn)降低的特性來制取淡水。其中，利用余熱制取淡水的海水制淡裝置，一般采用真式海水制淡裝置；利用柴油機(jī)缸套水或利用鍋爐尾氣加熱后的淡水作為熱源，利用海水作為冷卻和制淡的水源。該裝置具有動(dòng)設(shè)備少、穩(wěn)定性高、維護(hù)保養(yǎng)簡單等特點(diǎn)。以蓬勃作業(yè)公司FPSO 的海水制淡裝置為例，其采用阿法拉伐公司的機(jī)組，額定制取淡水量可達(dá)74 m3/d，其本體主要由3 組板式換熱器組成，結(jié)構(gòu)簡單，常見故障情況為板式換熱器海水側(cè)臟堵導(dǎo)致?lián)Q熱效率下降，造水量降低，此時(shí)只需將板式換熱器拆解清潔即可。

此外，為了充分利用生產(chǎn)流程當(dāng)中的余熱，可以采用換熱系統(tǒng)+優(yōu)化技術(shù)，即對整個(gè)設(shè)施的流程進(jìn)行整體分析，充分利用流程的余熱或者冷源，涉及整體的換熱系統(tǒng)及流程，達(dá)到充分利用余熱的目的。

（5）燃?xì)馔钙桨l(fā)電機(jī)組和ORC 模塊進(jìn)行熱電聯(lián)供方式。該方式是一種新型余熱利用的方式，即ORC 方案。利用導(dǎo)熱油來吸收燃?xì)廨啓C(jī)煙氣余熱，然后傳導(dǎo)給ORC 系模塊進(jìn)行發(fā)電和產(chǎn)熱，達(dá)到提高利用率的目的，ORC 采用的是閉式循環(huán)，使用有機(jī)工質(zhì)做工，若冷凝器采用海水冷卻或者空氣冷卻的話，則整個(gè)過程不消耗淡水，與常規(guī)的蒸汽循環(huán)發(fā)電相比，可以節(jié)省大量的水。

此外，余熱回收的方式還包括換熱系統(tǒng)的夾點(diǎn)優(yōu)化技術(shù)，即對整個(gè)油田或設(shè)施的換熱系統(tǒng)進(jìn)行綜合分析，充分利用流程過程中介質(zhì)的特點(diǎn)，來對冷熱介質(zhì)的換熱系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃和設(shè)計(jì)，以此達(dá)到降低能耗的作用。

（6）燃?xì)馔钙桨l(fā)電機(jī)組和余熱鍋爐和蒸汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組構(gòu)成聯(lián)合循環(huán)發(fā)電方式。這種方式是在燃?xì)馔钙桨l(fā)電機(jī)組排氣側(cè)加裝中溫中壓余熱鍋爐，回收燃?xì)廨啓C(jī)煙氣余熱，產(chǎn)生中溫中壓過熱蒸汽驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電。該方案中汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組有純凝式汽輪發(fā)電機(jī)組、補(bǔ)汽凝式汽輪發(fā)電機(jī)組和抽凝式汽輪發(fā)電機(jī)組3 種形式，前兩者蒸汽全部用于發(fā)電，后者則可抽出一部分蒸汽用于采暖或制冷。

1.3 區(qū)域電力組網(wǎng)

海上油氣田電力組網(wǎng)分為兩種情況，一種是涉及老油田改造的電力組網(wǎng)，另一種是新開發(fā)油田電力組網(wǎng)。對于老油田，通過電力組網(wǎng)可整合現(xiàn)有電站資源，起到電站共享設(shè)備、節(jié)能減排及解決電力瓶頸的作用，同時(shí)還能提高電網(wǎng)供電可靠性、抗干擾性與穩(wěn)定性；對于新開發(fā)的油田，進(jìn)行電力組網(wǎng)規(guī)劃更是能減少油田開發(fā)前期投資，提高經(jīng)濟(jì)效益[2]。

海上電力組網(wǎng)已成為油氣田開發(fā)的新趨勢，開創(chuàng)了海上油氣田開發(fā)供電新局面，是海上油氣田供電技術(shù)的一大進(jìn)步，具有十分重要的意義，為渤海油田的溫產(chǎn)增產(chǎn)發(fā)揮了重要作用[3]。

目前，在綠色發(fā)展的大背景下，渤海油田主動(dòng)作為，依據(jù)自身地理優(yōu)勢，逐步推進(jìn)以岸電為主的新模式，即由陸地變電站為海上供電，一方面可以減少二氧化碳排放，另一方面也有利于油田電網(wǎng)的穩(wěn)定。目前秦皇島32-6 作業(yè)公司、曹妃甸作業(yè)公司已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了岸電供電模式，其他油田岸電項(xiàng)目也在有序推進(jìn)中。岸電的應(yīng)用，標(biāo)志著渤海油田進(jìn)入了綠色發(fā)展的新時(shí)代。

1.4 永磁潛液式海水電泵的應(yīng)用

永磁潛液式海水電泵是用于海洋環(huán)境中作為注水、消防或冷卻用的專用設(shè)備。由于電泵潛入海水中運(yùn)行，因此，它具有安全防火、占地面積小、安裝方便、操作簡單和安全可靠等特點(diǎn)。

永磁潛液式海水電泵主要由海水電泵和永磁潛液式電機(jī)兩部分組成，其通過進(jìn)水節(jié)連接成一體，電機(jī)在水泵之下，泵出口直接輸水管。

一般定工頻電機(jī)效率低，且在35%額定負(fù)載附近效率迅速下降，25%額定負(fù)載時(shí)效率從額定負(fù)載時(shí)的90%左右迅速下降至50%以下[4]。永磁同步電機(jī)具有高效率、體積小、低噪聲、功率因數(shù)高、功率密度大等優(yōu)點(diǎn)，尤其在工況變化大時(shí)仍可保持高效運(yùn)行，轉(zhuǎn)速可調(diào)，提高關(guān)鍵零部件的同心度，減少泵內(nèi)部葉輪和口環(huán)的磨損，延長電機(jī)軸承的壽命。永磁潛液式電機(jī)采用石墨徑向滑動(dòng)軸承和扇形塊止推滑動(dòng)軸承，使用壽命長，承載能力強(qiáng)。止推軸承座設(shè)有球形支撐，具有自調(diào)平功能。電機(jī)內(nèi)充液保證線圈充分冷卻，同時(shí)為滑動(dòng)軸承提供潤滑冷卻介質(zhì)。電機(jī)底座處設(shè)有壓力調(diào)節(jié)囊，能平衡不同淹深下的內(nèi)外壓力，保證電機(jī)軸伸處密封可靠。電機(jī)轉(zhuǎn)子采用永磁材料，效率高，功率因數(shù)高，體積小，質(zhì)量輕。

永磁電機(jī)具有寬經(jīng)濟(jì)運(yùn)行范圍、節(jié)能效果顯著的特點(diǎn)，功率因素大于0.95，配套智能變頻控制，在25%～140%額定負(fù)載范圍，均在高效區(qū)運(yùn)行。

1.5 電網(wǎng)無功補(bǔ)償及諧波治理

由于海上石油生產(chǎn)設(shè)施一般遠(yuǎn)離陸地，無法實(shí)現(xiàn)陸地電網(wǎng)供電，一般采用平臺自有發(fā)電機(jī)組進(jìn)行供電，為海上平臺上的采油、注水、外輸、鉆修機(jī)以及生活等負(fù)荷供電。海上石油生產(chǎn)設(shè)施的主要用電負(fù)荷包括各種泵類、壓縮機(jī)、風(fēng)機(jī)等設(shè)備。近年來，海上油田日益采用高技術(shù)、高效益的交直流傳動(dòng)系統(tǒng)，同時(shí)為適應(yīng)地層工藝采油方式對液量不斷變化開采的要求，變頻技術(shù)大量應(yīng)用，同時(shí)隨著自動(dòng)化控制水平的不斷提高，半導(dǎo)體整流裝置在油田電力系統(tǒng)中的應(yīng)用也日益增多。上述技術(shù)的廣泛應(yīng)用，一方面使電網(wǎng)節(jié)能及控制水平得到提高，另一方面也使油田電纜功率因數(shù)偏低，電網(wǎng)諧波含量大幅增加，導(dǎo)致電網(wǎng)供應(yīng)質(zhì)量下降[4]。因此，電網(wǎng)的無功補(bǔ)償和諧波治理工作顯得尤為必要。

其中，無功補(bǔ)償?shù)姆绞街饕徐o態(tài)無功補(bǔ)償和動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償兩類。諧波的治理，必須根據(jù)具體情況采取具體的措施，最根本的方法是抑制諧波電流，可通過安裝有源或無源濾波裝置實(shí)現(xiàn)諧波的治理[5]。

1.6 柴油驅(qū)動(dòng)改電驅(qū)動(dòng)

在生產(chǎn)設(shè)施上有很多裝置是依靠柴油作為動(dòng)力源的，如柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)吊車、柴油驅(qū)動(dòng)鉆修機(jī)等。為了進(jìn)一步降低二氧化碳排放量，目前渤海油田正在逐步實(shí)施柴油驅(qū)動(dòng)設(shè)備改為電驅(qū)或雙驅(qū)工作。

1.7 其他節(jié)能降耗措施

除了上述節(jié)能降耗措施外，各海上石油生產(chǎn)設(shè)施還根據(jù)自身的流程及設(shè)備特點(diǎn)，大力推行節(jié)能降耗措施的現(xiàn)場應(yīng)用，主要包括變頻技術(shù)的應(yīng)用、燈具的智能化改造等。

2 結(jié)束語

目前，我國已經(jīng)進(jìn)入追求高質(zhì)量發(fā)展的新階段，作為能源供給的主力軍，同時(shí)也是能源消耗大戶的海上石油生產(chǎn)設(shè)施，必須進(jìn)一步在節(jié)能降耗上積極探索，形成一套完備的、適用于海上設(shè)施的節(jié)能降耗體系，為積極踐行綠色發(fā)展之路和高質(zhì)量發(fā)展貢獻(xiàn)力量。