陳鑫 付文宇 吳昊 杜銀昌 徐建東

摘要：國內(nèi)外許多邊際油田開發(fā)是借助無人平臺實現(xiàn)的，近年來伴隨著海上平臺更加智能化和自動化，小型的井口海上平臺更多地采用了無人化設(shè)計，而對于無人平臺來說，不設(shè)置應(yīng)急機(jī)可大幅降低成本，實現(xiàn)海上平臺降本增效的目的。但不設(shè)置應(yīng)急機(jī)后，有很多平臺電氣方案問題需要解決，鑒于此，就海上無人平臺不設(shè)置應(yīng)急機(jī)的電氣解決方案進(jìn)行介紹和探討。

關(guān)鍵詞：海上無人平臺;智能化;自動化;應(yīng)急機(jī);電氣解決方案

0 ? ?引言

隨著科技的發(fā)展，越來越多高效、便捷、可靠的新技術(shù)應(yīng)運而生。海上平臺作為海上石油開采的重要設(shè)施，近年來采用了更多高效可靠的新技術(shù)、新設(shè)備。伴隨著海上平臺更加智能化和自動化，小型的井口海上平臺更多地采用了無人化設(shè)計。同時，海上平臺電站是一種孤島電站，因此應(yīng)急機(jī)在海上電力系統(tǒng)中起到了重要作用，即作為主電失電后的后備電源;而對于無人平臺來說，不設(shè)置應(yīng)急機(jī)能帶來較大的成本降低，實現(xiàn)海上平臺降本增效的目的。但不設(shè)置應(yīng)急機(jī)后，有很多平臺電氣方案問題需要解決。

南海某石油平臺采用無人化設(shè)計，根據(jù)生產(chǎn)流程的要求及設(shè)計方案，采用不設(shè)置應(yīng)急機(jī)的方案，因而存在很多電氣方案問題需要解決。鑒于此，本文以南海該海上無人平臺為例，就這些問題進(jìn)行研究分析，以期為以后的項目建設(shè)提供經(jīng)驗。

1 ? ?項目概況及存在問題

為實現(xiàn)海上平臺降本增效，推進(jìn)海上原油生產(chǎn)數(shù)字化、智能化進(jìn)程，根據(jù)“海上井口平臺無人化頂層設(shè)計方案”，南海某新建平臺采用智能無人化設(shè)計，大大降低了平臺項目的投資成本。

根據(jù)依托平臺的工藝流程，可以實現(xiàn)無人平臺在失主電情況下進(jìn)入應(yīng)急置換流程，選擇在原依托平臺上增加一臺應(yīng)急置換泵為海水增壓泵，因此，確定不設(shè)置應(yīng)急機(jī)。但不設(shè)置應(yīng)急機(jī)，平臺電氣方案就存在以下問題：

（1）不設(shè)置應(yīng)急機(jī)后，在無人平臺主電源失去的情況下，由于沒有應(yīng)急電源，作為常規(guī)設(shè)計中應(yīng)急置換工況下平臺需要動作的MOV閥門，原油外輸泵（兼做應(yīng)急置換增壓泵）、閉排泵、閉排泵加熱器，各房間的風(fēng)機(jī)、空調(diào)以及應(yīng)急照明、應(yīng)急伴熱，UPS等設(shè)備都無法工作。

（2）平臺環(huán)境溫度最低為2.9 ℃，在平臺長期主電源失電/停產(chǎn)情況下，平臺上部部分組塊設(shè)備/罐體/管線由于無應(yīng)急伴熱，存在凝油的情況及無法復(fù)產(chǎn)的風(fēng)險。

（3）不設(shè)置應(yīng)急機(jī)后，常規(guī)設(shè)計中應(yīng)急置換工況下平臺中央控制系統(tǒng)供電只能由UPS系統(tǒng)電池提供，常規(guī)系統(tǒng)的UPS供電時間為30 min;而在不設(shè)置應(yīng)急機(jī)方案失主電工況下，依托原平臺置換無人平臺管線需要的具體操作時間為4 h，不滿足相關(guān)閥門及系統(tǒng)開啟時間要求。

2 ? ?不設(shè)置應(yīng)急機(jī)的電氣解決方案分析

無人平臺不設(shè)置應(yīng)急機(jī)后，所帶來的問題需要逐一進(jìn)行分析和解決。

（1）平臺常規(guī)設(shè)計方案中應(yīng)急工況供電回路包括原油外輸泵、閉排泵、閉排泵加熱器，各房間的風(fēng)機(jī)、空調(diào)以及應(yīng)急照明、應(yīng)急伴熱，UPS，MOV閥等，不設(shè)置應(yīng)急機(jī)后，可按照新的工藝流程更改部分設(shè)備的供電方式。設(shè)備供電方式改變?nèi)绫?所示。

修改后方案解決了設(shè)備失主電情況下需要啟動而不能供電的問題。

（2）由于平臺置換情況下不能全部置換出管線中原油，存在無人平臺長時間失電導(dǎo)致部分油管線凝油的問題，因此，在平臺主電消失后，不能置換掃線的原油管線凝結(jié)后，采用電伴熱來加熱熔化原油的方案。

電伴熱主要作用是在管線外對管線內(nèi)部流動介質(zhì)損失的熱量進(jìn)行補(bǔ)償。由于電伴熱不與介質(zhì)直接接觸，因此常規(guī)自限制電伴熱帶加熱效果微小，需要采用恒功率高溫度的電伴熱帶，保證在融油過程中一直對原油管線高溫加熱的能力。但需要對電伴熱能力進(jìn)行計算，根據(jù)工藝專業(yè)給出的原油凝結(jié)溫度以及其他數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，可以計算出加熱每米管線需要的熱量值：

W=m×C×（T2-T1）

其中，T2為50 ℃，T1為2.9 ℃（考慮從最低環(huán)境溫度2.9 ℃加熱到50 ℃，45 ℃為本平臺原油熔點溫度），ρ=870 kg/m3，C=

2 kJ/（kg·℃），得出8寸管線需要電伴熱熱做功為0.75 kWh/m、6寸管線為0.42 kWh/m。

再通過電半熱廠家樣本的查找，得出某高溫恒功率電伴熱型號的功率為0.12 kW/m。電伴熱相對于管線長度通常設(shè)計的伴熱比為1.5，但用作加熱熔化凝油需考慮電伴熱伴熱比為3～4，并且根據(jù)高溫電伴熱型號，相應(yīng)計算得出電伴熱帶功率以及可能需要的加熱時間為6～7 h，滿足平臺復(fù)產(chǎn)需要的時間。

（3）失去主電后，根據(jù)工藝流程，中央控制系統(tǒng)需要使用4 h，而直接都采用UPS供電，大大增加了UPS電池容量。因此，將原設(shè)計中的SIS系統(tǒng)拆分為SIS1和SIS2兩套安全儀表系統(tǒng)。其中，SIS2系統(tǒng)用于實現(xiàn)海管遠(yuǎn)程應(yīng)急置換控制及中控室和電池間的火氣探測報警消防功能，保證失去主電后UPS供電（4 h）;SIS1系統(tǒng)實現(xiàn)其他應(yīng)急關(guān)斷和火氣探測報警功能，應(yīng)保證失去主電后UPS供電30 min。

此外，所有海管遠(yuǎn)程應(yīng)急置換條件下需要打開的閥門應(yīng)調(diào)整為可遠(yuǎn)程復(fù)位的SDV或XV閥，以確保在失去主電的情況下通過SIS2系統(tǒng)正常打開。

修改后的方案很好地滿足了在緊急情況下中控供電的需求。

3 ? ?結(jié)語

該海上無人平臺不設(shè)置應(yīng)急機(jī)的方案設(shè)計及其應(yīng)用，大大降低了平臺投資成本，給公司降本增效帶來了很大的收益。同時，該解決方案的研究及應(yīng)用，保證了平臺供電系統(tǒng)的平穩(wěn)安全運行，并且在平臺失主電的情況下，能保證油管線中不存在凝油無法復(fù)產(chǎn)的情況，同時保持中控系統(tǒng)在此過程中一直供電，大大增加了平臺的穩(wěn)定性，為今后無人平臺不設(shè)置應(yīng)急機(jī)提供了經(jīng)驗。

收稿日期：2019-12-10

作者簡介：陳鑫（1986—），男，湖南零陵人，工程師，主要從事海洋石油平臺電氣設(shè)計工作。