海上无人平台不设置应急机的电气解决方案研究与应用

陈鑫 付文宇 吴昊 杜银昌 徐建东

摘要：国内外许多边际油田开发是借助无人平台实现的，近年来伴随着海上平台更加智能化和自动化，小型的井口海上平台更多地采用了无人化设计，而对于无人平台来说，不设置应急机可大幅降低成本，实现海上平台降本增效的目的。但不设置应急机后，有很多平台电气方案问题需要解决，鉴于此，就海上无人平台不设置应急机的电气解决方案进行介绍和探讨。

关键词：海上无人平台;智能化;自动化;应急机;电气解决方案

0    引言

随着科技的发展，越来越多高效、便捷、可靠的新技术应运而生。海上平台作为海上石油开采的重要设施，近年来采用了更多高效可靠的新技术、新设备。伴随着海上平台更加智能化和自动化，小型的井口海上平台更多地采用了无人化设计。同时，海上平台电站是一种孤岛电站，因此应急机在海上电力系统中起到了重要作用，即作为主电失电后的后备电源;而对于无人平台来说，不设置应急机能带来较大的成本降低，实现海上平台降本增效的目的。但不设置应急机后，有很多平台电气方案问题需要解决。

南海某石油平台采用无人化设计，根据生产流程的要求及设计方案，采用不设置应急機的方案，因而存在很多电气方案问题需要解决。鉴于此，本文以南海该海上无人平台为例，就这些问题进行研究分析，以期为以后的项目建设提供经验。

1    项目概况及存在问题

为实现海上平台降本增效，推进海上原油生产数字化、智能化进程，根据“海上井口平台无人化顶层设计方案”，南海某新建平台采用智能无人化设计，大大降低了平台项目的投资成本。

根据依托平台的工艺流程，可以实现无人平台在失主电情况下进入应急置换流程，选择在原依托平台上增加一台应急置换泵为海水增压泵，因此，确定不设置应急机。但不设置应急机，平台电气方案就存在以下问题：

（1）不设置应急机后，在无人平台主电源失去的情况下，由于没有应急电源，作为常规设计中应急置换工况下平台需要动作的MOV阀门，原油外输泵（兼做应急置换增压泵）、闭排泵、闭排泵加热器，各房间的风机、空调以及应急照明、应急伴热，UPS等设备都无法工作。

（2）平台环境温度最低为2.9 ℃，在平台长期主电源失电/停产情况下，平台上部部分组块设备/罐体/管线由于无应急伴热，存在凝油的情况及无法复产的风险。

（3）不设置应急机后，常规设计中应急置换工况下平台中央控制系统供电只能由UPS系统电池提供，常规系统的UPS供电时间为30 min;而在不设置应急机方案失主电工况下，依托原平台置换无人平台管线需要的具体操作时间为4 h，不满足相关阀门及系统开启时间要求。

2    不设置应急机的电气解决方案分析

无人平台不设置应急机后，所带来的问题需要逐一进行分析和解决。

（1）平台常规设计方案中应急工况供电回路包括原油外输泵、闭排泵、闭排泵加热器，各房间的风机、空调以及应急照明、应急伴热，UPS，MOV阀等，不设置应急机后，可按照新的工艺流程更改部分设备的供电方式。设备供电方式改变如表1所示。

修改后方案解决了设备失主电情况下需要启动而不能供电的问题。

（2）由于平台置换情况下不能全部置换出管线中原油，存在无人平台长时间失电导致部分油管线凝油的问题，因此，在平台主电消失后，不能置换扫线的原油管线凝结后，采用电伴热来加热熔化原油的方案。

电伴热主要作用是在管线外对管线内部流动介质损失的热量进行补偿。由于电伴热不与介质直接接触，因此常规自限制电伴热带加热效果微小，需要采用恒功率高温度的电伴热带，保证在融油过程中一直对原油管线高温加热的能力。但需要对电伴热能力进行计算，根据工艺专业给出的原油凝结温度以及其他数据基础，可以计算出加热每米管线需要的热量值：

W=m×C×（T2-T1）

其中，T2为50 ℃，T1为2.9 ℃（考虑从最低环境温度2.9 ℃加热到50 ℃，45 ℃为本平台原油熔点温度），ρ=870 kg/m3，C=

2 kJ/（kg·℃），得出8寸管线需要电伴热热做功为0.75 kWh/m、6寸管线为0.42 kWh/m。

再通过电半热厂家样本的查找，得出某高温恒功率电伴热型号的功率为0.12 kW/m。电伴热相对于管线长度通常设计的伴热比为1.5，但用作加热熔化凝油需考虑电伴热伴热比为3～4，并且根据高温电伴热型号，相应计算得出电伴热带功率以及可能需要的加热时间为6～7 h，满足平台复产需要的时间。

（3）失去主电后，根据工艺流程，中央控制系统需要使用4 h，而直接都采用UPS供电，大大增加了UPS电池容量。因此，将原设计中的SIS系统拆分为SIS1和SIS2两套安全仪表系统。其中，SIS2系统用于实现海管远程应急置换控制及中控室和电池间的火气探测报警消防功能，保证失去主电后UPS供电（4 h）;SIS1系统实现其他应急关断和火气探测报警功能，应保证失去主电后UPS供电30 min。

此外，所有海管远程应急置换条件下需要打开的阀门应调整为可远程复位的SDV或XV阀，以确保在失去主电的情况下通过SIS2系统正常打开。

修改后的方案很好地满足了在紧急情况下中控供电的需求。

3    结语

该海上无人平台不设置应急机的方案设计及其应用，大大降低了平台投资成本，给公司降本增效带来了很大的收益。同时，该解决方案的研究及应用，保证了平台供电系统的平稳安全运行，并且在平台失主电的情况下，能保证油管线中不存在凝油无法复产的情况，同时保持中控系统在此过程中一直供电，大大增加了平台的稳定性，为今后无人平台不设置应急机提供了经验。

收稿日期：2019-12-10

作者简介：陈鑫（1986—），男，湖南零陵人，工程师，主要从事海洋石油平台电气设计工作。