來 遠(yuǎn)，周 義，胡 斌，高 鵬(中海油研究總院，北京 100029)

淡水是海洋平臺(tái)維持油氣工藝生產(chǎn)及平臺(tái)作業(yè)人員生活的必要資源。一般地，近岸海洋平臺(tái)多借助供應(yīng)船輸運(yùn)淡水，而遠(yuǎn)海平臺(tái)則兼用海水淡化裝置作為平臺(tái)淡水的輔助供應(yīng)源。不論采用何種淡水供應(yīng)方式，海洋平臺(tái)的淡水用水成本都十分高昂。過去由于客觀條件的限制，國(guó)內(nèi)在實(shí)際設(shè)計(jì)中往往直接借鑒國(guó)外或陸上相關(guān)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則[1-3]，但由于不同國(guó)家、地區(qū)、文化背景的操作人員在工作生活習(xí)慣、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平上存在差異，加上不同準(zhǔn)則研究及制定方法也有不同，不同設(shè)計(jì)準(zhǔn)則規(guī)定的淡水定額往往差距較大，令人無所適從。另一方面，隨著目前海上石油工業(yè)的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步，成品藥劑、高度自控系統(tǒng)及免水工藝大大減少了平臺(tái)生產(chǎn)用淡水消耗量。

因此，在目前油價(jià)下行的情況下，通過研究提出、制定符合國(guó)內(nèi)海洋平臺(tái)實(shí)際的綜合用水定額標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)以定額促進(jìn)管理部門強(qiáng)化平臺(tái)管理，減少淡水消耗是十分必要的。

本文基于國(guó)內(nèi)多個(gè)海域海洋平臺(tái)的用水調(diào)查結(jié)果，同時(shí)結(jié)合渤海某平臺(tái)詳查結(jié)果，對(duì)海洋平臺(tái)淡水的用水特點(diǎn)、綜合用水量及節(jié)水能力進(jìn)行了研究，推薦了符合國(guó)內(nèi)海上生產(chǎn)實(shí)際的綜合用水定額。

1 調(diào)查概況及用水結(jié)構(gòu)分析

1.1 調(diào)查概況及成果

本次調(diào)研的數(shù)據(jù)收集自國(guó)內(nèi)3大油氣作業(yè)海域：渤海、東海及南海，共計(jì)10個(gè)設(shè)施。由于目前海洋平臺(tái)生活樓給排水系統(tǒng)基本不具備用水分類計(jì)量的條件，平臺(tái)的總用水量計(jì)量根據(jù)平臺(tái)條件不同，采用不同的方式進(jìn)行：對(duì)于供應(yīng)船供水平臺(tái)，采用平臺(tái)報(bào)表淡水耗量數(shù)據(jù)；對(duì)于部分自產(chǎn)淡水的平臺(tái)，采用記錄淡水罐在海水淡化系統(tǒng)工作間隔期液位變化的方式計(jì)量淡水耗量數(shù)據(jù)。其主要用水歷史記錄數(shù)據(jù)見表1，部分持續(xù)用水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)見圖1。

表1 部分平臺(tái)主要用水歷史記錄Tab.1 Main fresh water consumption record for platform

圖1 部分平臺(tái)用水持續(xù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)Fig.1 Continuous Monitoring for platform fresh water consumption

1.2 海洋平臺(tái)淡水用水結(jié)構(gòu)分析

海洋平臺(tái)淡水按用途不同可以分為生活用水、生產(chǎn)用水和雜用水，為節(jié)約生活淡水用量，大部分海洋平臺(tái)生活樓采用海水作為沖廁水源。此外，根據(jù)被統(tǒng)計(jì)平臺(tái)的反饋情況，經(jīng)過多年技改，平臺(tái)基本無生產(chǎn)用淡水。因此，平臺(tái)總淡水消耗量主要由生活用水和雜用水組成。

通過對(duì)平臺(tái)進(jìn)行的調(diào)查，平臺(tái)操作人員反映日常生活用水習(xí)慣基本與在家時(shí)類似，而平臺(tái)的住宿形式則與旅館、集體宿舍類似。通過參考相關(guān)規(guī)范[4]，結(jié)合平臺(tái)的實(shí)際生活情況和水源配置，不同平臺(tái)的用水結(jié)構(gòu)應(yīng)以住宅為主，綜合賓館飯店的用水特點(diǎn)，其值見表2。

表2 海洋平臺(tái)淡水用水結(jié)構(gòu) %Tab.2 Fresh water consumption structure for platform

從平臺(tái)生活樓淡水日常生活用水結(jié)構(gòu)來看平臺(tái)生活樓用水中，淋浴用水占用比例較大，而集中式洗衣房及餐廳用水量也占較大比例。通過對(duì)平臺(tái)情況的了解，海洋平臺(tái)實(shí)際用水量與平臺(tái)生活管理、淡水系統(tǒng)設(shè)置及淡水供應(yīng)狀況有較大關(guān)系。

而平臺(tái)雜用水使用量基本固定，主要用于平臺(tái)甲板面及設(shè)備沖洗，其用量與平臺(tái)生產(chǎn)甲板的面積直接相關(guān)。

因此，淡水定額的編制不但需要考慮到涵蓋可能出現(xiàn)的用水情況，也需要通過合理的定額編制，促進(jìn)用水單位節(jié)約用水，降本節(jié)能。

2 用水現(xiàn)狀分析

2.1 不同海域?qū)ζ脚_(tái)用水的影響

通過對(duì)2009-2014年渤海、南海海域9個(gè)平臺(tái)共計(jì)31個(gè)不同時(shí)段的人均用水量的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，各海域人均用水量如圖2所示。

圖2 渤海、南海海域平臺(tái)人均用水量統(tǒng)計(jì)結(jié)果Fig.2 Water consumption per capita statistical result for platform in Bohai bay and South China Sea

由圖2可以發(fā)現(xiàn)，根據(jù)目前的調(diào)查統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，渤海與南海的人均用水量并無重大差距，這與常規(guī)的南海由于天氣炎熱用水量比渤海大的推論不符。即在目前人員流動(dòng)加大和南北生活習(xí)慣融合的情況下，工作趨同，人員用水情況也趨同。

2.2 超員影響

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際反饋和統(tǒng)計(jì)的資料，不同海洋平臺(tái)實(shí)際平均滿員情況可由圖3表示。由圖3可知，實(shí)際生產(chǎn)中，一半以上平臺(tái)存在超員的情況，根據(jù)統(tǒng)計(jì)計(jì)算，其平均超員率為6.6%。為使制定的定額符合實(shí)際的用水需求，計(jì)算時(shí)需要將超員率納入考慮。

圖3 不同海洋平臺(tái)實(shí)際平均滿員率Fig.3 Full rate in different platform

2.3 平臺(tái)用水設(shè)施的影響

用水定額的制定應(yīng)該確定其各影響因素，隨后對(duì)各影響因素進(jìn)行相關(guān)性分析，通過對(duì)不同影響因素在統(tǒng)計(jì)學(xué)意義上的相關(guān)性進(jìn)行研究后，可以得出各相關(guān)因素的影響程度與關(guān)系，本研究采用SPSS軟件進(jìn)行海洋平臺(tái)用水定額各相關(guān)影響因素的輔助分析工作。根據(jù)前期桌面研究、實(shí)地調(diào)查和資料收集的結(jié)果，海洋平臺(tái)的用水定額影響因素較為復(fù)雜，其總用水量影響因素主要是：平臺(tái)定員數(shù)、平臺(tái)實(shí)際人數(shù)、用水點(diǎn)數(shù)量。以上相關(guān)因素的相關(guān)性系數(shù)如表3所示。

表3 海洋平臺(tái)生活樓總用水量調(diào)查數(shù)據(jù)相關(guān)性分析Tab.3 Correlation analysis for platform fresh water consumption

從表3可見，平臺(tái)定員數(shù)、在位人員數(shù)量和平臺(tái)用水點(diǎn)數(shù)量與生活樓總用水量關(guān)系均較為密切，可以認(rèn)為它們是平臺(tái)生活樓用水的主要影響因素。而通過對(duì)平臺(tái)人均用水量與用水點(diǎn)數(shù)量進(jìn)行分析，平臺(tái)用水點(diǎn)數(shù)量與人均用水量為負(fù)相關(guān)，說明平臺(tái)生活樓生活用水設(shè)施的完善程度越高，越能促使平臺(tái)人員更為方便地使用淡水，同時(shí)避免跑冒滴漏，減少人均耗水量。同時(shí)，定員數(shù)、在位人員數(shù)量及用水點(diǎn)數(shù)量互相之間的相關(guān)性很高，可以認(rèn)為是具有關(guān)聯(lián)性的自變量。

通過表3的分析，可以認(rèn)為平臺(tái)定員數(shù)、在位人員數(shù)量是與平臺(tái)總用水量相關(guān)性最為密切的參數(shù)，考慮到用水定額主要用于設(shè)計(jì)階段及管理部門日后管理，因此，以平臺(tái)定員數(shù)作為用水定額的核算單位，以平臺(tái)實(shí)際在位人數(shù)作為用水定額的計(jì)算單元是較為合理的研究方式。

3 用水定額分析

3.1 用水定額及表征方法

海洋平臺(tái)綜合用水定額關(guān)系到平臺(tái)用水單位的允許用水量，也與海上作業(yè)運(yùn)行費(fèi)用息息相關(guān)。一般地，海洋平臺(tái)按照生活樓定員來確定生活支持設(shè)施規(guī)模，所以海洋平臺(tái)生活樓的用水定額指標(biāo)采用L/(人·d)。

3.2 用水定額計(jì)算及先進(jìn)性水平分析

一般來說，用水定額的計(jì)算與編制常采用經(jīng)驗(yàn)法、統(tǒng)計(jì)分析法、類比法、技術(shù)測(cè)定法、理論計(jì)算法等不同方法[5]，本次海洋平臺(tái)綜合用水定額的計(jì)算首先采用回歸分析對(duì)用水定額進(jìn)行計(jì)算，隨后使用統(tǒng)計(jì)分析法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行平均先進(jìn)值的計(jì)算，然后利用概率測(cè)算法對(duì)結(jié)果進(jìn)行先進(jìn)性檢驗(yàn)，最后根據(jù)先進(jìn)性檢驗(yàn)結(jié)果，配合生產(chǎn)實(shí)際情況、超員情況和保障率要求確定最終用水定額值，從而使該用水定額能滿足絕大部分用戶的需求，并促進(jìn)海洋平臺(tái)用水先進(jìn)性水平的提升。

3.2.1回歸分析

根據(jù)前述的分析分別對(duì)總用水量及在位人員數(shù)量進(jìn)行回歸分析，其回歸方程如下(回歸曲線見圖4)：

Q=0.146N1.0651R=0.912，R2=0.832,sig=0 (1)

式中：Q為總用水量，m3/d；N1為在位人員數(shù)量；R為復(fù)相關(guān)系數(shù)；R2為樣本決定系數(shù)；sig為顯著性水平。

圖4 總用水量及在位人員數(shù)量回歸曲線Fig.4 Total water consumption-staff number regression curve

根據(jù)目前海洋平臺(tái)的生活樓標(biāo)準(zhǔn)定員設(shè)置規(guī)定，生活樓按定員人數(shù)分為10、40、60、80、100、120共6種規(guī)格?？紤]到2.2節(jié)所述的超員率，結(jié)合回歸方程式(1)，對(duì)于不同人數(shù)時(shí)的用水量及考慮超員后的折算用水量可以由表4表示。

表4 生活樓不同人數(shù)時(shí)的用水情況Tab.4 Calculated fresh water consumption in different staff number

國(guó)內(nèi)海洋平臺(tái)生活樓最大標(biāo)準(zhǔn)定員為120人，考慮到平均超員人數(shù)的影響，故取考慮超員影響后的基礎(chǔ)人均用水量作為概率測(cè)算依據(jù)，其最小值為170.6 L/(d·人)，最大值為200.1 L/(d·人)。

3.2.2二次平均及概率測(cè)算

一般地，由于簡(jiǎn)單算術(shù)平均往往容易導(dǎo)致數(shù)據(jù)過于保守，為了避免此問題，常常采用二次平均法對(duì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

先進(jìn)性概率測(cè)算則是根據(jù)統(tǒng)計(jì)參數(shù)，按照人均用水量的二次分布，對(duì)各用水量數(shù)據(jù)進(jìn)行概率測(cè)算。

根據(jù)目前收集的各海洋平臺(tái)的用水資料，首先對(duì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)平均、二次平均計(jì)算，隨后對(duì)所取得的結(jié)果結(jié)合回歸分析進(jìn)行先進(jìn)性概率測(cè)算，取得了各均值的概率測(cè)算結(jié)果，如表5所示。由表5可知，不同的用水定額對(duì)應(yīng)不同的先進(jìn)水平，即目前條件下用水定額的可實(shí)現(xiàn)性，因此確定先進(jìn)水平成為了確定生活樓用水定額的關(guān)鍵。

表5 計(jì)算用水定額及先進(jìn)性Tab.5 Calculated water quotas and advanced level

表6是幾個(gè)不同地區(qū)的用水定額先進(jìn)水平值。由表6可知，不同區(qū)域、行業(yè)根據(jù)其地域、用水習(xí)慣、缺水程度不同，其用水定額先進(jìn)水平不同，可見綜合用水定額應(yīng)根據(jù)不同地區(qū)、行業(yè)的實(shí)際情況，在促進(jìn)節(jié)約用水的基礎(chǔ)上，科學(xué)確定定額。在目前國(guó)內(nèi)海上石油實(shí)際的生活、生產(chǎn)狀況下，建議目前海洋平臺(tái)基礎(chǔ)用水定額q′a可按照170.6～200.1 L/(人·d)選取，其對(duì)應(yīng)的先進(jìn)水平為29%～49%?？紤]到超員影響，則人均用水定額可以按照187.7～213.5 L/(人·d)考慮。

表6 不同地區(qū)用水定額先進(jìn)水平Tab.6 Advanced levels in different area

4 節(jié)水潛力研究

4.1 理論節(jié)水潛力

一般地，對(duì)于一定統(tǒng)計(jì)范圍內(nèi)的用戶，由于可能存在用水習(xí)慣、人員數(shù)量、管理程度的不同，一定會(huì)有一定的超過用水定額的用戶存在。理論節(jié)水能力是指在按照目前的基礎(chǔ)用水定額嚴(yán)格進(jìn)行用水管理的條件下，統(tǒng)計(jì)范圍內(nèi)的用戶最多可以減少的總用水量的潛力，即：

(2)

根據(jù)收集的資料，在不考慮超員的影響的基礎(chǔ)上，基礎(chǔ)用水定額如果采用200.1 L/(人·d)，節(jié)水能力為9.06%。

4.2 實(shí)測(cè)節(jié)水潛力

理論節(jié)水潛力計(jì)算值如果要作為決策部門進(jìn)行用水管理、節(jié)水考核的主要依據(jù)，必須符合如下2個(gè)前提：①用水定額先進(jìn)水平是合理的；②平臺(tái)的管理水平可以滿足節(jié)水管理要求。

為驗(yàn)證以上問題，通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，對(duì)極端情況下最大節(jié)水潛力進(jìn)行了測(cè)定。渤海某中心平臺(tái)由于冬季季風(fēng)影響，淡水供應(yīng)船暫時(shí)無法靠岸，淡水供應(yīng)短缺。在該情況下，其管理人員自12月1日起對(duì)生活樓淡水用量進(jìn)行了強(qiáng)制節(jié)水，措施如下：①限制每日洗澡時(shí)間為早晚各1 h，其后停水；②限制洗衣房洗衣數(shù)量；③廚房洗菜洗碗及生活必須供水加強(qiáng)管理，但不強(qiáng)制限制。在嚴(yán)格執(zhí)行該管理?xiàng)l例的情況下，平臺(tái)人均生活樓淡水耗量變化的實(shí)測(cè)結(jié)果如圖5所示。

圖5 渤海某中心平臺(tái)生活樓淡水實(shí)際用量Fig.5 Fresh water consumption in Bohai Bay platfrom

由以上數(shù)據(jù)可知，在嚴(yán)格執(zhí)行缺水管理的條件下，平臺(tái)人均淡水耗量降低了約40%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了理論節(jié)水潛力的分析結(jié)果。因此可以得出以下主要結(jié)論。

(1)根據(jù)表2所示的海洋平臺(tái)生活樓的用水結(jié)構(gòu)，海洋平臺(tái)淡水的節(jié)水管理主要應(yīng)著眼于洗浴用水量的控制。

(1)4.1節(jié)所述的理論節(jié)水潛力是可以通過加強(qiáng)管理達(dá)到的。

(3)目前所確定的用水定額先進(jìn)水平要求并不苛刻，平臺(tái)可以通過加強(qiáng)管理達(dá)到。

5 結(jié) 論

本次海洋平臺(tái)綜合用水定額編制研究過程充分考慮了海洋平臺(tái)現(xiàn)有的用水情況，考慮了平臺(tái)實(shí)際的人員超員情況，具有較強(qiáng)的科學(xué)性和可操作性。其主要結(jié)論如下。

(1)不同海域的海洋平臺(tái)人均淡水用量基本相同，可統(tǒng)一考慮。

(2)根據(jù)目前的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，回歸方程Q=0.146N1.0651可以作為海洋平臺(tái)的統(tǒng)計(jì)回歸方程，該式可以指導(dǎo)平臺(tái)用水定額制定，更多的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以使回歸方程更為準(zhǔn)確。

(3)海洋平臺(tái)綜合用水定額可按照187.7～213.5 L/(人·d)考慮，該值較常規(guī)的250 L/(人·d)的設(shè)計(jì)減少了15%以上的儲(chǔ)罐容積，若廣泛推廣，將產(chǎn)生很大的經(jīng)濟(jì)效益。

(4)本研究所確定的定額對(duì)應(yīng)的先進(jìn)性水平為29%～49%，彈性相對(duì)較大，因此，對(duì)于部分補(bǔ)給困難的海洋平臺(tái)，在要求強(qiáng)化平臺(tái)淡水管理的基礎(chǔ)上，其淡水定額可以按照二次平均法的計(jì)算定額制定，并綜合考慮平臺(tái)超員可能性。

(5)根據(jù)目前的用水定額，其對(duì)應(yīng)的理論節(jié)水潛力為9.06%，該值是合理、可達(dá)到的，可以作為管理部門的一期節(jié)水管理目標(biāo)。平臺(tái)節(jié)水的主要目標(biāo)應(yīng)為淋浴用水，管理部門可通過淋浴刷卡計(jì)費(fèi)、限時(shí)洗澡等措施控制平臺(tái)生活樓淡水耗量。

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