来 远，周 义，胡 斌，高 鹏(中海油研究总院，北京 100029)

淡水是海洋平台维持油气工艺生产及平台作业人员生活的必要资源。一般地，近岸海洋平台多借助供应船输运淡水，而远海平台则兼用海水淡化装置作为平台淡水的辅助供应源。不论采用何种淡水供应方式，海洋平台的淡水用水成本都十分高昂。过去由于客观条件的限制，国内在实际设计中往往直接借鉴国外或陆上相关设计准则[1-3]，但由于不同国家、地区、文化背景的操作人员在工作生活习惯、经济发展水平上存在差异，加上不同准则研究及制定方法也有不同，不同设计准则规定的淡水定额往往差距较大，令人无所适从。另一方面，随着目前海上石油工业的发展和技术的进步，成品药剂、高度自控系统及免水工艺大大减少了平台生产用淡水消耗量。

因此，在目前油价下行的情况下，通过研究提出、制定符合国内海洋平台实际的综合用水定额标准，同时以定额促进管理部门强化平台管理，减少淡水消耗是十分必要的。

本文基于国内多个海域海洋平台的用水调查结果，同时结合渤海某平台详查结果，对海洋平台淡水的用水特点、综合用水量及节水能力进行了研究，推荐了符合国内海上生产实际的综合用水定额。

1 调查概况及用水结构分析

1.1 调查概况及成果

本次调研的数据收集自国内3大油气作业海域：渤海、东海及南海，共计10个设施。由于目前海洋平台生活楼给排水系统基本不具备用水分类计量的条件，平台的总用水量计量根据平台条件不同，采用不同的方式进行：对于供应船供水平台，采用平台报表淡水耗量数据；对于部分自产淡水的平台，采用记录淡水罐在海水淡化系统工作间隔期液位变化的方式计量淡水耗量数据。其主要用水历史记录数据见表1，部分持续用水监测数据见图1。

表1 部分平台主要用水历史记录Tab.1 Main fresh water consumption record for platform

图1 部分平台用水持续监测数据Fig.1 Continuous Monitoring for platform fresh water consumption

1.2 海洋平台淡水用水结构分析

海洋平台淡水按用途不同可以分为生活用水、生产用水和杂用水，为节约生活淡水用量，大部分海洋平台生活楼采用海水作为冲厕水源。此外，根据被统计平台的反馈情况，经过多年技改，平台基本无生产用淡水。因此，平台总淡水消耗量主要由生活用水和杂用水组成。

通过对平台进行的调查，平台操作人员反映日常生活用水习惯基本与在家时类似，而平台的住宿形式则与旅馆、集体宿舍类似。通过参考相关规范[4]，结合平台的实际生活情况和水源配置，不同平台的用水结构应以住宅为主，综合宾馆饭店的用水特点，其值见表2。

表2 海洋平台淡水用水结构 %Tab.2 Fresh water consumption structure for platform

从平台生活楼淡水日常生活用水结构来看平台生活楼用水中，淋浴用水占用比例较大，而集中式洗衣房及餐厅用水量也占较大比例。通过对平台情况的了解，海洋平台实际用水量与平台生活管理、淡水系统设置及淡水供应状况有较大关系。

而平台杂用水使用量基本固定，主要用于平台甲板面及设备冲洗，其用量与平台生产甲板的面积直接相关。

因此，淡水定额的编制不但需要考虑到涵盖可能出现的用水情况，也需要通过合理的定额编制，促进用水单位节约用水，降本节能。

2 用水现状分析

2.1 不同海域对平台用水的影响

通过对2009-2014年渤海、南海海域9个平台共计31个不同时段的人均用水量的统计结果，各海域人均用水量如图2所示。

图2 渤海、南海海域平台人均用水量统计结果Fig.2 Water consumption per capita statistical result for platform in Bohai bay and South China Sea

由图2可以发现，根据目前的调查统计数据，渤海与南海的人均用水量并无重大差距，这与常规的南海由于天气炎热用水量比渤海大的推论不符。即在目前人员流动加大和南北生活习惯融合的情况下，工作趋同，人员用水情况也趋同。

2.2 超员影响

根据现场实际反馈和统计的资料，不同海洋平台实际平均满员情况可由图3表示。由图3可知，实际生产中，一半以上平台存在超员的情况，根据统计计算，其平均超员率为6.6%。为使制定的定额符合实际的用水需求，计算时需要将超员率纳入考虑。

图3 不同海洋平台实际平均满员率Fig.3 Full rate in different platform

2.3 平台用水设施的影响

用水定额的制定应该确定其各影响因素，随后对各影响因素进行相关性分析，通过对不同影响因素在统计学意义上的相关性进行研究后，可以得出各相关因素的影响程度与关系，本研究采用SPSS软件进行海洋平台用水定额各相关影响因素的辅助分析工作。根据前期桌面研究、实地调查和资料收集的结果，海洋平台的用水定额影响因素较为复杂，其总用水量影响因素主要是：平台定员数、平台实际人数、用水点数量。以上相关因素的相关性系数如表3所示。

表3 海洋平台生活楼总用水量调查数据相关性分析Tab.3 Correlation analysis for platform fresh water consumption

从表3可见，平台定员数、在位人员数量和平台用水点数量与生活楼总用水量关系均较为密切，可以认为它们是平台生活楼用水的主要影响因素。而通过对平台人均用水量与用水点数量进行分析，平台用水点数量与人均用水量为负相关，说明平台生活楼生活用水设施的完善程度越高，越能促使平台人员更为方便地使用淡水，同时避免跑冒滴漏，减少人均耗水量。同时，定员数、在位人员数量及用水点数量互相之间的相关性很高，可以认为是具有关联性的自变量。

通过表3的分析，可以认为平台定员数、在位人员数量是与平台总用水量相关性最为密切的参数，考虑到用水定额主要用于设计阶段及管理部门日后管理，因此，以平台定员数作为用水定额的核算单位，以平台实际在位人数作为用水定额的计算单元是较为合理的研究方式。

3 用水定额分析

3.1 用水定额及表征方法

海洋平台综合用水定额关系到平台用水单位的允许用水量，也与海上作业运行费用息息相关。一般地，海洋平台按照生活楼定员来确定生活支持设施规模，所以海洋平台生活楼的用水定额指标采用L/(人·d)。

3.2 用水定额计算及先进性水平分析

一般来说，用水定额的计算与编制常采用经验法、统计分析法、类比法、技术测定法、理论计算法等不同方法[5]，本次海洋平台综合用水定额的计算首先采用回归分析对用水定额进行计算，随后使用统计分析法对数据进行平均先进值的计算，然后利用概率测算法对结果进行先进性检验，最后根据先进性检验结果，配合生产实际情况、超员情况和保障率要求确定最终用水定额值，从而使该用水定额能满足绝大部分用户的需求，并促进海洋平台用水先进性水平的提升。

3.2.1回归分析

根据前述的分析分别对总用水量及在位人员数量进行回归分析，其回归方程如下(回归曲线见图4)：

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

式中：Q为总用水量，m3/d；N1为在位人员数量；R为复相关系数；R2为样本决定系数；sig为显著性水平。

图4 总用水量及在位人员数量回归曲线Fig.4 Total water consumption-staff number regression curve

根据目前海洋平台的生活楼标准定员设置规定，生活楼按定员人数分为10、40、60、80、100、120共6种规格。考虑到2.2节所述的超员率，结合回归方程式(1)，对于不同人数时的用水量及考虑超员后的折算用水量可以由表4表示。

表4 生活楼不同人数时的用水情况Tab.4 Calculated fresh water consumption in different staff number

国内海洋平台生活楼最大标准定员为120人，考虑到平均超员人数的影响，故取考虑超员影响后的基础人均用水量作为概率测算依据，其最小值为170.6 L/(d·人)，最大值为200.1 L/(d·人)。

3.2.2二次平均及概率测算

一般地，由于简单算术平均往往容易导致数据过于保守，为了避免此问题，常常采用二次平均法对统计数据进行处理。

先进性概率测算则是根据统计参数，按照人均用水量的二次分布，对各用水量数据进行概率测算。

根据目前收集的各海洋平台的用水资料，首先对统计数据进行算术平均、二次平均计算，随后对所取得的结果结合回归分析进行先进性概率测算，取得了各均值的概率测算结果，如表5所示。由表5可知，不同的用水定额对应不同的先进水平，即目前条件下用水定额的可实现性，因此确定先进水平成为了确定生活楼用水定额的关键。

表5 计算用水定额及先进性Tab.5 Calculated water quotas and advanced level

表6是几个不同地区的用水定额先进水平值。由表6可知，不同区域、行业根据其地域、用水习惯、缺水程度不同，其用水定额先进水平不同，可见综合用水定额应根据不同地区、行业的实际情况，在促进节约用水的基础上，科学确定定额。在目前国内海上石油实际的生活、生产状况下，建议目前海洋平台基础用水定额q′a可按照170.6～200.1 L/(人·d)选取，其对应的先进水平为29%～49%。考虑到超员影响，则人均用水定额可以按照187.7～213.5 L/(人·d)考虑。

表6 不同地区用水定额先进水平Tab.6 Advanced levels in different area

4 节水潜力研究

4.1 理论节水潜力

一般地，对于一定统计范围内的用户，由于可能存在用水习惯、人员数量、管理程度的不同，一定会有一定的超过用水定额的用户存在。理论节水能力是指在按照目前的基础用水定额严格进行用水管理的条件下，统计范围内的用户最多可以减少的总用水量的潜力，即：

(2)

根据收集的资料，在不考虑超员的影响的基础上，基础用水定额如果采用200.1 L/(人·d)，节水能力为9.06%。

4.2 实测节水潜力

理论节水潜力计算值如果要作为决策部门进行用水管理、节水考核的主要依据，必须符合如下2个前提：①用水定额先进水平是合理的；②平台的管理水平可以满足节水管理要求。

为验证以上问题，通过现场实测，对极端情况下最大节水潜力进行了测定。渤海某中心平台由于冬季季风影响，淡水供应船暂时无法靠岸，淡水供应短缺。在该情况下，其管理人员自12月1日起对生活楼淡水用量进行了强制节水，措施如下：①限制每日洗澡时间为早晚各1 h，其后停水；②限制洗衣房洗衣数量；③厨房洗菜洗碗及生活必须供水加强管理，但不强制限制。在严格执行该管理条例的情况下，平台人均生活楼淡水耗量变化的实测结果如图5所示。

图5 渤海某中心平台生活楼淡水实际用量Fig.5 Fresh water consumption in Bohai Bay platfrom

由以上数据可知，在严格执行缺水管理的条件下，平台人均淡水耗量降低了约40%，远远超过了理论节水潜力的分析结果。因此可以得出以下主要结论。

(1)根据表2所示的海洋平台生活楼的用水结构，海洋平台淡水的节水管理主要应着眼于洗浴用水量的控制。

(1)4.1节所述的理论节水潜力是可以通过加强管理达到的。

(3)目前所确定的用水定额先进水平要求并不苛刻，平台可以通过加强管理达到。

5 结 论

本次海洋平台综合用水定额编制研究过程充分考虑了海洋平台现有的用水情况，考虑了平台实际的人员超员情况，具有较强的科学性和可操作性。其主要结论如下。

(1)不同海域的海洋平台人均淡水用量基本相同，可统一考虑。

(2)根据目前的统计结果，回归方程Q=0.146N1.0651可以作为海洋平台的统计回归方程，该式可以指导平台用水定额制定，更多的统计数据可以使回归方程更为准确。

(3)海洋平台综合用水定额可按照187.7～213.5 L/(人·d)考虑，该值较常规的250 L/(人·d)的设计减少了15%以上的储罐容积，若广泛推广，将产生很大的经济效益。

(4)本研究所确定的定额对应的先进性水平为29%～49%，弹性相对较大，因此，对于部分补给困难的海洋平台，在要求强化平台淡水管理的基础上，其淡水定额可以按照二次平均法的计算定额制定，并综合考虑平台超员可能性。

(5)根据目前的用水定额，其对应的理论节水潜力为9.06%，该值是合理、可达到的，可以作为管理部门的一期节水管理目标。平台节水的主要目标应为淋浴用水，管理部门可通过淋浴刷卡计费、限时洗澡等措施控制平台生活楼淡水耗量。

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[1] 美国雪夫龙公司. 海上油气工程设计实用手册:第七分册[Z]. 王满贵，译. 天津:海洋石油开发工程设计公司，渤海石油工程设计公司，南海东部石油公司,1992:66-69.

[2] 《海洋石油工程设计指南》编委会. 海洋石油工程设计概论与工艺设计[M]. 北京:石油工业出版社,2007:272-273.

[3] 中国核电工程有限公司. 给水排水设计手册:第2册 建筑给水排水[M]. 3版. 北京:中国建筑工业出版社,2012:20-34.

[4] GB50336-2002，建筑中水设计规范[S].

[5] 丁立国,高 悦,那 利，等. 统计分析法在工业用水定额制定中的应用[J]. 东北水利水电, 2003,21(9):12-14.

[6] 陆 克. 天津市高城市用水定额编制研究[D]. 天津：天津大学，2008.

[7] 刘 英,穆东雪,周建芝，等. 天津市普通高校综合用水定额编制研究[J]. 给水排水, 2010,36(6):78-81.

[8] 陈学福，关洪林，刘军武. 湖北省工业和城市生活用水定额研究[J]. 中国农村水利水电, 2002,(4):32-35.

[9] 江 潮. 陕西省不同区域城区用水定额及需水量预测研究[D]. 西安：长安大学，2014.

[10] 李 丹. 武汉市宾馆饭店取水定额研究[D]. 武汉：华中师范大学, 2005.