新聞主題	應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)基礎(chǔ)條件、選型要求與布置案例

 

摘要：本文對(duì)應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組的選型設(shè)計(jì)，從選型設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、設(shè)計(jì)要求和布置等方面進(jìn)行了詳細(xì)梳理和分析，要求應(yīng)急發(fā)電機(jī)組規(guī)格選擇能夠確保滿足各工況功能需求，且柴發(fā)發(fā)電機(jī)組要具有良好的性能，包括安全可靠性、啟動(dòng)性能和輔助系統(tǒng)獨(dú)立性；發(fā)電機(jī)組布置要考慮主風(fēng)向和排煙管走向影響以及發(fā)電機(jī)組附件與結(jié)構(gòu)干涉分析?？得魉构練w納了選型設(shè)計(jì)要點(diǎn)，可為用戶購(gòu)買應(yīng)急發(fā)電機(jī)組的選型設(shè)計(jì)提供參考。

 

一、應(yīng)急柴發(fā)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)

 

      應(yīng)急發(fā)電機(jī)組作為海上油氣生產(chǎn)平臺(tái)（簡(jiǎn)稱“海上平臺(tái)”）核心設(shè)備之一，是海上平臺(tái)主要的應(yīng)急電源設(shè)備，當(dāng)主電源供電失效時(shí)，向吊機(jī)、消防、救生、通訊、照明、伴熱和應(yīng)急關(guān)斷等系統(tǒng)供電；通常情況下，應(yīng)急發(fā)電機(jī)組還用于海上油氣田海底管線應(yīng)急置換、井口平臺(tái)壓井以及中心平臺(tái)黑啟動(dòng)操作，對(duì)海上平臺(tái)安全連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)起著非常重要的作用。目前，國(guó)內(nèi)文獻(xiàn)尚未看到海上平臺(tái)應(yīng)急發(fā)電機(jī)組選型設(shè)計(jì)方面的介紹。本文通過分析渤海某海上井口平臺(tái)應(yīng)急發(fā)電機(jī)組在基本設(shè)計(jì)階段選型設(shè)計(jì)和安裝布置情況，梳理海上平臺(tái)應(yīng)急發(fā)電機(jī)組選型設(shè)計(jì)關(guān)鍵要素，為后續(xù)海上平臺(tái)工程設(shè)計(jì)提供參考和借鑒。

      海上平臺(tái)應(yīng)急發(fā)電機(jī)組采用柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)，其設(shè)計(jì)基礎(chǔ)主要包括平臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境條件、電負(fù)荷（包括應(yīng)急電負(fù)荷、黑啟動(dòng)電負(fù)荷）以及安裝型式等。

1、環(huán)境條件

      海洋環(huán)境有別于陸地環(huán)境，相對(duì)濕度大、鹽霧環(huán)境等對(duì)應(yīng)急發(fā)電機(jī)組的要求十分苛刻，應(yīng)急發(fā)電機(jī)組暴露在苛刻的海洋環(huán)境中，要保證可靠性和使用壽命20~30年的要求。以渤海某海上井口平臺(tái)為例，常用的環(huán)境參數(shù)，如表1所示。

表1    渤海某海上平臺(tái)環(huán)境參數(shù)

2、用電負(fù)荷

      通常情況下，應(yīng)急電負(fù)荷分為一般應(yīng)急工況、火災(zāi)工況、置換工況、壓井工況，對(duì)于帶主電站的中心平臺(tái)還要考慮黑啟動(dòng)工況電負(fù)荷，取最大值作為應(yīng)急發(fā)電機(jī)組選型基礎(chǔ)。在一般應(yīng)急工況的應(yīng)急電負(fù)荷基礎(chǔ)上，火災(zāi)工況要考慮電動(dòng)消防泵等設(shè)備用電量，置換工況要考慮應(yīng)急置換泵等設(shè)備用電量，壓井工況要考慮壓井泵等設(shè)備用電量。

3、安裝型式

      應(yīng)急發(fā)電機(jī)組及其日用柴油罐通常安裝于海上平臺(tái)應(yīng)急發(fā)電機(jī)房間內(nèi)；也有少量應(yīng)急發(fā)電機(jī)組要求以集裝箱型式供貨，日用柴油罐集成在集裝箱內(nèi)部或者底橇內(nèi)，直接安裝在海上平臺(tái)開敞空間（即采用集裝箱代替了應(yīng)急發(fā)電機(jī)房），這種情況下集裝箱結(jié)構(gòu)強(qiáng)度以及與海上平臺(tái)連接設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮風(fēng)速影響。渤海某海上井口平臺(tái)應(yīng)急發(fā)電機(jī)組安裝在應(yīng)急發(fā)電機(jī)房間內(nèi)。

 

二、應(yīng)急柴發(fā)選型設(shè)計(jì)

 

1、發(fā)電機(jī)組規(guī)格

      渤海某海上井口平臺(tái)應(yīng)急電負(fù)荷分為一般應(yīng)急工況、火災(zāi)工況、置換工況、壓井工況，計(jì)算結(jié)果如表2所示。該井口平臺(tái)由外部平臺(tái)供主電，不設(shè)置主電站，因此沒有黑啟動(dòng)工況。從表2可知，各工況下冬季電負(fù)荷比夏季大，主要原因是冬季應(yīng)急電伴熱用電量較大；該井口平臺(tái)最大應(yīng)急電負(fù)荷發(fā)生在冬季火災(zāi)工況，為615kW。

表2    應(yīng)急電負(fù)荷計(jì)算表

      通常在基本設(shè)計(jì)階段，應(yīng)急發(fā)電機(jī)組負(fù)荷率不超過90%，結(jié)合應(yīng)急發(fā)電機(jī)組規(guī)格等級(jí)，選用1臺(tái)800kWe柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)應(yīng)急發(fā)電機(jī)組，輸出電制：400V交流電，三相，50Hz。與此同時(shí)，要校核在所選用應(yīng)急發(fā)電機(jī)組規(guī)格下，用電量較大的設(shè)備是否能夠啟動(dòng)成功，該井口平臺(tái)使用應(yīng)急電的最大用電量設(shè)備為350m³/h電動(dòng)消防泵，軸功率約200kW，經(jīng)建模計(jì)算，800kWe規(guī)格應(yīng)急發(fā)電機(jī)組能夠?qū)崿F(xiàn)電動(dòng)消防泵的啟動(dòng)。

2、選型要求

      應(yīng)急發(fā)電機(jī)組為應(yīng)急電負(fù)荷涉及的關(guān)鍵設(shè)備而設(shè)置，安全可靠是應(yīng)急發(fā)電機(jī)組選型設(shè)計(jì)首要條件。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，所選用的發(fā)電機(jī)組應(yīng)是批量生產(chǎn)的成熟產(chǎn)品，因此應(yīng)急發(fā)電機(jī)組的原動(dòng)機(jī)多數(shù)選擇1500r/min及以上的高速柴油機(jī)。柴油發(fā)電機(jī)組側(cè)面和平面外觀如圖1、圖2所示，其規(guī)范要求如下：

（1）啟動(dòng)時(shí)間

      應(yīng)急發(fā)電機(jī)應(yīng)在主電源供電失效的情況下，確保在45s之內(nèi)自動(dòng)啟動(dòng)和供電。

（2）冷啟動(dòng)要求

      應(yīng)急發(fā)電機(jī)組應(yīng)能在使用的最低環(huán)境溫度下易于冷機(jī)啟動(dòng)。如不具備這種能力，應(yīng)裝設(shè)一個(gè)經(jīng)檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)認(rèn)可的輔助預(yù)熱裝置，以保證機(jī)組的冷機(jī)啟動(dòng)性能。

（3）啟動(dòng)電源

      應(yīng)急發(fā)電機(jī)組應(yīng)設(shè)有經(jīng)檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)認(rèn)可的啟動(dòng)裝置，并配備至少能供六次連續(xù)啟動(dòng)的能源。此外，宜配備在30分鐘內(nèi)能啟動(dòng)三次的第二能源，但人工啟動(dòng)能被證明有效的除外。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，通常選用二組配有充電器的24V直流蓄電池作為啟動(dòng)能源，每組蓄電池應(yīng)能在最低環(huán)境溫度條件下提供6次冷啟動(dòng)而不需要充電，且要求蓄電池每次冷啟動(dòng)持續(xù)時(shí)間15s，啟動(dòng)間隔時(shí)間為15s。

（4）冷卻系統(tǒng)

      應(yīng)急發(fā)電機(jī)組的柴油機(jī)應(yīng)有獨(dú)立的冷卻裝置，通常選用外部風(fēng)冷型的柴油機(jī)，冷卻風(fēng)扇由柴油機(jī)自驅(qū)動(dòng)，從而免去了間接冷卻海水供應(yīng)問題。該井口平臺(tái)應(yīng)急發(fā)電機(jī)組規(guī)格800kWe是柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)的凈發(fā)電量，已經(jīng)扣除了柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)冷卻風(fēng)扇的功耗。

（5）燃油系統(tǒng)

      應(yīng)急發(fā)電機(jī)組的柴油機(jī)應(yīng)有獨(dú)立的燃油供給系統(tǒng)，通常在應(yīng)急發(fā)電機(jī)組房間內(nèi)設(shè)置日用柴油罐，通過平臺(tái)柴油系統(tǒng)定期補(bǔ)充柴油，日用柴油罐供油時(shí)間一般按照18h考慮，該井口平臺(tái)設(shè)置了1個(gè)凈容積5m3的日用柴油罐。

（6）通風(fēng)系統(tǒng)

      應(yīng)急發(fā)電機(jī)組工作時(shí)，柴油機(jī)燃燒和室內(nèi)通風(fēng)用空氣來自進(jìn)氣百葉窗，應(yīng)急發(fā)電機(jī)組散熱由通風(fēng)撓性接頭連接至排氣百葉窗，空氣進(jìn)氣先冷卻發(fā)電機(jī)組表面散熱至機(jī)房空氣的熱量（確保機(jī)房溫度不高于45℃）,再冷卻發(fā)電機(jī)組風(fēng)冷散熱器，最后熱空氣通過排氣百葉窗排出室外。進(jìn)、排氣百葉窗通常采用電控氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)開啟（設(shè)置空氣瓶，氣源來自海上平臺(tái)儀表風(fēng)系統(tǒng)），靠重力或彈簧閉合。進(jìn)、排氣百葉窗均為雙層結(jié)構(gòu)，外層由發(fā)電機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)控制開或關(guān)，內(nèi)層由滅火狀態(tài)控制開或關(guān)。應(yīng)急發(fā)電機(jī)組不工作時(shí)，進(jìn)、排氣百葉窗均關(guān)閉，此時(shí)室內(nèi)通風(fēng)由專設(shè)的通風(fēng)機(jī)完成。

 

圖1  C200D5康明斯發(fā)電機(jī)組外形側(cè)視圖

圖2  C200D5康明斯發(fā)電機(jī)組外形平面圖

 

三、應(yīng)急柴發(fā)布置分析

 

1、布置分析

      應(yīng)急發(fā)電機(jī)組通常安裝在位于非危險(xiǎn)區(qū)的房間內(nèi)，且盡量遠(yuǎn)離危險(xiǎn)區(qū)。在此基礎(chǔ)上，應(yīng)急發(fā)電機(jī)房位置的選擇以及排煙管走向應(yīng)使發(fā)電機(jī)組的排煙應(yīng)盡可能處于主風(fēng)向的下風(fēng)口，減小發(fā)電機(jī)組排煙對(duì)海上平臺(tái)設(shè)施的影響，同時(shí)減小排煙通過進(jìn)氣百葉窗被吸入機(jī)房的概率。機(jī)房布置如圖3所示。排煙管向北伸出平臺(tái)邊緣，排煙沿主風(fēng)向方向散去，對(duì)機(jī)房影響最小。

 

圖3   應(yīng)急發(fā)電機(jī)組位置布局圖

 

2、干涉分析

      應(yīng)急發(fā)電機(jī)房進(jìn)、排氣百葉窗應(yīng)盡可能相互遠(yuǎn)離，增加通風(fēng)散熱效果。由于應(yīng)急發(fā)電機(jī)房墻壁上通常布置有組塊結(jié)構(gòu)斜撐，因此需要校核進(jìn)、排氣百葉窗與斜撐干涉情況，并調(diào)整組塊結(jié)構(gòu)斜撐位置或更改百葉窗位置。該井口平臺(tái)應(yīng)急發(fā)電機(jī)房北墻墻體和東墻墻體各有1個(gè)斜撐，根據(jù)應(yīng)急發(fā)電機(jī)組百葉窗尺寸初步信息、主風(fēng)向和排煙管走向，經(jīng)綜合分析，進(jìn)氣百葉窗布置在西墻，排氣百葉窗布置在東墻北側(cè)避開東墻斜撐。平面布局如圖4所示。

      通常在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸上部的房頂設(shè)置滑道梁并配置電動(dòng)葫蘆，用于維修時(shí)提缸操作，需要校核滑道梁與平臺(tái)組塊結(jié)構(gòu)主梁的干涉，確保電動(dòng)葫蘆沿滑道梁的暢通。此外，由于組塊結(jié)構(gòu)主梁不允許穿越，也要校核機(jī)房?jī)?nèi)外排煙管是否與主梁、立柱干涉，若存在干涉應(yīng)適當(dāng)降低排煙管的高度或重新規(guī)劃走向。該井口平臺(tái)應(yīng)急發(fā)電機(jī)房側(cè)面視圖如圖5所示。先期規(guī)劃排煙管從東墻穿出后再向北伸出平臺(tái)邊緣，經(jīng)校核若保持現(xiàn)有高度則排煙管與東墻頂上的主梁發(fā)生干涉，若將降低排煙管高度則消音器與冷卻裝置、排氣百葉窗發(fā)生干涉。經(jīng)過分析，維持排煙管高度，排煙管從應(yīng)急發(fā)電機(jī)房北墻直接穿出向北伸出平臺(tái)邊緣。

 

圖4  應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)房平面布置圖.

圖5  應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)房側(cè)面視圖

 

四、結(jié)論

 

      本文依據(jù)海上平臺(tái)環(huán)境條件、電負(fù)荷、安裝型式等選型設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，開展了應(yīng)急發(fā)電機(jī)組選型設(shè)計(jì)，并詳細(xì)梳理和分析了應(yīng)急發(fā)電機(jī)組選型設(shè)計(jì)要求和發(fā)電機(jī)組布置內(nèi)容。總結(jié)如下：

（1）以應(yīng)急發(fā)電機(jī)組功能需求各工況最大電負(fù)荷為基礎(chǔ)，開展應(yīng)急發(fā)電機(jī)組規(guī)格選擇，同時(shí)要確保較大用電量設(shè)備能夠啟動(dòng)成功。

（2）安全可靠是應(yīng)急發(fā)電機(jī)組選型設(shè)計(jì)首要條件。應(yīng)急發(fā)電機(jī)組要有良好的啟動(dòng)性能、獨(dú)立的冷卻裝置和燃油供給系統(tǒng)。原動(dòng)機(jī)多數(shù)選擇高速柴油機(jī)。

（3）應(yīng)急發(fā)電機(jī)房配置進(jìn)、排氣百葉窗，冷卻發(fā)電機(jī)組表面散熱和缸套水等散熱。確保機(jī)房溫度不超過45℃。

（4）應(yīng)急發(fā)電機(jī)房位置選擇和排煙管走向，應(yīng)使得發(fā)電機(jī)組的排煙應(yīng)盡可能處于主風(fēng)向的下風(fēng)向，減小排煙影響。

（5）確保進(jìn)、排氣百葉窗不與應(yīng)急發(fā)電機(jī)組房墻體斜撐干涉；確保機(jī)房?jī)?nèi)滑道梁以及機(jī)房?jī)?nèi)外排煙管不與結(jié)構(gòu)主梁干涉。

 

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