新聞主題	應急柴油發(fā)電機基礎條件、選型要求與布置案例

 

摘要：本文對應急柴油發(fā)電機組的選型設計，從選型設計基礎、設計要求和布置等方面進(jìn)行了詳細梳理和分析，要求應急發(fā)電機組規格選擇能夠確保滿(mǎn)足各工況功能需求，且柴發(fā)發(fā)電機組要具有良好的性能，包括安全可靠性、啟動(dòng)性能和輔助系統獨立性；發(fā)電機組布置要考慮主風(fēng)向和排煙管走向影響以及發(fā)電機組附件與結構干涉分析?？得魉构練w納了選型設計要點(diǎn)，可為用戶(hù)購買(mǎi)應急發(fā)電機組的選型設計提供參考。

 

一、應急柴發(fā)設計基礎

 

      應急發(fā)電機組作為海上油氣生產(chǎn)平臺（簡(jiǎn)稱(chēng)“海上平臺”）核心設備之一，是海上平臺主要的應急電源設備，當主電源供電失效時(shí)，向吊機、消防、救生、通訊、照明、伴熱和應急關(guān)斷等系統供電；通常情況下，應急發(fā)電機組還用于海上油氣田海底管線(xiàn)應急置換、井口平臺壓井以及中心平臺黑啟動(dòng)操作，對海上平臺安全連續穩定生產(chǎn)起著(zhù)非常重要的作用。目前，國內文獻尚未看到海上平臺應急發(fā)電機組選型設計方面的介紹。本文通過(guò)分析渤海某海上井口平臺應急發(fā)電機組在基本設計階段選型設計和安裝布置情況，梳理海上平臺應急發(fā)電機組選型設計關(guān)鍵要素，為后續海上平臺工程設計提供參考和借鑒。

      海上平臺應急發(fā)電機組采用柴油機驅動(dòng)，其設計基礎主要包括平臺現場(chǎng)環(huán)境條件、電負荷（包括應急電負荷、黑啟動(dòng)電負荷）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，相對濕度大、鹽霧環(huán)境等對應急發(fā)電機組的要求十分苛刻，應急發(fā)電機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為例，常用的環(huán)境參數，如表1所示。

表1    渤海某海上平臺環(huán)境參數

2、用電負荷

      通常情況下，應急電負荷分為一般應急工況、火災工況、置換工況、壓井工況，對于帶主電站的中心平臺還要考慮黑啟動(dòng)工況電負荷，取最大值作為應急發(fā)電機組選型基礎。在一般應急工況的應急電負荷基礎上，火災工況要考慮電動(dòng)消防泵等設備用電量，置換工況要考慮應急置換泵等設備用電量，壓井工況要考慮壓井泵等設備用電量。

3、安裝型式

      應急發(fā)電機組及其日用柴油罐通常安裝于海上平臺應急發(fā)電機房間內；也有少量應急發(fā)電機組要求以集裝箱型式供貨，日用柴油罐集成在集裝箱內部或者底橇內，直接安裝在海上平臺開(kāi)敞空間（即采用集裝箱代替了應急發(fā)電機房），這種情況下集裝箱結構強度以及與海上平臺連接設計應充分考慮風(fēng)速影響。渤海某海上井口平臺應急發(fā)電機組安裝在應急發(fā)電機房間內。

 

二、應急柴發(fā)選型設計

 

1、發(fā)電機組規格

      渤海某海上井口平臺應急電負荷分為一般應急工況、火災工況、置換工況、壓井工況，計算結果如表2所示。該井口平臺由外部平臺供主電，不設置主電站，因此沒(méi)有黑啟動(dòng)工況。從表2可知，各工況下冬季電負荷比夏季大，主要原因是冬季應急電伴熱用電量較大；該井口平臺最大應急電負荷發(fā)生在冬季火災工況，為615kW。

表2    應急電負荷計算表

      通常在基本設計階段，應急發(fā)電機組負荷率不超過(guò)90%，結合應急發(fā)電機組規格等級，選用1臺800kWe柴油機驅動(dòng)應急發(fā)電機組，輸出電制：400V交流電，三相，50Hz。與此同時(shí)，要校核在所選用應急發(fā)電機組規格下，用電量較大的設備是否能夠啟動(dòng)成功，該井口平臺使用應急電的最大用電量設備為350m³/h電動(dòng)消防泵，軸功率約200kW，經(jīng)建模計算，800kWe規格應急發(fā)電機組能夠實(shí)現電動(dòng)消防泵的啟動(dòng)。

2、選型要求

      應急發(fā)電機組為應急電負荷涉及的關(guān)鍵設備而設置，安全可靠是應急發(fā)電機組選型設計首要條件。根據工程經(jīng)驗，所選用的發(fā)電機組應是批量生產(chǎn)的成熟產(chǎn)品，因此應急發(fā)電機組的原動(dòng)機多數選擇1500r/min及以上的高速柴油機。柴油發(fā)電機組側面和平面外觀(guān)如圖1、圖2所示，其規范要求如下：

（1）啟動(dòng)時(shí)間

      應急發(fā)電機應在主電源供電失效的情況下，確保在45s之內自動(dòng)啟動(dòng)和供電。

（2）冷啟動(dòng)要求

      應急發(fā)電機組應能在使用的最低環(huán)境溫度下易于冷機啟動(dòng)。如不具備這種能力，應裝設一個(gè)經(jīng)檢驗機構認可的輔助預熱裝置，以保證機組的冷機啟動(dòng)性能。

（3）啟動(dòng)電源

      應急發(fā)電機組應設有經(jīng)檢驗機構認可的啟動(dòng)裝置，并配備至少能供六次連續啟動(dòng)的能源。此外，宜配備在30分鐘內能啟動(dòng)三次的第二能源，但人工啟動(dòng)能被證明有效的除外。根據工程經(jīng)驗，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)持續時(shí)間15s，啟動(dòng)間隔時(shí)間為15s。

（4）冷卻系統

      應急發(fā)電機組的柴油機應有獨立的冷卻裝置，通常選用外部風(fēng)冷型的柴油機，冷卻風(fēng)扇由柴油機自驅動(dòng)，從而免去了間接冷卻海水供應問(wèn)題。該井口平臺應急發(fā)電機組規格800kWe是柴油機驅動(dòng)發(fā)電機的凈發(fā)電量，已經(jīng)扣除了柴油機驅動(dòng)冷卻風(fēng)扇的功耗。

（5）燃油系統

      應急發(fā)電機組的柴油機應有獨立的燃油供給系統，通常在應急發(fā)電機組房間內設置日用柴油罐，通過(guò)平臺柴油系統定期補充柴油，日用柴油罐供油時(shí)間一般按照18h考慮，該井口平臺設置了1個(gè)凈容積5m3的日用柴油罐。

（6）通風(fēng)系統

      應急發(fā)電機組工作時(shí)，柴油機燃燒和室內通風(fēng)用空氣來(lái)自進(jìn)氣百葉窗，應急發(fā)電機組散熱由通風(fēng)撓性接頭連接至排氣百葉窗，空氣進(jìn)氣先冷卻發(fā)電機組表面散熱至機房空氣的熱量（確保機房溫度不高于45℃）,再冷卻發(fā)電機組風(fēng)冷散熱器，最后熱空氣通過(guò)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)驅動(dòng)開(kāi)啟（設置空氣瓶，氣源來(lái)自海上平臺儀表風(fēng)系統），靠重力或彈簧閉合。進(jìn)、排氣百葉窗均為雙層結構，外層由發(fā)電機組運行狀態(tài)控制開(kāi)或關(guān)，內層由滅火狀態(tài)控制開(kāi)或關(guān)。應急發(fā)電機組不工作時(shí)，進(jìn)、排氣百葉窗均關(guān)閉，此時(shí)室內通風(fēng)由專(zhuān)設的通風(fēng)機完成。

 

圖1  C200D5康明斯發(fā)電機組外形側視圖

圖2  C200D5康明斯發(fā)電機組外形平面圖

 

三、應急柴發(fā)布置分析

 

1、布置分析

      應急發(fā)電機組通常安裝在位于非危險區的房間內，且盡量遠離危險區。在此基礎上，應急發(fā)電機房位置的選擇以及排煙管走向應使發(fā)電機組的排煙應盡可能處于主風(fēng)向的下風(fēng)口，減小發(fā)電機組排煙對海上平臺設施的影響，同時(shí)減小排煙通過(guò)進(jìn)氣百葉窗被吸入機房的概率。機房布置如圖3所示。排煙管向北伸出平臺邊緣，排煙沿主風(fēng)向方向散去，對機房影響最小。

 

圖3   應急發(fā)電機組位置布局圖

 

2、干涉分析

      應急發(fā)電機房進(jìn)、排氣百葉窗應盡可能相互遠離，增加通風(fēng)散熱效果。由于應急發(fā)電機房墻壁上通常布置有組塊結構斜撐，因此需要校核進(jìn)、排氣百葉窗與斜撐干涉情況，并調整組塊結構斜撐位置或更改百葉窗位置。該井口平臺應急發(fā)電機房北墻墻體和東墻墻體各有1個(gè)斜撐，根據應急發(fā)電機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避開(kāi)東墻斜撐。平面布局如圖4所示。

      通常在柴油發(fā)動(dòng)機氣缸上部的房頂設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組塊結構主梁的干涉，確保電動(dòng)葫蘆沿滑道梁的暢通。此外，由于組塊結構主梁不允許穿越，也要校核機房?jì)韧馀?/span>煙管是否與主梁、立柱干涉，若存在干涉應適當降低排煙管的高度或重新規劃走向。該井口平臺應急發(fā)電機房側面視圖如圖5所示。先期規劃排煙管從東墻穿出后再向北伸出平臺邊緣，經(jīng)校核若保持現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(guò)分析，維持排煙管高度，排煙管從應急發(fā)電機房北墻直接穿出向北伸出平臺邊緣。

 

圖4  應急柴油發(fā)電機房平面布置圖.

圖5  應急柴油發(fā)電機房側面視圖

 

四、結論

 

      本文依據海上平臺環(huán)境條件、電負荷、安裝型式等選型設計基礎，開(kāi)展了應急發(fā)電機組選型設計，并詳細梳理和分析了應急發(fā)電機組選型設計要求和發(fā)電機組布置內容?？偨Y如下：

（1）以應急發(fā)電機組功能需求各工況最大電負荷為基礎，開(kāi)展應急發(fā)電機組規格選擇，同時(shí)要確保較大用電量設備能夠啟動(dòng)成功。

（2）安全可靠是應急發(fā)電機組選型設計首要條件。應急發(fā)電機組要有良好的啟動(dòng)性能、獨立的冷卻裝置和燃油供給系統。原動(dòng)機多數選擇高速柴油機。

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

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

（5）確保進(jìn)、排氣百葉窗不與應急發(fā)電機組房墻體斜撐干涉；確保機房?jì)然懒阂约皺C房?jì)韧馀艧煿懿慌c結構主梁干涉。

 

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