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行了詳細梳理和分析，要求應急發(fā)電機組規(guī)格選擇能夠確保滿足各工況功能需求，且柴發(fā)發(fā)電機組要具有良好的性能，包括安全可靠性、啟動性能和輔助系統(tǒng)獨立性；發(fā)電機組布置要考慮主風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。康明斯公司歸納了選型設計要點，可為用戶購買應急發(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（簡稱“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，向吊機、消防、救生、通訊、照明、伴熱和應急關斷等系統(tǒng)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應急置換、井口平臺壓井以及中心平臺黑啟動操作，對海上平臺安全連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)起著非常重要的作用。目前，國內(nèi)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)電機組選型設計關鍵要素，為后續(xù)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，其設計基礎主要包括平臺現(xiàn)場環(huán)境條件、電負荷（包括應急電負荷、黑啟動電負荷）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(shù)，如表1所示。

表1    渤海某海上平臺環(huán)境參數(shù)

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(nèi)；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(nèi)部或者底橇內(nèi)，直接安裝在海上平臺開敞空間（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(nèi)。

 

二、應急柴發(fā)選型設計

 

1、發(fā)電機組規(guī)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，因此沒有黑啟動工況。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90%，結合應急發(fā)電機組規(guī)格等級，選用1臺800kWe柴油機驅動應急發(fā)電機組，輸出電制：400V交流電，三相，50Hz。與此同時，要校核在所選用應急發(fā)電機組規(guī)格下，用電量較大的設備是否能夠啟動成功，該井口平臺使用應急電的最大用電量設備為350m³/h電動消防泵，軸功率約200kW，經(jīng)建模計算，800kWe規(guī)格應急發(fā)電機組能夠實現(xiàn)電動消防泵的啟動。

2、選型要求

      應急發(fā)電機組為應急電負荷涉及的關鍵設備而設置，安全可靠是應急發(fā)電機組選型設計首要條件。根據(jù)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)電機組的原動機多數(shù)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如圖1、圖2所示，其規(guī)范要求如下：

（1）啟動時間

      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(nèi)自動啟動和供電。

（2）冷啟動要求

      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。如不具備這種能力，應裝設一個經(jīng)檢驗機構認可的輔助預熱裝置，以保證機組的冷機啟動性能。

（3）啟動電源

      應急發(fā)電機組應設有經(jīng)檢驗機構認可的啟動裝置，并配備至少能供六次連續(xù)啟動的能源。此外，宜配備在30分鐘內(nèi)能啟動三次的第二能源，但人工啟動能被證明有效的除外。根據(jù)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次冷啟動而不需要充電，且要求蓄電池每次冷啟動持續(xù)時間15s，啟動間隔時間為15s。

（4）冷卻系統(tǒng)

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

（5）燃油系統(tǒng)

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

（6）通風系統(tǒng)

      應急發(fā)電機組工作時，柴油機燃燒和室內(nèi)通風用空氣來自進氣百葉窗，應急發(fā)電機組散熱由通風撓性接頭連接至排氣百葉窗，空氣進氣先冷卻發(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)電機組風冷散熱器，最后熱空氣通過排氣百葉窗排出室外。進、排氣百葉窗通常采用電控氣動驅動開啟（設置空氣瓶，氣源來自海上平臺儀表風系統(tǒng)），靠重力或彈簧閉合。進、排氣百葉窗均為雙層結構，外層由發(fā)電機組運行狀態(tài)控制開或關，內(nèi)層由滅火狀態(tài)控制開或關。應急發(fā)電機組不工作時，進、排氣百葉窗均關閉，此時室內(nèi)通風由專設的通風機完成。

 

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(qū)的房間內(nèi)，且盡量遠離危險區(qū)。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向的下風口，減小發(fā)電機組排煙對海上平臺設施的影響，同時減小排煙通過進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、排氣百葉窗應盡可能相互遠離，增加通風散熱效果。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、排氣百葉窗與斜撐干涉情況，并調(diào)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個斜撐，根據(jù)應急發(fā)電機組百葉窗尺寸初步信息、主風向和排煙管走向，經(jīng)綜合分析，進氣百葉窗布置在西墻，排氣百葉窗布置在東墻北側避開東墻斜撐。平面布局如圖4所示。

      通常在柴油發(fā)動機氣缸上部的房頂設置滑道梁并配置電動葫蘆，用于維修時提缸操作，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，也要校核機房內(nèi)外排煙管是否與主梁、立柱干涉，若存在干涉應適當降低排煙管的高度或重新規(guī)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(guī)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(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(jù)海上平臺環(huán)境條件、電負荷、安裝型式等選型設計基礎，開展了應急發(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(nèi)容。總結如下：

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

（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性能、獨立的冷卻裝置和燃油供給系統(tǒng)。原動機多數(shù)選擇高速柴油機。

（3）應急發(fā)電機房配置進、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向的下風向，減小排煙影響。

（5）確保進、排氣百葉窗不與應急發(fā)電機組房墻體斜撐干涉；確保機房內(nèi)滑道梁以及機房內(nèi)外排煙管不與結構主梁干涉。

 

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