林豐財

(招商局重工(深圳)有限公司，廣東 深圳 510725)

海洋平臺

南海八號鉆井平臺發(fā)電機組管路系統(tǒng)設(shè)計

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(招商局重工(深圳)有限公司，廣東 深圳 510725)

更換發(fā)電機組是鉆井平臺常見的工程，涉及到的管路系統(tǒng)有燃油系統(tǒng)、滑油系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)，啟動空氣系統(tǒng)。文章通過實例闡述了更換發(fā)電機組相關(guān)管路設(shè)計中常用的一些計算及設(shè)計理念，為船廠工程師日常工作提供參考。

鉆井平臺；發(fā)電機組更換；燃油系統(tǒng)；滑油系統(tǒng)；冷卻系統(tǒng)；排氣系統(tǒng)；啟動空氣系統(tǒng)

作為海洋油氣資源開發(fā)的主力裝備，半潛式鉆井平臺已經(jīng)發(fā)展到第六代，其作業(yè)水深已經(jīng)超過3 000 m。南海八號是由挪威阿克公司設(shè)計，Daewoo Okpo Korea建造，并于1996年進行1 400 m深水改造的第三代深水半潛式鉆井平臺。

發(fā)電機組是其最核心的設(shè)備，是平臺的心臟，為平臺所有動力設(shè)備提供電源，其工作性能的好壞直接影響到平臺的正常作業(yè)。 發(fā)電機組的正常工作又離不開輔助系統(tǒng)的支持，輔助系統(tǒng)主要包括燃油系統(tǒng)、滑油系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)、啟動空氣系統(tǒng)。各系統(tǒng)的設(shè)計是否滿足技術(shù)手冊和相關(guān)規(guī)范的要求決定了設(shè)備是否能夠正常使用。

為適應(yīng)新的作業(yè)任務(wù)，該平臺原有3臺柴油發(fā)電機組(EMD MD16E8，MCR 1 400 kW， 900 r/m)將更換為：Wartsila 8L26，MCR 2 600 kW， 900 r/m。按照二用一備設(shè)計。

1 燃油系統(tǒng)

1.1 燃油日用柜容積計算

平臺原燃油日用柜容積為18.6 m3，需確認(rèn)是否滿足規(guī)范要求。

根據(jù)公式：MT=N×PW×λfc，

式中：MT為燃油消耗量，kg/h；N為柴油機數(shù)量，2；PW為額定功率，2 600 kW；λfc為燃油消耗率0.187 kg/(kW·h)。

根據(jù)規(guī)范要求：燃油日用柜容積需滿足柴油機連續(xù)工作至少8 h的要求。

因此：Vdt=MT×8/ρ,

式中：Vdt為日用柜容積，m3；ρ為燃油密度，860 kg/m3。

經(jīng)計算：Vdt=9.05 m3<18.6m3。

從計算得知，原燃油日用柜容積滿足設(shè)計要求，無需更換。

1.2 燃油系統(tǒng)管系設(shè)計

平臺原燃油駁運系統(tǒng)未做改動，只是燃油循環(huán)系統(tǒng)根據(jù)新設(shè)備重新設(shè)計。

燃油系統(tǒng)未外設(shè)燃油泵，全部使用機帶泵。為保證燃油系統(tǒng)高效、保質(zhì)的運行，系統(tǒng)設(shè)置了雙聯(lián)精濾器及回油冷卻器。根據(jù)規(guī)范要求，柴油機進出口閥門應(yīng)在距離柴油機5 m以上的位置設(shè)置，以便有火情發(fā)生時隔離柴油機，但不影響其他柴油機運行。

根據(jù)新發(fā)電機組的特點，設(shè)置了贓油及干凈油的回油管系。贓油是在柴油機出現(xiàn)某些故障時才會產(chǎn)生的，因平臺空間有限，無法設(shè)置贓油收集柜，故將贓油回油和燃油分油機的排渣管線合并，引流至污油收集柜。柴油機在運行過程中以10.8 kg/h的速度泄放干凈燃油，為此，在機艙內(nèi)設(shè)置了干凈油收集柜，并設(shè)置一臺駁運泵及高低位開關(guān)將收集柜內(nèi)的燃油油駁至沉淀柜內(nèi)。

2 滑油系統(tǒng)

新發(fā)電機組使用濕式柴油機，將滑油加注至油底殼后，柴油機就可運行。故將滑油柜設(shè)置在試油甲板，位置高于柴油機組油底殼，以便利用重力使滑油流入油底殼，注入管線設(shè)置濾器、流量計及閥門。

另外，為滑油系統(tǒng)設(shè)置了一套凈油系統(tǒng)。將滑油用滑油泵從某臺柴油機抽出，經(jīng)過加熱器及滑油分油機后再回到柴油機油底殼，延長了滑油的使用壽命，節(jié)約成本。

3 發(fā)電機組冷卻系統(tǒng)

平臺原冷卻系統(tǒng)采用海水直接冷卻，弊端就是海水對設(shè)備造成腐蝕較嚴(yán)重。新系統(tǒng)采用閉式淡水冷卻循環(huán)系統(tǒng)，利用海水冷卻淡水，淡水冷卻發(fā)電機組。

系統(tǒng)設(shè)置了2臺板式冷卻器、2臺預(yù)加熱單元，1個膨脹水柜及2臺外設(shè)的發(fā)電機冷卻循環(huán)泵。

3.1 柴油機的冷卻

柴油機冷卻分為高溫水、低溫水。柴油機在啟動前，需利用預(yù)加熱單元將淡水循環(huán)、加溫至60 ℃，也就是常說的暖缸。啟動柴油機后，冷卻水也在機帶泵的驅(qū)動下循環(huán)，高溫水的出口溫度為91 ℃，利用溫控閥，將高溫水和低溫水混合，形成75 ℃的冷卻水，再進入高溫冷卻水的進口，冷卻柴油機。

低溫水主要用來冷卻經(jīng)過渦輪增壓后的空氣，設(shè)備要求低溫水的進口溫度為38 ℃。低溫冷卻水經(jīng)過板式冷卻器冷卻后，經(jīng)過溫控閥和部分回水混合成38 ℃的低溫冷卻水，再進入柴油機。

3.2 發(fā)電機的冷卻

由于發(fā)電機無機帶泵可用，故外設(shè)2臺發(fā)電機冷卻循環(huán)泵，一用一備。從低溫水總管抽水來冷卻各個發(fā)電機、軸承，以及燃油冷卻器。之后，回水和柴油機低溫水回水匯合后，去冷卻板式冷卻器。

4 發(fā)電機組排氣系統(tǒng)

排氣系統(tǒng)的設(shè)計主要考慮背壓的計算，以避免背壓過高引起的排氣溫度過高、功率損失以及燃燒不充分等問題。新柴油機排氣系統(tǒng)的背壓要求最大不超過3.0 kPa。排氣系統(tǒng)的背壓由消音器的背壓及管道的背壓2部分組成。

4.1 消音器背壓計算

消音器內(nèi)排氣流速計算公式為：

式中：v為排氣流速，m/s；V為柴油機在100%負(fù)荷時的排氣量，5.6 m3/s；T為柴油機在100%負(fù)荷時的排氣溫度，346 ℃；D為消音器的通徑，0.60 m。

經(jīng)計算：v= 35 m/s。

根據(jù)圖1消音器的特性曲線，得出消音器背壓為1 kPa。

圖1 消音器特性曲線

4.2 排氣管背壓計算

排氣管道背壓可以根據(jù)以下經(jīng)驗公式[1]計算：

式中：P為排氣管道背壓，kPa；L為排氣管長度(直管長度和彎頭等效長度之和),m；T為排氣溫度,346 ℃；Q為排氣量，1.66 m3/s；D為管道通徑，m。

每個彎頭等效長度計算方法：90°短彎頭等效長度=396×D/12 m；90°長彎頭等效長度=240×D/12 m；45°彎頭等效長度=180×D/12 m。

排氣管長度L計算結(jié)果如表1所示。

表1 發(fā)電機組排氣管長度 m

經(jīng)計算得知：No.1柴油機P=0.19 kPa，加上消音器的背壓(1 kPa)后，總的背壓為：1.19 kPa<3.0 kPa。

No.2柴油機P=0.19 kPa，加上消音器的背壓(1 kPa)后，總的背壓為:1.19 kPa<3.0 kPa。

No.3柴油機P=0.19 kPa，加上消音器的背壓(1 kPa)后，總的背壓為：1.19 kPa<3.0 kPa。

根據(jù)計算，排氣管線的布置滿足設(shè)備的設(shè)計要求。

5 啟動空氣系統(tǒng)

啟動空氣系統(tǒng)由2臺啟動空壓機和2個1 m3啟動空氣瓶組成。其中1臺空壓機為柴油機驅(qū)動，1臺為電動機驅(qū)動，柴油空壓機在平臺冷啟動時使用。由于啟動空氣瓶是由船東直接購買的，規(guī)范要求儲氣量可以滿足3臺主機連續(xù)啟動3次，需要計算確認(rèn)空氣瓶是否滿足設(shè)計要求。根據(jù)發(fā)電機組要求，每啟動1次需要1.8 Nm3空氣(1 Nm3為1個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下,溫度為0 ℃,相對濕度為0%時，空氣的體積)，空氣壓力不小于1.5 MPa。

1.8 Nm3的質(zhì)量為：1.293 kg/Nm3×1.8 Nm3=2.327 4 kg；3臺主機連續(xù)啟動3次的空氣量為20.945 kg。

空氣瓶為1 m3，壓力為3.0 MPa，空氣在壓力為3.0 MPa時密度約為29.228 kg/m3，故每個空氣瓶的儲氣量為29.228 kg。

空氣在1.5 MPa壓力下的密度為：17.537 kg/m3，故每個空氣瓶的剩余儲氣質(zhì)量為17.537 kg。

2個氣瓶用于啟動柴油機的空氣量為：

(29.228-17.537)×2=23.382 kg>20.945 kg。

所以，2個1 m3的空氣瓶滿足規(guī)范要求。

6 結(jié)束語

管路系統(tǒng)合理的設(shè)計和布置既能夠方便用戶使用、維護，又能保障設(shè)備安全、可靠的運行，延長設(shè)備使用的壽命，提升發(fā)電機組的動力性、經(jīng)濟性、可靠性和耐久性。

[1] 張麗芳，李志.柴油發(fā)動機排氣背壓設(shè)計計算[J].機電技術(shù)，2012(S1)：57-58.

Replacement of power generator sets is a common project in drilling platform.It's related to the pipeline systems with fuel system,lubricating system,cooling system,exhaust system and air-starting system.Through an example,some calculation and design concept commonly used are explained in replacement of power generator sets.It provides guidance for shipyard engineers'daily work.

drilling platform;replacement of generating sets;fuel system;lubricating system;cooling system;exhaust system;air-starting system

林豐財(1982-)，男，山西朔州人，大學(xué)本科，主要從事船舶及海洋平臺改裝技術(shù)工作。

P75

10.13352/j.issn.1001-8328.2016.06.016

2016-07-26