钻井平台柴油发电机组辅助系统设计

曹士峰

(中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司， 天津 300452)



钻井平台柴油发电机组辅助系统设计

曹士峰

(中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司， 天津 300452)

主发电机组是海洋钻井平台最核心的设备，其辅助系统设计主要包含燃油系统、润滑系统、冷却系统、排气系统、启动系统以及通风系统。该文主要介绍各辅助系统的基本设计要求和设计思路，并提出合理化建议，确保主发电机组投入使用后在使用性能方面达到最佳，并且有利于日常设备的维护管理。

钻井平台；发电机组；系统设计

0 引言

发电机组是海洋石油钻井平台最核心的设备，被喻为钻井平台的心脏。发电机组肩负着为平台所有动力设备提供电源的重担，其工作性能的好坏直接影响到钻井平台的正常作业。

发电机组正常工作离不开辅助系统的支持。其主要辅助系统包括：燃油系统、润滑系统、冷却系统、排气系统、启动系统以及通风系统。各系统设计是否满足技术手册和相关规范要求决定了设备能否正常使用，各系统设计是否合理确定了设备在使用中是否便于维护。

1 发电机组燃油系统设计

1.1 日用油柜设计

根据发电机组耗油量大小，合理设计油柜容积。发电机组日耗油计算如下：

式中：Q为发电机组日消耗总量，kg；n为发电柴油机工作台数；be为发电柴油机燃油消耗率，g/(kW·h)；Ne为发电柴油机持续功率，kW；T为发电柴油机每天工作时间；一般柴油密度取850kg/m3。

参照上述数据，用户可根据自己需要选择油柜大小，考虑到钻井平台作业量大，劳动强度大，此状况下频繁拨油存在很大风险，为降低风险用户可考虑选择容积较大油柜。

油柜在设计时，建议选择左右舷双油柜布局。双油柜设计可避免其中一油柜出现问题或需要清舱作业时发电机组无法正常使用。油柜需设计油柜进油口、外输供油口、油柜回油口、油柜溢流口、燃油日用油口和油柜放残口。油柜进油管从油柜底部进入油柜，油柜回油管应从顶部沿墙壁伸至底部，避免由于落差使燃油产生摩擦火花，引起爆炸。

1.2 燃油供应系统和回油系统辅助件设计

为保证主发电机组燃油不间断供应，系统应设计为双联滤器，在滤芯进行检查保养时，可保证燃油持续供应。

根据规范要求，发电机组燃油供应系统需要设计有应急切断燃油速闭阀。目前，国产燃油速闭阀质量还需进一步提高，特别是阀门密封圈在燃油速闭阀功能测试时较易损坏，容易造成溢油风险。建议在燃油速闭阀与油柜或油舱之间设计截止阀，便于燃油速闭阀的应急修理。

燃油中的水会对燃油系统内零部件造成伤害，因此系统需要设计油水分离器除去水分。

2 发电机组润滑系统设计

发电机组润滑油供应系统通常包含：润滑油柜、油泵、双联滤器、管系、阀门附近及污油柜。

关于润滑油供应系统主要有两点建议：(1)用户要充分考虑润滑油柜及污油柜容积，油柜容积大小需根据设备使用频率、润滑油更换周期、污油回收频次等因素选取。(2)为保证润滑油品质，防止进入设备时润滑油受到污染，建议采用多级过滤，在设备注油口前端加装精滤油设施。

关于润滑油柜注油系统，建议充分利用一泵多用原则。润滑油泵既可以给发电机组供油，又可以给油柜注油。另外，油泵建议设计旁通管路，避免给发电机组供油时，发生齿轮油泵憋压现象。

3 发电机组冷却系统设计

发电机组有一套独立的冷却系统，一般只需用户把平台自身冷却水与设备连接即可。冷却系统是发动机重要组成部分，冷却系统是否正常工作直接影响到发动机的正常工作和使用寿命，因此，用户如何设计发电机组辅助冷却系统至关重要。

4 发电机组排气系统设计

4.1 排气背压计算

为避免背压过高引起的排烟温度过高、功率损失以及燃烧不完全产生烟垢等问题，设计时推荐一种排气背压计算的估算方法，通常取计算值的一半较为合理。

式中：P为排气背压，kPa；L为管路的总长度，m；S为气体密度，kg/m3；Q为排气流量，m3/min；D为管路内径，mm；Ps为其它部件的压力降。

气体密度计算公式：

S=352.5/(排气管温度+273)

消声器压力降(Ps)、排气流量(Q)、弯头当量(L)等参数取值可在设备技术手册中查询。

舱室外排烟口设计应为上排、下排两种形式。在钻井平台正常作业期间采用下排烟形式，避免烟尘污染平台；在钻井平台拖航期间使用上排烟形式，确保发电机组正常使用。排烟系统排放口不建议设计在船艏区域，其弊端主要有两点：(1)拖航期间较大的涌浪容易卷入上排烟口，阻碍发电机组正常排烟，有致使发动机熄火的风险。(2)海洋钻井平台拖航频次高，排烟管长期受涌浪的拍打，致使排烟管隔热保温受伤，加快排烟管腐蚀。

5 发电机组启动系统设计

发电机组辅助启动方式主要有电马达启动和气马达启动。电马达启动设计相对比较简单，在此主要介绍气马达启动系统设计。

合理设计启动气瓶容积及压缩空气管系，确保有足够的气量进入马达，推动马达启动发电机组。推荐空气压力范围在620kPa～1 034kPa，启动系统设计要满足相关船级社要求。

5.1 启动气瓶容积选取计算方法

式中：Vs为启动马达空气消耗量，m3/s，数据可以在设备技术手册中查询；Vt为启动气瓶容积，m3；Pt为启动气瓶压力，kPa；T为启动时间，s；Pm为根据设备技术手册选取连续起动或一次起动数值。

5.2 压缩空气系统管线内径取值计算

式中：d为空气管线内径，mm；Vs为启动马达空气消耗量，m3/s，数据可以在设备技术手册中查询；u为管内气体平均流速，m/s。

表1为管内平均流速推荐值。

表1 管内平均流速推荐值

6 发电机组进排风系统设计

6.1 舱室机械通风形式选择

海洋石油钻井平台主要采用强制机械通风来保证机械舱室的环境温度。采用机械通风形式主要有以下三种：下进上排式、侧进侧排式、上进上排式。

(1) 下进上排式

进风管道布置在发电机组之间的地面上，空气由下向上吹响发动机和发电机，排气风机和排气管道应安装在舱室热源集中的最高处。这种通风系统具有最好的通风效果，且所需的空气量最少。另外，发动机周围的上升气流起到屏蔽的作用，使散发到舱室的热量最少。

(2) 侧进上排式

进风机风道出风口应尽可能低布置，新鲜凉风尽可能多地掠过发电机组散热部位，排气风机和排气管道应安装在舱室热源集中的最高处。这种通风形式可带走发电机组产生的一部分热量，但仍有一定的热量辐射到舱室内，此形式需要空气流通的路径要正确，不能出现进排风通道形成小循环现象，即新鲜凉风在没有到达发电机组时就被排风机给抽出舱室。

(3) 上进上排式

进风风道直接布置在发电机组正上方，将新鲜凉风吹响发电机组，排气风机和排气管道应安装在舱室热源集中的最高处。这种系统由于将吸入的新鲜凉风和舱室内高温空气混合，因此使整个舱室空气温度升高，另外，这种通风形式会影响热空气到排风口的自然流动，采用此通风形式需要特别大容量的通风机。

6.2 钻井平台机械舱室通风计算

(1) 设备散热量所需空气量

柴油机散热量：q1；

发电机散热量：q2；

其他设备散热量：q3；

舱室内设备总散热量：q=q1+q2+q3；

带走舱室热量所需的通风量：

式中：ρa为空气密度，取1.2kg/m3；Ca为空气质量热容，取1.005kJ/(kg·k)；ΔT为送风温度与舱室温度之差，取13.5k。

(2) 发动机燃烧所需空气量

发动机燃烧空气量

式中：n为发动机转速，r/min；i为发动机气缸数；t为发动机冲程系数，四冲程柴油机的t值取0.5；k1为计及柴油机结构特点的空气流量系数。四冲程非增压发动机k1=ηi；四冲程增压发动机k1=φηi。其中：ηi为气缸吸气效率，四冲程非增压发动机，ηi=0.75～0.90(一般取0.85)，四冲程增压发动机，ηi≈1.0；φ为发动机的扫气系数，四冲程发动机φ=1.1～1.2；vn为发动机每个气缸的工作容积，m3。

粗算发动机的燃烧空气量时，可根据发动机的额定功率，按6.7m3/(kW·h)，即[5m3/(hp·h)]计算。

根据舱室通风所需的总风量，选择合适的进排风机。

7 结语

发电机组辅助系统是发电机组重要组成部分，完善、合理的辅助系统设计既能够方便用户的维护，又能够保障设备安全、可靠的运行，延长设备的使用寿命。发电机组6大辅助系统合理设计,能够实现发电机组的动力性、经济性、可靠性和耐久性。

[1] 高光宇，薛亮..箱式柴油发电机组辅助系统的设计[J].产业与科技论坛，2012，11(10)：86-87.

[2] 冯倩.浅谈柴油发电机房的通风与冷却[J].科技情报开发与经济，2010，20(24)：185-187.

[3] 武震华，张慧芳.海上平台原油发动机辅助系统设计[J].第十五届中国海洋(岸)工程学术讨论会论文集(下)，2011.

Design of Auxiliary System of Drilling Platform Diesel Generator Set

CAO Shi-feng

(Energy Development Co., Ltd， CNOOC, Tianjin 300452, China)

The main generator is the core of offshore drilling equipment, the auxiliary system design mainly includes the fuel system, lubrication system, cooling system, exhaust system, starting system, ventilation system. This paper mainly introduces the basic design requirements of the auxiliary system and design ideas, and put forward reasonable suggestions, to ensure that the main generator on the performance of the best, and is advantageous to the daily equipment maintenance.

drilling platform； generator set； system design

2014-07-25

曹士峰(1982-)，男，工程师。

1001-4500(2015)03-0023-04

TM

A