南海八号钻井平台发电机组管路系统设计

林丰财

(招商局重工(深圳)有限公司，广东 深圳 510725)

海洋平台

南海八号钻井平台发电机组管路系统设计

林丰财

(招商局重工(深圳)有限公司，广东 深圳 510725)

更换发电机组是钻井平台常见的工程，涉及到的管路系统有燃油系统、滑油系统、冷却系统、排气系统，启动空气系统。文章通过实例阐述了更换发电机组相关管路设计中常用的一些计算及设计理念，为船厂工程师日常工作提供参考。

钻井平台；发电机组更换；燃油系统；滑油系统；冷却系统；排气系统；启动空气系统

作为海洋油气资源开发的主力装备，半潜式钻井平台已经发展到第六代，其作业水深已经超过3 000 m。南海八号是由挪威阿克公司设计，Daewoo Okpo Korea建造，并于1996年进行1 400 m深水改造的第三代深水半潜式钻井平台。

发电机组是其最核心的设备，是平台的心脏，为平台所有动力设备提供电源，其工作性能的好坏直接影响到平台的正常作业。 发电机组的正常工作又离不开辅助系统的支持，辅助系统主要包括燃油系统、滑油系统、冷却系统、排气系统、启动空气系统。各系统的设计是否满足技术手册和相关规范的要求决定了设备是否能够正常使用。

为适应新的作业任务，该平台原有3台柴油发电机组(EMD MD16E8，MCR 1 400 kW， 900 r/m)将更换为：Wartsila 8L26，MCR 2 600 kW， 900 r/m。按照二用一备设计。

1 燃油系统

1.1 燃油日用柜容积计算

平台原燃油日用柜容积为18.6 m3，需确认是否满足规范要求。

根据公式：MT=N×PW×λfc，

式中：MT为燃油消耗量，kg/h；N为柴油机数量，2；PW为额定功率，2 600 kW；λfc为燃油消耗率0.187 kg/(kW·h)。

根据规范要求：燃油日用柜容积需满足柴油机连续工作至少8 h的要求。

因此：Vdt=MT×8/ρ,

式中：Vdt为日用柜容积，m3；ρ为燃油密度，860 kg/m3。

经计算：Vdt=9.05 m3<18.6m3。

从计算得知，原燃油日用柜容积满足设计要求，无需更换。

1.2 燃油系统管系设计

平台原燃油驳运系统未做改动，只是燃油循环系统根据新设备重新设计。

燃油系统未外设燃油泵，全部使用机带泵。为保证燃油系统高效、保质的运行，系统设置了双联精滤器及回油冷却器。根据规范要求，柴油机进出口阀门应在距离柴油机5 m以上的位置设置，以便有火情发生时隔离柴油机，但不影响其他柴油机运行。

根据新发电机组的特点，设置了赃油及干净油的回油管系。赃油是在柴油机出现某些故障时才会产生的，因平台空间有限，无法设置赃油收集柜，故将赃油回油和燃油分油机的排渣管线合并，引流至污油收集柜。柴油机在运行过程中以10.8 kg/h的速度泄放干净燃油，为此，在机舱内设置了干净油收集柜，并设置一台驳运泵及高低位开关将收集柜内的燃油油驳至沉淀柜内。

2 滑油系统

新发电机组使用湿式柴油机，将滑油加注至油底壳后，柴油机就可运行。故将滑油柜设置在试油甲板，位置高于柴油机组油底壳，以便利用重力使滑油流入油底壳，注入管线设置滤器、流量计及阀门。

另外，为滑油系统设置了一套净油系统。将滑油用滑油泵从某台柴油机抽出，经过加热器及滑油分油机后再回到柴油机油底壳，延长了滑油的使用寿命，节约成本。

3 发电机组冷却系统

平台原冷却系统采用海水直接冷却，弊端就是海水对设备造成腐蚀较严重。新系统采用闭式淡水冷却循环系统，利用海水冷却淡水，淡水冷却发电机组。

系统设置了2台板式冷却器、2台预加热单元，1个膨胀水柜及2台外设的发电机冷却循环泵。

3.1 柴油机的冷却

柴油机冷却分为高温水、低温水。柴油机在启动前，需利用预加热单元将淡水循环、加温至60 ℃，也就是常说的暖缸。启动柴油机后，冷却水也在机带泵的驱动下循环，高温水的出口温度为91 ℃，利用温控阀，将高温水和低温水混合，形成75 ℃的冷却水，再进入高温冷却水的进口，冷却柴油机。

低温水主要用来冷却经过涡轮增压后的空气，设备要求低温水的进口温度为38 ℃。低温冷却水经过板式冷却器冷却后，经过温控阀和部分回水混合成38 ℃的低温冷却水，再进入柴油机。

3.2 发电机的冷却

由于发电机无机带泵可用，故外设2台发电机冷却循环泵，一用一备。从低温水总管抽水来冷却各个发电机、轴承，以及燃油冷却器。之后，回水和柴油机低温水回水汇合后，去冷却板式冷却器。

4 发电机组排气系统

排气系统的设计主要考虑背压的计算，以避免背压过高引起的排气温度过高、功率损失以及燃烧不充分等问题。新柴油机排气系统的背压要求最大不超过3.0 kPa。排气系统的背压由消音器的背压及管道的背压2部分组成。

4.1 消音器背压计算

消音器内排气流速计算公式为：

式中：v为排气流速，m/s；V为柴油机在100%负荷时的排气量，5.6 m3/s；T为柴油机在100%负荷时的排气温度，346 ℃；D为消音器的通径，0.60 m。

经计算：v= 35 m/s。

根据图1消音器的特性曲线，得出消音器背压为1 kPa。

图1 消音器特性曲线

4.2 排气管背压计算

排气管道背压可以根据以下经验公式[1]计算：

式中：P为排气管道背压，kPa；L为排气管长度(直管长度和弯头等效长度之和),m；T为排气温度,346 ℃；Q为排气量，1.66 m3/s；D为管道通径，m。

每个弯头等效长度计算方法：90°短弯头等效长度=396×D/12 m；90°长弯头等效长度=240×D/12 m；45°弯头等效长度=180×D/12 m。

排气管长度L计算结果如表1所示。

表1 发电机组排气管长度 m

经计算得知：No.1柴油机P=0.19 kPa，加上消音器的背压(1 kPa)后，总的背压为：1.19 kPa<3.0 kPa。

No.2柴油机P=0.19 kPa，加上消音器的背压(1 kPa)后，总的背压为:1.19 kPa<3.0 kPa。

No.3柴油机P=0.19 kPa，加上消音器的背压(1 kPa)后，总的背压为：1.19 kPa<3.0 kPa。

根据计算，排气管线的布置满足设备的设计要求。

5 启动空气系统

启动空气系统由2台启动空压机和2个1 m3启动空气瓶组成。其中1台空压机为柴油机驱动，1台为电动机驱动，柴油空压机在平台冷启动时使用。由于启动空气瓶是由船东直接购买的，规范要求储气量可以满足3台主机连续启动3次，需要计算确认空气瓶是否满足设计要求。根据发电机组要求，每启动1次需要1.8 Nm3空气(1 Nm3为1个标准大气压下,温度为0 ℃,相对湿度为0%时，空气的体积)，空气压力不小于1.5 MPa。

1.8 Nm3的质量为：1.293 kg/Nm3×1.8 Nm3=2.327 4 kg；3台主机连续启动3次的空气量为20.945 kg。

空气瓶为1 m3，压力为3.0 MPa，空气在压力为3.0 MPa时密度约为29.228 kg/m3，故每个空气瓶的储气量为29.228 kg。

空气在1.5 MPa压力下的密度为：17.537 kg/m3，故每个空气瓶的剩余储气质量为17.537 kg。

2个气瓶用于启动柴油机的空气量为：

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

所以，2个1 m3的空气瓶满足规范要求。

6 结束语

管路系统合理的设计和布置既能够方便用户使用、维护，又能保障设备安全、可靠的运行，延长设备使用的寿命，提升发电机组的动力性、经济性、可靠性和耐久性。

[1] 张丽芳，李志.柴油发动机排气背压设计计算[J].机电技术，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

林丰财(1982-)，男，山西朔州人，大学本科，主要从事船舶及海洋平台改装技术工作。

P75

10.13352/j.issn.1001-8328.2016.06.016

2016-07-26