海上平台用某型燃机发电机组箱体及通风系统设计
2021-09-10魏兵
魏兵
摘要：针对海上平台应用的某型燃机发电机组进行箱体及通风系统成套设计，通过声学分析、CFD分析，研究其过滤性能、消声性能及内部流场性能，以保证其能够满足机组长时间运行考核工作需求。
关键词：燃气轮机发电机组;海上平台应用;消声;过滤;CFD分析
中图分类号：TE54 文献标识码：A 文章编号：1674-957X（2021）14-0072-03
1 绪论
燃机发电机组在海上平台上应用，主要为油气生产和处理提供电力保障。燃机应用时，需对其进行消声过滤成套，用隔声箱体将燃机发电机组与外界隔离，减少外界环境和气候等因素影响燃机发电机组的正常运转，同时减少燃机发电机组影响周围环境。成套需設置通风系统，以保证燃机发电机组的通风散热;将可燃性气体稀释，以防止爆炸;在进风口设置过滤器，以及防止空气中水汽及盐进入箱体，保证燃机的使用寿命。由于在海上使用，成套设备还需同时考虑海上防腐、进气除水、除盐、抗风载、抗海浪冲击等。
2 技术指标
①在距离箱体及通道1m的距离外，噪声低于80dBA（无背景噪声影响）;②燃气轮机箱体外形尺寸：6000mm×3000mm×3200mm（长×宽×高）;③箱体内温度控制范围：小于55℃;④箱装体通风为负压通风，压力差小于500Pa;⑤箱体及通风系统整体结构抗地震按7 级设防;⑥进风过滤等级：G4。
3 结构组成
燃气轮机发电机组成套设备主要由隔声箱体、进风系统及排风系统等组成，如图1所示。
其中，隔声箱体主要由箱体框架、检修门、吊车梁等组成。进风系统主要由进风防雨罩、进风过滤器、进风消声器和进风防火阀等组成。排风系统主要由排风防火阀、排风风机、风机隔声罩、消声弯头、自垂百叶及排风防雨罩等组成。箱体及通风系统结构紧凑，集成化程度非常高，具有隔声、消声、通风、过滤等功能。
箱体及通风系统的主要技术参数：
①成套设备外形尺寸：6000mm×3000mm×3200mm（长×宽×高）;②箱体采用强制排风，箱体内为负压。排风采用2×100%风机，总通风量为：21820m3/h，风机风压为：1200Pa;③进风采用G4级褶皱式过滤器，设计风量为：21820m3/h，初阻为：60Pa，终阻为：200Pa。
4 箱体及通风系统噪声分析
4.1 声源
燃气轮机裸机测量数据如表1所示。
在燃气轮机进气蜗壳、机匣、排气口上方距燃机表面1m处，各布置3个测点（共9个测点），距离误差不超过
±10%，得到测量结果如表1。
4.2 消声量计算
进风消声器采用1200mm列管式消声器，排风消声器采用消声弯头。
①进风消音量。进风1200mm列管式消声器消声量△L1实测值如表2所示。
②排风消音量。
通风消声器消声量，见表3。
考虑进风逆气流降噪量，根据测量经验为3dBA，进风过滤器降噪量约为5dBA;排风顺气流噪声增加，根据测量经验为3dBA。
4.3 结论
噪声经过降噪后，进风系统声压级为115.2-△L1-5-3=78dBA;噪声经过降噪后，排风系统声压级为115.2-△L2+3=73.2dBA。通过对燃气轮机成套设备的消声降噪情况进行分析计算，可理论确定消声过滤成套设备周围噪声满足<80dB（A）的要求。
5 CFD分析
针对燃机发电机组箱体及通风系统进行进行CFD分析计算，并根据结果分析箱体及通风系统的流场是否均匀，温度及流阻是否满足要求。
5.1 箱体温度及流场
见图2、图3。
5.2 进、排风消声系统流场
进、排风系统静压云图见图4、图5。
5.3 CFD结论
经过CFD分析，可以看出，箱体内流场分布均匀，且散热良好，箱体出口温度约为43℃;
进风消声系统的流阻为152Pa，排风系统的总流阻为553Pa，符合系统总流阻小于1210Pa的要求，且负压差小于500Pa。
6 箱体强度分析
6.1 应力及位移分布云图（图6、图7）
6.2 结论
箱体在自重及吊装物载荷的作用下，箱体骨架中部产生164.8N/mm2的应力。箱体在自重及吊装物载荷的作用下，箱体骨架中部产生8.8mm的位移，见图7。
根据《碳素结构钢》GB/T700-2006，Q235的屈服强度为235N/mm2，安全系数取1.2。（表4）
7 结束语
通过对燃气轮机消声过滤配套设备的理论分析研究，结合配套设备样品的实际测试，并对配套设备进行不断的更新优化，形成可满足通风、隔声、消声、过滤性能的高度集成化配套设备，可促进某型燃气轮机发电机组在海上平台油气行业广泛应用。
参考文献：
[1]马大猷.噪声与振动控制工程手册[M].北京：机械工业出版社，2002.
[2]HB7811-2006，燃气轮机成套设备进排气系统通用技术要求[S].
[3]GB/T15736-1995，燃气轮机辅助设备通用技术要求[S].
