南海八號鉆井平臺發電機組管路系統設計

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電機組管路系統設計

林豐財

(招商局重工(深圳)有限公司，廣東 深圳 510725)

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

鉆井平臺；發電機組更換；燃油系統；滑油系統；冷卻系統；排氣系統；啟動空氣系統

作為海洋油氣資源開發的主力裝備，半潛式鉆井平臺已經發展到第六代，其作業水深已經超過3 000 m。南海八號是由挪威阿克公司設計，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。

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

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

1 燃油系統

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，需確認是否滿足規范要求。

根據公式：MT=N×PW×λfc，

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

根據規范要求：燃油日用柜容積需滿足柴油機連續工作至少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。

經計算：Vdt=9.05 m3<18.6m3。

從計算得知，原燃油日用柜容積滿足設計要求，無需更換。

1.2 燃油系統管系設計

平臺原燃油駁運系統未做改動，只是燃油循環系統根據新設備重新設計。

燃油系統未外設燃油泵，全部使用機帶泵。為保證燃油系統高效、保質的運行，系統設置了雙聯精濾器及回油冷卻器。根據規范要求，柴油機進出口閥門應在距離柴油機5 m以上的位置設置，以便有火情發生時隔離柴油機，但不影響其他柴油機運行。

根據新發電機組的特點，設置了贓油及干凈油的回油管系。贓油是在柴油機出現某些故障時才會產生的，因平臺空間有限，無法設置贓油收集柜，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，在機艙內設置了干凈油收集柜，并設置一臺駁運泵及高低位開關將收集柜內的燃油油駁至沉淀柜內。

2 滑油系統

新發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，注入管線設置濾器、流量計及閥門。

另外，為滑油系統設置了一套凈油系統。將滑油用滑油泵從某臺柴油機抽出，經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，節約成本。

3 發電機組冷卻系統

平臺原冷卻系統采用海水直接冷卻，弊端就是海水對設備造成腐蝕較嚴重。新系統采用閉式淡水冷卻循環系統，利用海水冷卻淡水，淡水冷卻發電機組。

系統設置了2臺板式冷卻器、2臺預加熱單元，1個膨脹水柜及2臺外設的發電機冷卻循環泵。

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，需利用預加熱單元將淡水循環、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動下循環，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過渦輪增壓后的空氣，設備要求低溫水的進口溫度為38 ℃。低溫冷卻水經過板式冷卻器冷卻后，經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 發電機的冷卻

由于發電機無機帶泵可用，故外設2臺發電機冷卻循環泵，一用一備。從低溫水總管抽水來冷卻各個發電機、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 發電機組排氣系統

排氣系統的設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。新柴油機排氣系統的背壓要求最大不超過3.0 kPa。排氣系統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%負荷時的排氣量，5.6 m3/s；T為柴油機在100%負荷時的排氣溫度，346 ℃；D為消音器的通徑，0.60 m。

經計算：v= 35 m/s。

根據圖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以下經驗公式[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計算結果如表1所示。

表1 發電機組排氣管長度 m

經計算得知：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。

根據計算，排氣管線的布置滿足設備的設計要求。

5 啟動空氣系統

啟動空氣系統由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動，1臺為電動機驅動，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，規范要求儲氣量可以滿足3臺主機連續啟動3次，需要計算確認空氣瓶是否滿足設計要求。根據發電機組要求，每啟動1次需要1.8 Nm3空氣(1 Nm3為1個標準大氣壓下,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的質量為：1.293 kg/Nm3×1.8 Nm3=2.327 4 kg；3臺主機連續啟動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的空氣瓶滿足規范要求。

6 結束語

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

[1] 張麗芳，李志.柴油發動機排氣背壓設計計算[J].機電技術，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，大學本科，主要從事船舶及海洋平臺改裝技術工作。

P75

10.13352/j.issn.1001-8328.2016.06.016

2016-07-26