康明斯动力设备（深圳）有限公司

 

新闻主题	应急柴油发电机基础条件、选型要求与布置案例

 

摘要：本文对应急柴油发电机组的选型设计，从选型设计基础、设计要求和布置等方面进行了详细梳理和分析，要求应急发电机组规格选择能够确保满足各工况功能需求，且柴发发电机组要具有良好的性能，包括安全可靠性、启动性能和辅助系统独立性；发电机组布置要考虑主风向和排烟管走向影响以及发电机组附件与结构干涉分析。康明斯公司归纳了选型设计要点，可为用户购买应急发电机组的选型设计提供参考。

 

一、应急柴发设计基础

 

      应急发电机组作为海上油气生产平台（简称“海上平台”）核心设备之一，是海上平台主要的应急电源设备，当主电源供电失效时，向吊机、消防、救生、通讯、照明、伴热和应急关断等系统供电；通常情况下，应急发电机组还用于海上油气田海底管线应急置换、井口平台压井以及中心平台黑启动操作，对海上平台安全连续稳定生产起着非常重要的作用。目前，国内文献尚未看到海上平台应急发电机组选型设计方面的介绍。本文通过分析渤海某海上井口平台应急发电机组在基本设计阶段选型设计和安装布置情况，梳理海上平台应急发电机组选型设计关键要素，为后续海上平台工程设计提供参考和借鉴。

      海上平台应急发电机组采用柴油机驱动，其设计基础主要包括平台现场环境条件、电负荷（包括应急电负荷、黑启动电负荷）以及安装型式等。

1、环境条件

      海洋环境有别于陆地环境，相对湿度大、盐雾环境等对应急发电机组的要求十分苛刻，应急发电机组暴露在苛刻的海洋环境中，要保证可靠性和使用寿命20~30年的要求。以渤海某海上井口平台为例，常用的环境参数，如表1所示。

表1    渤海某海上平台环境参数

2、用电负荷

      通常情况下，应急电负荷分为一般应急工况、火灾工况、置换工况、压井工况，对于带主电站的中心平台还要考虑黑启动工况电负荷，取最大值作为应急发电机组选型基础。在一般应急工况的应急电负荷基础上，火灾工况要考虑电动消防泵等设备用电量，置换工况要考虑应急置换泵等设备用电量，压井工况要考虑压井泵等设备用电量。

3、安装型式

      应急发电机组及其日用柴油罐通常安装于海上平台应急发电机房间内；也有少量应急发电机组要求以集装箱型式供货，日用柴油罐集成在集装箱内部或者底橇内，直接安装在海上平台开敞空间（即采用集装箱代替了应急发电机房），这种情况下集装箱结构强度以及与海上平台连接设计应充分考虑风速影响。渤海某海上井口平台应急发电机组安装在应急发电机房间内。

 

二、应急柴发选型设计

 

1、发电机组规格

      渤海某海上井口平台应急电负荷分为一般应急工况、火灾工况、置换工况、压井工况，计算结果如表2所示。该井口平台由外部平台供主电，不设置主电站，因此没有黑启动工况。从表2可知，各工况下冬季电负荷比夏季大，主要原因是冬季应急电伴热用电量较大；该井口平台最大应急电负荷发生在冬季火灾工况，为615kW。

表2    应急电负荷计算表

      通常在基本设计阶段，应急发电机组负荷率不超过90%，结合应急发电机组规格等级，选用1台800kWe柴油机驱动应急发电机组，输出电制：400V交流电，三相，50Hz。与此同时，要校核在所选用应急发电机组规格下，用电量较大的设备是否能够启动成功，该井口平台使用应急电的最大用电量设备为350m³/h电动消防泵，轴功率约200kW，经建模计算，800kWe规格应急发电机组能够实现电动消防泵的启动。

2、选型要求

      应急发电机组为应急电负荷涉及的关键设备而设置，安全可靠是应急发电机组选型设计首要条件。根据工程经验，所选用的发电机组应是批量生产的成熟产品，因此应急发电机组的原动机多数选择1500r/min及以上的高速柴油机。柴油发电机组侧面和平面外观如图1、图2所示，其规范要求如下：

（1）启动时间

      应急发电机应在主电源供电失效的情况下，确保在45s之内自动启动和供电。

（2）冷启动要求

      应急发电机组应能在使用的最低环境温度下易于冷机启动。如不具备这种能力，应装设一个经检验机构认可的辅助预热装置，以保证机组的冷机启动性能。

（3）启动电源

      应急发电机组应设有经检验机构认可的启动装置，并配备至少能供六次连续启动的能源。此外，宜配备在30分钟内能启动三次的第二能源，但人工启动能被证明有效的除外。根据工程经验，通常选用二组配有充电器的24V直流蓄电池作为启动能源，每组蓄电池应能在最低环境温度条件下提供6次冷启动而不需要充电，且要求蓄电池每次冷启动持续时间15s，启动间隔时间为15s。

（4）冷却系统

      应急发电机组的柴油机应有独立的冷却装置，通常选用外部风冷型的柴油机，冷却风扇由柴油机自驱动，从而免去了间接冷却海水供应问题。该井口平台应急发电机组规格800kWe是柴油机驱动发电机的净发电量，已经扣除了柴油机驱动冷却风扇的功耗。

（5）燃油系统

      应急发电机组的柴油机应有独立的燃油供给系统，通常在应急发电机组房间内设置日用柴油罐，通过平台柴油系统定期补充柴油，日用柴油罐供油时间一般按照18h考虑，该井口平台设置了1个净容积5m3的日用柴油罐。

（6）通风系统

      应急发电机组工作时，柴油机燃烧和室内通风用空气来自进气百叶窗，应急发电机组散热由通风挠性接头连接至排气百叶窗，空气进气先冷却发电机组表面散热至机房空气的热量（确保机房温度不高于45℃）,再冷却发电机组风冷散热器，最后热空气通过排气百叶窗排出室外。进、排气百叶窗通常采用电控气动驱动开启（设置空气瓶，气源来自海上平台仪表风系统），靠重力或弹簧闭合。进、排气百叶窗均为双层结构，外层由发电机组运行状态控制开或关，内层由灭火状态控制开或关。应急发电机组不工作时，进、排气百叶窗均关闭，此时室内通风由专设的通风机完成。

 

图1  C200D5康明斯发电机组外形侧视图

图2  C200D5康明斯发电机组外形平面图

 

三、应急柴发布置分析

 

1、布置分析

      应急发电机组通常安装在位于非危险区的房间内，且尽量远离危险区。在此基础上，应急发电机房位置的选择以及排烟管走向应使发电机组的排烟应尽可能处于主风向的下风口，减小发电机组排烟对海上平台设施的影响，同时减小排烟通过进气百叶窗被吸入机房的概率。机房布置如图3所示。排烟管向北伸出平台边缘，排烟沿主风向方向散去，对机房影响最小。

 

图3   应急发电机组位置布局图

 

2、干涉分析

      应急发电机房进、排气百叶窗应尽可能相互远离，增加通风散热效果。由于应急发电机房墙壁上通常布置有组块结构斜撑，因此需要校核进、排气百叶窗与斜撑干涉情况，并调整组块结构斜撑位置或更改百叶窗位置。该井口平台应急发电机房北墙墙体和东墙墙体各有1个斜撑，根据应急发电机组百叶窗尺寸初步信息、主风向和排烟管走向，经综合分析，进气百叶窗布置在西墙，排气百叶窗布置在东墙北侧避开东墙斜撑。平面布局如图4所示。

      通常在柴油发动机气缸上部的房顶设置滑道梁并配置电动葫芦，用于维修时提缸操作，需要校核滑道梁与平台组块结构主梁的干涉，确保电动葫芦沿滑道梁的畅通。此外，由于组块结构主梁不允许穿越，也要校核机房内外排烟管是否与主梁、立柱干涉，若存在干涉应适当降低排烟管的高度或重新规划走向。该井口平台应急发电机房侧面视图如图5所示。先期规划排烟管从东墙穿出后再向北伸出平台边缘，经校核若保持现有高度则排烟管与东墙顶上的主梁发生干涉，若将降低排烟管高度则消音器与冷却装置、排气百叶窗发生干涉。经过分析，维持排烟管高度，排烟管从应急发电机房北墙直接穿出向北伸出平台边缘。

 

图4  应急柴油发电机房平面布置图.

图5  应急柴油发电机房侧面视图

 

四、结论

 

      本文依据海上平台环境条件、电负荷、安装型式等选型设计基础，开展了应急发电机组选型设计，并详细梳理和分析了应急发电机组选型设计要求和发电机组布置内容。总结如下：

（1）以应急发电机组功能需求各工况最大电负荷为基础，开展应急发电机组规格选择，同时要确保较大用电量设备能够启动成功。

（2）安全可靠是应急发电机组选型设计首要条件。应急发电机组要有良好的启动性能、独立的冷却装置和燃油供给系统。原动机多数选择高速柴油机。

（3）应急发电机房配置进、排气百叶窗，冷却发电机组表面散热和缸套水等散热。确保机房温度不超过45℃。

（4）应急发电机房位置选择和排烟管走向，应使得发电机组的排烟应尽可能处于主风向的下风向，减小排烟影响。

（5）确保进、排气百叶窗不与应急发电机组房墙体斜撑干涉；确保机房内滑道梁以及机房内外排烟管不与结构主梁干涉。

 

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