备用柴油发电机基本因素、选定要点与规划案例

　　摘要：本文对应急柴油发电机组的选用规划，从选取设计基础、规划要点和规划等方面进行了详细梳理和分析，要点备用发电机组类型选取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、起动性能和辅助装置独立性；发电机组布置要考虑主风向和排烟管走向危害以及发电机组附件与组成干涉分析。康明斯公司归纳了选用布置要求，可为用户选用备用发电机组的购买设计提供参考。

　　      应急发电机组作为海上油气生产平台（简称“海上平台”）核心装置之一，是海上平台具体的应急电源装备，当主电源供电失效时，向吊机、消防、救生、通讯、照明辽宁康明斯发电机、伴热和备用关断等机构供电；通常情况下，备用发电机组还用于海上油气田海底管线备用置换、井口平台压井以及中心平台黑启动操作，对海上平台安全持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择设计方面的讲解。本文通过解析渤海某海上井口平台应急发电机组在基本规划阶段选用规划和安装设计状况，梳理海上平台备用发电机组选用布置关键要素，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选择柴油发电机驱动，其布置基础具体包括平台现场环境因素、电负荷（包括应急电负荷、黑启动电负载）以及安装型式等深圳发电机厂家。

　　      海洋环境有别于陆地环境，相对湿度大、盐雾环境等对备用发电机组的要点十分苛刻，备用发电机组暴露在苛刻的海洋环境中，要保证可靠性和使用年限20~30年的要求。以渤海某海上井口平台为例，主用的环境参数，如表1所示。

　　      一般情形下，备用电负载分为通常备用工况、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定基本。在通常应急工况的备用电负载基础上，火灾工况要考虑电动消防泵等装置用电量，置换工况要考虑应急置换泵等装备用电量，压井工况要考虑压井泵等设备用电量。

　　      应急发电机组及其日用柴油罐一般装配于海上平台应急柴发机房间内；也有少量备用发电机组要点以集装箱型式供货，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（即采取集装箱代替了备用柴发机房），这种状况下集装箱结构强度以及与海上平台连接布置应充分考虑风速影响。渤海某海上井口平台备用发电机组装配在备用油机房间内。

　　      渤海某海上井口平台备用电负载分为一般应急工况、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，各工况下冷天电负载比夏季大，具体原因是冬季应急电伴热用电量较大；该井口平台最大备用电负荷发生在冬季火灾工况，为615kW。

　　      通常在基本设计阶段，备用发电机组负载率不超过90%，结合应急发电机组型号等级，选型1台800kWe柴油发电机驱动应急发电机组，输出电制：400V交流电，三相，50Hz。与此同时，要校核在所选型备用发电机组型号下，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装备为350m3/h电动消防泵，轴功率约200kW，经建模计算，800kWe型号应急发电机组能够实现电动消防泵的启动。

　　      备用发电机组为应急电负载涉及的关键装置而设置，安全可靠是应急发电机组选取布置首要要素。根据工程经验，所选定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柴油发电机组多数选购1500转/分及以上的高速柴油发电机。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：

　　      备用发电机应在主电源供电失效的情形下，确保在45s之内自动启动和供电。

　　      备用发电机组应能在操作的最低环境温度下易于冷机启动。如不具备这种能力，应装设一个经检验系统认可的辅助预热系统，以保证机组的冷机起动性能。

　　      备用发电机组应设有经检验装置认可的启动系统，并配备至少能供六次持续起动的能源。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高效的除外。根据工程经验，一般选取二组配有充电器的24V直流电瓶作为启动能源，每组蓄电池应能在最低环境温度条件下供应6次冷启动而不需要充电，且要点电瓶每次冷起动连续时间15s，启动间隔时间为15s。

　　      应急发电机组的柴油发电机应有独立的冷却系统，一般购买外部风冷型的柴油发电机，冷却风扇由柴油发电机自驱动，从而免去了间接冷却海水供应问题。该井口平台备用发电机组类型800kWe是柴油发电机驱动发电机的净发电量，已经扣除了柴油发电机驱动冷却风扇的功耗。

　　      应急发电机组的柴油发电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，通过平台柴油发电机构定期补充柴油，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。

　　      备用发电机组作业时，柴油发电机燃烧和室内通风用空气来自进气百叶窗，备用发电机组散热由通风挠性接头连接至排烟百叶窗，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。进贵阳康明斯发电机、排气百叶窗一般选取电控气动驱动开启（设置空气瓶，气源来自海上平台仪表风装置），靠重力或弹簧闭合。进、排烟百叶窗均为双层组成，外层由发电机组运转状态控制开或关，内层由灭火状态控制开或关。备用发电机组不工作时，进、排烟百叶窗均关闭，此时室内通风由专设的通风机完成。

　　      备用发电机组通常装配在位于非危险区的房间内，且尽量远离危险区。在此基础上，备用发电机房位置的选购以及排气管走向应使发电机组的排气应尽可能处于主风向的下风口，减少发电机组排烟对海上平台设施的影响，同时减小排气通过进气百叶窗被吸入机房的概率。机房布置如图3所示。排气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。

　　      备用柴发机房进、排气百叶窗应尽可能相互远离，增加通风散热效果。因为备用发电机房墙壁上一般设计有组块组成斜撑，因此需要校核进、排气百叶窗与斜撑干涉情形，并调节组块结构斜撑位置或更改百叶窗位置。该井口平台备用柴油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、主风向和排气管走向，经综合分析，进气百叶窗规划在西墙，排气百叶窗规划在东墙北侧避开东墙斜撑。平面布局如图4所示。

　　      通常在柴油发电机气缸上部的房顶设置滑道梁并配置电动葫芦，用于检修时提缸操作，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，因为组块构成主梁不允许穿越，也要校核机房内外排烟管是否与主梁、立柱干涉，若存在干涉应适当减轻排烟管的高度或重新设计走向。该井口平台应急发电机房侧面视图如图5所示。先期布置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产生干涉，若将减小排气管高度则消音器与冷却机构、排气百叶窗出现干涉。经过分析，维持排气管高度，排气管从备用柴油发电机房北墙直接穿出向北伸出平台边缘。

　　      本文依据海上平台环境因素、电负载、装配型式等选择规划基础，开展了应急发电机组选择布置，并主要梳理和解析了备用发电机组选取规划要点和发电机组设计内容。结论如下：

　　（1）以备用发电机组作用需求各工况最电网负载为基础，开展备用发电机组类型选择，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用规划首要因素。备用发电机组要有良好的起动性能、独立的冷却装置和燃油供给机构。柴油发电机组多数选定高速柴油发电机。

　　（3）备用油机房配置进、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）备用柴油发电机房位置选取和排烟管走向，应使得发电机组的排气应尽可能处于主风向的下风向，减小排烟影响。

　　（5）确保进、排烟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构造主梁干涉。

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