自升式海洋平臺(tái)發(fā)電機(jī)組排煙管長距離布置研究

司江舸 周炳

（中海油能源發(fā)展股份有限公司監(jiān)督監(jiān)理技術(shù)公司，天津300452）

1 引言

自升式海洋平臺(tái)是指具有活動(dòng)樁腿，且其主船體能沿支撐于海底的樁腿升至海面以上預(yù)定高度進(jìn)行作業(yè)的平臺(tái)。自升式平臺(tái)適合在淺海區(qū)域作業(yè)，同時(shí)具有鋼量少、造價(jià)低，在各種海況下幾乎都能持續(xù)作業(yè)和效率高等優(yōu)點(diǎn)，因此，在國內(nèi)外海洋勘探和開發(fā)中，特別是近海海洋石油開發(fā)中發(fā)揮了巨大的作用[1]。發(fā)電機(jī)組作為平臺(tái)的心臟部分，發(fā)電機(jī)組各系統(tǒng)的設(shè)計(jì)安裝，直接影響平臺(tái)的安全和使用效果[2]；發(fā)電機(jī)排煙系統(tǒng)布置既要考慮不能占用平臺(tái)的有效空間，同時(shí)不能影響機(jī)組使用。

2 概述

2.1 平臺(tái)及機(jī)組概述

該平臺(tái)側(cè)視圖如圖1所示。該平臺(tái)是一艘三樁腿，艉二艏一。平臺(tái)主體為箱形結(jié)構(gòu)，平面形狀接近三角形，最大作業(yè)水深為40 m（含天文潮和風(fēng)暴潮），型長54 m、型寬49 m、型深5.2 m。

該平臺(tái)配置了四臺(tái)卡特彼勒3516B柴油船用發(fā)電機(jī)組，機(jī)組使用環(huán)境溫度-20°C ～45 °C，發(fā)動(dòng)機(jī)功率1717B kW、轉(zhuǎn)速1500 rpm、V型16缸、發(fā)電機(jī)功率 1550E kW、燃油消耗率 0.202 kg/(kW·h)、汽缸總排量69 L、 排煙系統(tǒng)最大允許背壓6.7 kPa[3]。

2.2 機(jī)組排煙系統(tǒng)組成

該系統(tǒng)由以下部件組成：1）干式排氣岐管，帶熱絕緣防護(hù)；2）雙增壓器，帶熱絕緣防護(hù)；3）排氣圓形出口305 mm，垂直式；4）波紋管，305 mm；5）變徑接頭帶法蘭；6）滅火花消聲器，水平安裝；7）排煙管；8）彎頭；9）溫度計(jì)；10）彈簧吊架。

3 系統(tǒng)分析

3.1 原布置方案

原布置方案如圖 2。該方案采用發(fā)電機(jī)組排煙管就近布置，發(fā)電機(jī)組的排煙管距離較短，按照經(jīng)驗(yàn)，肯定滿足機(jī)組使用要求。然而該平臺(tái)無論是甲板面積及空間較小，四只排煙管伸向平臺(tái)左右兩舷，此區(qū)域正好在平臺(tái)吊車作業(yè)范圍之內(nèi)，嚴(yán)重的影響了平臺(tái)的使用要求；同時(shí)甲板煙灰將多，不利于平臺(tái)工作人員的身體健康，也增加了平臺(tái)打掃甲板的工作量。

圖1 平臺(tái)側(cè)視圖

圖2 排煙管原布置圖

3.2 長距離布置方案

排煙管長距離布置如圖3、圖4、圖5。平臺(tái)艏部樁腿兩側(cè) 90#-95#肋之間分別為生活污水艙和淡水艙。排煙管從平臺(tái)艏部方向布置，必須滿足平臺(tái)防火分隔規(guī)范[4]，在不影響平臺(tái)污水艙艙容和淡水艙艙容的前提下，分隔出來了兩個(gè)小空艙，專門用于布置機(jī)組排煙管。

3.3 理論核算

(1)柴油發(fā)電機(jī)組排煙管直徑計(jì)算[5]

式中：D—排煙管內(nèi)徑，mm；Q—柴油機(jī)最大排煙量，m3/min，查詢卡特彼勒3516B手冊為352.2 m3/min；t—排演溫度，℃，查詢卡特彼勒3516B手冊為439.1 ℃；W—煙氣流速，m/s，查詢卡特彼勒3516B手冊為400℃～500℃時(shí)，40～50 m/s。

將參數(shù)代入公式（1），W取45 m/s，D=407.6 mm。

柴油機(jī)組與排煙管連接附件規(guī)格如下，根據(jù)排煙管直徑計(jì)算，取內(nèi)徑D=400 mm。波紋管為305 mm，需要配套305 -400 mm變徑接頭帶法蘭；配滅火花消聲器接頭法蘭為400 mm。

(2)柴油機(jī)發(fā)電機(jī)組排煙背壓計(jì)算

式中：P—排氣背壓(kPa)；L—管路的總長度（m）；St—?dú)怏w密度（kg/m3）；Q—柴油機(jī)最大排煙量m3/min；D—煙管內(nèi)徑，mm；Ps其它部件的壓力降（消聲器等）。

① 90度彎管當(dāng)量長度計(jì)算公式：

② 氣體密度計(jì)算公式：

③ 管路長度計(jì)算

4個(gè) 90度彎管當(dāng)量長度：4*20*400/1000=32 m，

總長度為：L=8.7+8.3+13.8+12.5+32=75.3 m；

④ 氣體密度計(jì)算

St=352.5/（439.1+273）=0.495 kg/m3；

⑤ 消聲器的壓力降

查詢卡特彼勒3516B手冊得：Ps＝1.48 kPa；

⑥ 總背壓計(jì)算

3.4 排煙系統(tǒng)安裝

排氣管采用工業(yè)鋼制造，對管子內(nèi)壁嚴(yán)格處理，最大程度的提高光滑度，降低排煙管的排氣阻力。排氣圓形出口305 mm，必須與305 mm波紋管，波紋管與305～400 mm變徑接頭對接，法蘭與排煙管彎頭連接。該平臺(tái)為小平臺(tái)，而且從降低機(jī)艙噪音出發(fā)，將消音器安裝在艙外。在拐彎向下方處設(shè)置一個(gè)主排煙管旁通，切口切成和水平 60°角，該旁通配置蓋子，當(dāng)拖航作業(yè)的時(shí)候，打開該蓋，升起平臺(tái)正常作業(yè)時(shí)候，關(guān)閉蓋子，通過主管進(jìn)行排煙。

其他遵照如下原則進(jìn)行安裝。

(1)確保在安裝消音器和排煙管時(shí)，不能因拉緊而造成斷裂或者泄漏。

(2)排氣管外部包扎成型硅酸鋁纖維絕熱材料，外包玻璃布二層.其厚度為：主發(fā)電機(jī)排氣管包80 mm絕熱材料，排氣管絕熱材料外包鍍鋅鐵皮(0.7 mm)。

(3)機(jī)艙內(nèi)排氣管采用彈性吊架安裝，主甲板上焊接排氣管托架，用管卡固定。

(4)室外水平部分傾斜向下安裝，以防止水倒流入消音器。

(5)穿過艙室和穿過甲板處安裝套管及伸縮接縫。

圖3 排煙管長距離布置圖

圖4 排煙管長距離布置圖

圖5 排煙管長距離布置圖

4 結(jié)束語

本文以一圓柱型樁腿自升式海洋平臺(tái)排煙系統(tǒng)布置為例，對其原有布置方案的缺陷進(jìn)行說明。闡述了發(fā)電機(jī)組排煙管長距離布置方法及思路，通過理論計(jì)算確定了該機(jī)組配置排煙管的直徑，計(jì)算了該長距離方案布置下機(jī)組排煙管排煙背壓，計(jì)算背壓3.105 kPa＜最大允許背壓6.7 kPa，結(jié)果表明，該方案完全滿足機(jī)組的使用性能要求，同時(shí)避免排煙管占用平臺(tái)寶貴的使用空間。本文提供方法和思路對自升式平臺(tái)使用者及平臺(tái)設(shè)計(jì)人員具有一定的借鑒作用。

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[1]馬志良，羅德濤. 近海移動(dòng)式平臺(tái)[M]. 北京：海洋出版社，1993.

[2]中國船級社. 海上移動(dòng)平臺(tái)入級與建造規(guī)范[M]. 北京：人民交通出版社，2005.

[3]CATERPILLAR，Cat3516B Parts Manual.

[4]IMO. 2009年海上移動(dòng)式鉆井平臺(tái)構(gòu)造和設(shè)備規(guī)則.

[5]楊桂恒，賀明智等編著. 柴油發(fā)電機(jī)組技術(shù)手冊. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008.10.