柴油發電機組在海洋鉆機模塊中的應用

姜竹堂

(中海油能源發展裝備技術有限公司，天津 塘沽 300452)

1 柴油發電機組在海洋鉆機模塊應用背景

近年來，鉆機模塊在渤海區域海上油田開發的應用已逐漸趨于飽和。隨著南海的油氣田開發，由于陸地終端的供電能力已無法滿足供電需求，因此柴油發電機在海洋鉆機模塊上的應用越來越多。如近幾年的鉆機項目PY4-2/5-1、HZ25-8、JZ25-1、EP18-1、PL19-9等都配備專用的柴油發電機組供電。目前海洋鉆機模塊供電方式主要有兩種：①通過上部組塊平臺透平發機組發電，把電能傳輸到鉆機模塊，同時在鉆機模塊配備備用柴油發電機組；②在鉆機模塊上配備多臺柴油發電機組供電。鉆機模塊在陸地裝船，在海上與上部組塊連接后，首先要確保發電機可以正常運轉，下一步才能進行所有設備的聯調投產，發電機能否正常運轉決定了整個油田生產的正常與否。

2 柴油發電機組的選型

目前鉆機模塊上的柴油發電機分為風冷和水冷兩種機型。近幾年來鉆機模塊上，如果鉆機模塊自身供電的話，考慮到鉆機空間尺寸和散熱等因素，基本采用海水冷卻的機型；如果通過上部組塊供電的話，基本采用風冷的機型且配備備用發電機組。目前，考慮到鉆機模塊的總體用電量和空間尺寸的情況下，當采用功率較大的發電機組時多采用一用一備可以節省使用空間；當采用功率較小的發電機組時多采用三用一備或兩用一備。目前主發電機房和備用發電機房在鉆機模塊上通常布置在DSM一層主配電間下方。

3 柴油發電機組的設備構成

目前海洋鉆機模塊使用的柴油發電機組主要由進氣系統、排氣系統、冷卻系統、調速器系統、啟動系統、交流發電機、發電機同步和負載分配裝置、發電機同期并網裝置、發電機自動勵磁調節裝置、發電機組本地控制盤等組成。

3.1 進氣系統

在空氣進口處有一個阻燃空氣過濾器，以確保發動機性能不會因為大量的鹽分、沙子、灰塵或大氣中其它的污染物的進入而降低。連接空氣進口過濾器和發動機進口的管線進氣管線處配備自動截斷閥，以便在收到超速/緊急關斷信號關閉發動機進氣，該關斷系統使用24 V直流電源并可手動復位。

3.2 排氣系統

排氣系統一般包括發動機排氣歧管、排氣管線、不銹鋼彎頭、膨脹節、滅火花消音器和阻火器。

3.3 冷卻系統

冷卻系統主要包括發動機管套水熱交換器和后冷卻膨脹水箱。

3.4 調速器系統

配備一個電子調速器，通過發電機控制柜遠程控制盤調速模塊對發動機進行手動或自動速度調節，遠程控制盤位于電控間內。調速系統中的靜態調速率、瞬態調速率、穩定時間滿足標準ISO 8528-5要求。

3.5 啟動系統

啟動系統為空氣啟動，空氣啟動需滿足提供的啟動氣源為:0.6～0.85 MPa。空氣馬達系統包括空氣馬達、必要的控制設備和安全閥。安全閥的設計和選擇符合相關規范要求。

3.6 交流發電機

交流發電機為凸極類型，采用封閉空氣冷卻。將發電機連接到中壓配電盤上，并能同步連續運行。然后經過變壓器將電源供給鉆井電機、鼠籠式異步電機、加熱和照明等使用，鉆井電機約占總功率負載的80%。

3.7 發電機同步和負載分配裝置

柴油發電機的負載分配通過主發電機的遠程控制盤進行遠程控制。發電機只能在同步模式下正常運行。發電機分配負載的模式可以通過自動/手動切換開關來進行獨立選擇。正常操作模式是自動進行的，由發電機平均分配負載。手動模式只在緊急情況下用于速度升/降轉換。

3.8 發電機同期并網裝置

發電機同期并網要求在多臺機組相位、頻率、電壓相同時，發電機組實現并網運行。發電機同期并網裝置安裝在發電機進線柜內。柴油發電機的同步通過主發電機的遠程控制盤進行遠程控制。柴油發電機的同步可以自動和手動操作。每臺發電機應配置負載控制裝置。

3.9 發電機自動勵磁調節裝置

發電機自動勵磁調節裝置的控制可通過自動調壓調節、手動或勵磁電流調節、功率因數、無功功率的調節來實現并聯機組之間的無功調差補償和無功橫流平衡，并實現對發電機組的保護以及數據記錄和事件記錄等功能。

3.10 發電機組本地控制盤

發動機本地控制盤安裝在發電機組橇塊上，控制盤材料通常選用不銹鋼材質，設計為重負載型，并且滿足海上油田危險區劃分的要求。控制盤內部電纜、氣動電路、防冷凝加熱器和恒溫器。控制盤內部電線上帶有可識別終端的標簽。控制盤有足夠的空間和開孔以滿足驅動設備儀表、指示器和控制器的要求。通過同時切斷燃料供應和關閉空氣進氣閥門實現發動機的關斷。在就地控制盤應設置就地應急關斷按鈕。

4 柴油發電機組的安裝方案

目前發電機組基本布置在DSM一層發電機房，考慮到鉆機結構整體建造情況、發電機組廠家生產進度和發電機組的外形尺寸設計等因素，需要為其制定專門的吊裝和安裝方案。本文以4臺發電機組的安裝方案為例，布置圖見圖1。

圖1 吊裝發電機組臨時平臺布置圖

4.1 安裝前準備準備工作

1)結構專業。提前在發電機房東側兩端預留的擋風墻作為發電機的安裝通道。

2)配管專業。因發電機房內管廊在發電房東側阻礙發電機安裝，需提前將此部分管線全部拆除并將管線吊運下模塊。

3)電儀專業。提前拆除4臺發電機上方電纜橋架，以便在發電機頂部安置手拉葫蘆，用于發電機在房間內橫向移動。

4)機械專業。①根據發電機撬的外形尺寸制作臨時吊裝平臺，將吊裝平臺與發電機安裝預留口位置進行固定。②制作拖拉滾杠8根。③準備手拉葫蘆、吊帶若干。④制作臨時拖拉吊耳若干個并將吊耳分別焊接固定在發電機安裝路徑的兩側。⑤準備2 000 mm×6 000 mm×8 mm的鋼板一張，鋪在1#發電機安裝位置上固定，鋼板上設置吊耳。

4.2 發電機安裝固定

1)吊裝前檢查。檢查清理被吊裝發電機撬上的活動及可脫落部件。發電機安裝順序依次是：2#、1#、3#、4#。

2)提前在臨時吊裝平臺上橫向擺好拖拉滾杠，然后將2#發電機吊落至滾杠上方，詳見圖2。

圖2 發電機組側進吊裝示意圖

3)分別將2臺手拉葫蘆一端固定至拖拉吊耳處，另一端固定在發電機上，并拉緊手拉葫蘆，詳見圖3。

圖3 發電機組側進示意圖1

4)待確定手拉葫蘆已將發電機固定后，拆除發電機前端兩根鋼絲繩，然后拉動手拉葫蘆使發電機向房間內運動至發電機撬體全部落在臨時平臺上方后停止。

5)拆除發電機后端的兩根鋼絲繩，將發電機水平拖拉至1#發電機的安裝位置，詳見圖4。

圖4 發電機組側進示意圖2

6)在發電機底部墊豎向滾杠，拉動發電機同側的2臺手拉葫蘆將發電機拉至2#安裝位置，停止拆除滾杠，詳見圖5。

圖5 發電機組安裝固定示意圖

7)按照2#發電機的安裝方式，將1#發電機拖拉至安裝位置。用頂部的4臺手拉葫蘆將發電機拉離地面，將發電機下方的滾杠及鋼板撤出。

8)將鋼板倒運至4#發電機安裝位置固定，拆除臨時吊裝平臺至發電機房另一端的安裝通道處并固定。

9)按照以上1#、2#發電機的安裝方案進行3#、4#發電機的安裝。

10)撤出鋼板并拆除臨時吊裝平臺，安裝工作完成。

5 柴油發電機組的調試方案

發電機組的調試是鉆模塊的調試工作的關鍵節點，其調試的質量和進度是后續調試工作能否安全有效展開的前提，。現以4臺水冷柴油發電機的調試工作為例，具體步驟如下：

1)發電機組單機負載試驗按依次0、25%、50%、75%、100%順序進行運行。其中0～75%負載試驗分四個階段，運行時間均為15 min，100%負載試驗階段運行時間保證120 min。

2)發電機組并車運行試驗為2臺、3臺、4臺分別同時并車試驗運行。2臺并車按照(1-2、1-3、1-4、2-3、2-4、3-4)運行模式進行試驗，單機負載25%，并車總負載50%，運行時間均為15 min；3臺并車按照(1-2-3、1-2-4、2-3-4、1-3-4)運行模式進行試驗，單機載荷25%，并車總負載75%，運行時間均為15 min；4臺并車按照(1-2-3-4)運行模式進行試驗，單機負載25%，并車總負載100%，運行時間為15 min。

3)發電機安全報警功能測試，按照柴油發電機調試大綱中的報警功能項進行試驗，其中過低盤車及高振報警不進行調試。

4)發電機組調試一般先進行安全報警功能試驗，后進行發電機組負載測試、功率突加突卸測試和并車測試。

5)發電機組突加突卸試驗中，突卸部分從100%負載直接卸載到0負載，中間過程無停留。

6)發電機組單機110%負載試驗一般以廠家出廠試驗報告為準，現場不再進行110%負載試驗。

7)發電機在待機狀態下，網上總功率超過網上發電機總額定功率80%，5 min后自動啟車并網功能測試；當超過網上發電機總額定功率90%后，立即自動啟車并網功能測試。

8)發電機組突加突卸試驗中突加部分負載變化為0%負載直接到50%負載，然后從50%負載直接到100%負載。

9)功率超限保護測試，網上功率若超發電機額定總功率95%，進行功率超限報警功能和自動降負載保護功能(泥漿泵轉速減半)測試。

10)在網發電機突然關斷，若之前負載的總功率超過剩余在網發電機總功率95%，進行自動降負載保護功能(泥漿泵轉速減半)的測試。

6 結語

柴油發電機組是鉆機模塊上所有機械和電氣設備的動力保障，對于海洋鉆機正常運行乃至整個油田能否正常生產起了關鍵性作用。本文通過針對海洋鉆機發電機組的選型、設備原理介紹、設備安裝固定和調試等重要環節進行論述，今后的選擇和應用提供了參考。