柴油發(fā)電機(jī)組在海洋鉆機(jī)模塊中的應(yīng)用

姜竹堂

(中海油能源發(fā)展裝備技術(shù)有限公司，天津 塘沽 300452)

1 柴油發(fā)電機(jī)組在海洋鉆機(jī)模塊應(yīng)用背景

近年來，鉆機(jī)模塊在渤海區(qū)域海上油田開發(fā)的應(yīng)用已逐漸趨于飽和。隨著南海的油氣田開發(fā)，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(fā)電機(jī)在海洋鉆機(jī)模塊上的應(yīng)用越來越多。如近幾年的鉆機(jī)項目PY4-2/5-1、HZ25-8、JZ25-1、EP18-1、PL19-9等都配備專用的柴油發(fā)電機(jī)組供電。目前海洋鉆機(jī)模塊供電方式主要有兩種：①通過上部組塊平臺透平發(fā)機(jī)組發(fā)電，把電能傳輸?shù)姐@機(jī)模塊，同時在鉆機(jī)模塊配備備用柴油發(fā)電機(jī)組；②在鉆機(jī)模塊上配備多臺柴油發(fā)電機(jī)組供電。鉆機(jī)模塊在陸地裝船，在海上與上部組塊連接后，首先要確保發(fā)電機(jī)可以正常運(yùn)轉(zhuǎn)，下一步才能進(jìn)行所有設(shè)備的聯(lián)調(diào)投產(chǎn)，發(fā)電機(jī)能否正常運(yùn)轉(zhuǎn)決定了整個油田生產(chǎn)的正常與否。

2 柴油發(fā)電機(jī)組的選型

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

3 柴油發(fā)電機(jī)組的設(shè)備構(gòu)成

目前海洋鉆機(jī)模塊使用的柴油發(fā)電機(jī)組主要由進(jìn)氣系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、調(diào)速器系統(tǒng)、啟動系統(tǒng)、交流發(fā)電機(jī)、發(fā)電機(jī)同步和負(fù)載分配裝置、發(fā)電機(jī)同期并網(wǎng)裝置、發(fā)電機(jī)自動勵磁調(diào)節(jié)裝置、發(fā)電機(jī)組本地控制盤等組成。

3.1 進(jìn)氣系統(tǒng)

在空氣進(jìn)口處有一個阻燃空氣過濾器，以確保發(fā)動機(jī)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(jìn)入而降低。連接空氣進(jìn)口過濾器和發(fā)動機(jī)進(jìn)口的管線進(jìn)氣管線處配備自動截斷閥，以便在收到超速/緊急關(guān)斷信號關(guān)閉發(fā)動機(jī)進(jìn)氣，該關(guān)斷系統(tǒng)使用24 V直流電源并可手動復(fù)位。

3.2 排氣系統(tǒng)

排氣系統(tǒng)一般包括發(fā)動機(jī)排氣歧管、排氣管線、不銹鋼彎頭、膨脹節(jié)、滅火花消音器和阻火器。

3.3 冷卻系統(tǒng)

冷卻系統(tǒng)主要包括發(fā)動機(jī)管套水熱交換器和后冷卻膨脹水箱。

3.4 調(diào)速器系統(tǒng)

配備一個電子調(diào)速器，通過發(fā)電機(jī)控制柜遠(yuǎn)程控制盤調(diào)速模塊對發(fā)動機(jī)進(jìn)行手動或自動速度調(diào)節(jié)，遠(yuǎn)程控制盤位于電控間內(nèi)。調(diào)速系統(tǒng)中的靜態(tài)調(diào)速率、瞬態(tài)調(diào)速率、穩(wěn)定時間滿足標(biāo)準(zhǔn)ISO 8528-5要求。

3.5 啟動系統(tǒng)

啟動系統(tǒng)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(dá)系統(tǒng)包括空氣馬達(dá)、必要的控制設(shè)備和安全閥。安全閥的設(shè)計和選擇符合相關(guān)規(guī)范要求。

3.6 交流發(fā)電機(jī)

交流發(fā)電機(jī)為凸極類型，采用封閉空氣冷卻。將發(fā)電機(jī)連接到中壓配電盤上，并能同步連續(xù)運(yùn)行。然后經(jīng)過變壓器將電源供給鉆井電機(jī)、鼠籠式異步電機(jī)、加熱和照明等使用，鉆井電機(jī)約占總功率負(fù)載的80%。

3.7 發(fā)電機(jī)同步和負(fù)載分配裝置

柴油發(fā)電機(jī)的負(fù)載分配通過主發(fā)電機(jī)的遠(yuǎn)程控制盤進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。發(fā)電機(jī)只能在同步模式下正常運(yùn)行。發(fā)電機(jī)分配負(fù)載的模式可以通過自動/手動切換開關(guān)來進(jìn)行獨(dú)立選擇。正常操作模式是自動進(jìn)行的，由發(fā)電機(jī)平均分配負(fù)載。手動模式只在緊急情況下用于速度升/降轉(zhuǎn)換。

3.8 發(fā)電機(jī)同期并網(wǎng)裝置

發(fā)電機(jī)同期并網(wǎng)要求在多臺機(jī)組相位、頻率、電壓相同時，發(fā)電機(jī)組實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)運(yùn)行。發(fā)電機(jī)同期并網(wǎng)裝置安裝在發(fā)電機(jī)進(jìn)線柜內(nèi)。柴油發(fā)電機(jī)的同步通過主發(fā)電機(jī)的遠(yuǎn)程控制盤進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。柴油發(fā)電機(jī)的同步可以自動和手動操作。每臺發(fā)電機(jī)應(yīng)配置負(fù)載控制裝置。

3.9 發(fā)電機(jī)自動勵磁調(diào)節(jié)裝置

發(fā)電機(jī)自動勵磁調(diào)節(jié)裝置的控制可通過自動調(diào)壓調(diào)節(jié)、手動或勵磁電流調(diào)節(jié)、功率因數(shù)、無功功率的調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)并聯(lián)機(jī)組之間的無功調(diào)差補(bǔ)償和無功橫流平衡，并實(shí)現(xiàn)對發(fā)電機(jī)組的保護(hù)以及數(shù)據(jù)記錄和事件記錄等功能。

3.10 發(fā)電機(jī)組本地控制盤

發(fā)動機(jī)本地控制盤安裝在發(fā)電機(jī)組橇塊上，控制盤材料通常選用不銹鋼材質(zhì)，設(shè)計為重負(fù)載型，并且滿足海上油田危險區(qū)劃分的要求。控制盤內(nèi)部電纜、氣動電路、防冷凝加熱器和恒溫器。控制盤內(nèi)部電線上帶有可識別終端的標(biāo)簽。控制盤有足夠的空間和開孔以滿足驅(qū)動設(shè)備儀表、指示器和控制器的要求。通過同時切斷燃料供應(yīng)和關(guān)閉空氣進(jìn)氣閥門實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)的關(guān)斷。在就地控制盤應(yīng)設(shè)置就地應(yīng)急關(guān)斷按鈕。

4 柴油發(fā)電機(jī)組的安裝方案

目前發(fā)電機(jī)組基本布置在DSM一層發(fā)電機(jī)房，考慮到鉆機(jī)結(jié)構(gòu)整體建造情況、發(fā)電機(jī)組廠家生產(chǎn)進(jìn)度和發(fā)電機(jī)組的外形尺寸設(shè)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(fā)電機(jī)組的安裝方案為例，布置圖見圖1。

圖1 吊裝發(fā)電機(jī)組臨時平臺布置圖

4.1 安裝前準(zhǔn)備準(zhǔn)備工作

1)結(jié)構(gòu)專業(yè)。提前在發(fā)電機(jī)房東側(cè)兩端預(yù)留的擋風(fēng)墻作為發(fā)電機(jī)的安裝通道。

2)配管專業(yè)。因發(fā)電機(jī)房內(nèi)管廊在發(fā)電房東側(cè)阻礙發(fā)電機(jī)安裝，需提前將此部分管線全部拆除并將管線吊運(yùn)下模塊。

3)電儀專業(yè)。提前拆除4臺發(fā)電機(jī)上方電纜橋架，以便在發(fā)電機(jī)頂部安置手拉葫蘆，用于發(fā)電機(jī)在房間內(nèi)橫向移動。

4)機(jī)械專業(yè)。①根據(jù)發(fā)電機(jī)撬的外形尺寸制作臨時吊裝平臺，將吊裝平臺與發(fā)電機(jī)安裝預(yù)留口位置進(jìn)行固定。②制作拖拉滾杠8根。③準(zhǔn)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(fā)電機(jī)安裝路徑的兩側(cè)。⑤準(zhǔn)備2 000 mm×6 000 mm×8 mm的鋼板一張，鋪在1#發(fā)電機(jī)安裝位置上固定，鋼板上設(shè)置吊耳。

4.2 發(fā)電機(jī)安裝固定

1)吊裝前檢查。檢查清理被吊裝發(fā)電機(jī)撬上的活動及可脫落部件。發(fā)電機(jī)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(fā)電機(jī)吊落至滾杠上方，詳見圖2。

圖2 發(fā)電機(jī)組側(cè)進(jìn)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(fā)電機(jī)上，并拉緊手拉葫蘆，詳見圖3。

圖3 發(fā)電機(jī)組側(cè)進(jìn)示意圖1

4)待確定手拉葫蘆已將發(fā)電機(jī)固定后，拆除發(fā)電機(jī)前端兩根鋼絲繩，然后拉動手拉葫蘆使發(fā)電機(jī)向房間內(nèi)運(yùn)動至發(fā)電機(jī)撬體全部落在臨時平臺上方后停止。

5)拆除發(fā)電機(jī)后端的兩根鋼絲繩，將發(fā)電機(jī)水平拖拉至1#發(fā)電機(jī)的安裝位置，詳見圖4。

圖4 發(fā)電機(jī)組側(cè)進(jìn)示意圖2

6)在發(fā)電機(jī)底部墊豎向滾杠，拉動發(fā)電機(jī)同側(cè)的2臺手拉葫蘆將發(fā)電機(jī)拉至2#安裝位置，停止拆除滾杠，詳見圖5。

圖5 發(fā)電機(jī)組安裝固定示意圖

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

8)將鋼板倒運(yùn)至4#發(fā)電機(jī)安裝位置固定，拆除臨時吊裝平臺至發(fā)電機(jī)房另一端的安裝通道處并固定。

9)按照以上1#、2#發(fā)電機(jī)的安裝方案進(jìn)行3#、4#發(fā)電機(jī)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(fā)電機(jī)組的調(diào)試方案

發(fā)電機(jī)組的調(diào)試是鉆模塊的調(diào)試工作的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，其調(diào)試的質(zhì)量和進(jìn)度是后續(xù)調(diào)試工作能否安全有效展開的前提，。現(xiàn)以4臺水冷柴油發(fā)電機(jī)的調(diào)試工作為例，具體步驟如下：

1)發(fā)電機(jī)組單機(jī)負(fù)載試驗按依次0、25%、50%、75%、100%順序進(jìn)行運(yùn)行。其中0～75%負(fù)載試驗分四個階段，運(yùn)行時間均為15 min，100%負(fù)載試驗階段運(yùn)行時間保證120 min。

2)發(fā)電機(jī)組并車運(yùn)行試驗為2臺、3臺、4臺分別同時并車試驗運(yùn)行。2臺并車按照(1-2、1-3、1-4、2-3、2-4、3-4)運(yùn)行模式進(jìn)行試驗，單機(jī)負(fù)載25%，并車總負(fù)載50%，運(yùn)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(yùn)行模式進(jìn)行試驗，單機(jī)載荷25%，并車總負(fù)載75%，運(yùn)行時間均為15 min；4臺并車按照(1-2-3-4)運(yùn)行模式進(jìn)行試驗，單機(jī)負(fù)載25%，并車總負(fù)載100%，運(yùn)行時間為15 min。

3)發(fā)電機(jī)安全報警功能測試，按照柴油發(fā)電機(jī)調(diào)試大綱中的報警功能項進(jìn)行試驗，其中過低盤車及高振報警不進(jìn)行調(diào)試。

4)發(fā)電機(jī)組調(diào)試一般先進(jìn)行安全報警功能試驗，后進(jìn)行發(fā)電機(jī)組負(fù)載測試、功率突加突卸測試和并車測試。

5)發(fā)電機(jī)組突加突卸試驗中，突卸部分從100%負(fù)載直接卸載到0負(fù)載，中間過程無停留。

6)發(fā)電機(jī)組單機(jī)110%負(fù)載試驗一般以廠家出廠試驗報告為準(zhǔn)，現(xiàn)場不再進(jìn)行110%負(fù)載試驗。

7)發(fā)電機(jī)在待機(jī)狀態(tài)下，網(wǎng)上總功率超過網(wǎng)上發(fā)電機(jī)總額定功率80%，5 min后自動啟車并網(wǎng)功能測試；當(dāng)超過網(wǎng)上發(fā)電機(jī)總額定功率90%后，立即自動啟車并網(wǎng)功能測試。

8)發(fā)電機(jī)組突加突卸試驗中突加部分負(fù)載變化為0%負(fù)載直接到50%負(fù)載，然后從50%負(fù)載直接到100%負(fù)載。

9)功率超限保護(hù)測試，網(wǎng)上功率若超發(fā)電機(jī)額定總功率95%，進(jìn)行功率超限報警功能和自動降負(fù)載保護(hù)功能(泥漿泵轉(zhuǎn)速減半)測試。

10)在網(wǎng)發(fā)電機(jī)突然關(guān)斷，若之前負(fù)載的總功率超過剩余在網(wǎng)發(fā)電機(jī)總功率95%，進(jìn)行自動降負(fù)載保護(hù)功能(泥漿泵轉(zhuǎn)速減半)的測試。

6 結(jié)語

柴油發(fā)電機(jī)組是鉆機(jī)模塊上所有機(jī)械和電氣設(shè)備的動力保障，對于海洋鉆機(jī)正常運(yùn)行乃至整個油田能否正常生產(chǎn)起了關(guān)鍵性作用。本文通過針對海洋鉆機(jī)發(fā)電機(jī)組的選型、設(shè)備原理介紹、設(shè)備安裝固定和調(diào)試等重要環(huán)節(jié)進(jìn)行論述，今后的選擇和應(yīng)用提供了參考。