恩平臺風(fēng)發(fā)電機系統(tǒng)特點及應(yīng)用

石長印，郭 寧，馮曉偉，許曉英

(1.海洋石油工程股份有限公司，天津 300451;2.中海油田服務(wù)股份有限公司，河北 廊坊 101139;3.中海石油 (中國)有限公司天津分公司，天津 300461)

恩平臺風(fēng)發(fā)電機組采用康明斯柴油發(fā)電機組，適用于海洋采油平臺。此型發(fā)電機組能夠滿足高濕度、高鹽霧、高霉菌和惡劣臺風(fēng)環(huán)境下的工作需求，此發(fā)電機組在臺風(fēng)來襲，平臺工作人員撤離之后，發(fā)電機組為平臺導(dǎo)航燈、平臺通訊、除濕空調(diào)、食品冷庫等必要的負(fù)荷提供連續(xù)的電力供應(yīng)，為海洋平臺系統(tǒng)提供電源保障。

1 橇塊結(jié)構(gòu)及功能

臺風(fēng)應(yīng)急機組及其輔助設(shè)備全部集成在1個橇塊內(nèi)部。橇塊通過結(jié)構(gòu)和功能設(shè)計，滿足整體吊裝、通風(fēng)、進(jìn)排氣、耐腐蝕以及消防要求。整個橇塊設(shè)計壽命25年，橇塊外形尺寸為5.0m×2.5m×3.0m，質(zhì)量約為6.3 t。橇塊采取靜音設(shè)計，保證整個集裝箱噪聲控制在85dB以內(nèi) (1 m處)。

1.1 橇塊結(jié)構(gòu)

橇塊整體結(jié)構(gòu)分為2部分:底架與集裝箱，底架與集裝箱焊接。

底架采用碳鋼結(jié)構(gòu)，底架上設(shè)置吊耳、接地點，并留有外部供油口、外部供電接口、冷卻水排放口、機油排放口、燃油箱溢流口、排污口、電纜輸出口以及地漏等接口。底架內(nèi)部設(shè)置1個容積為2500 L燃油箱，燃油箱內(nèi)外均做防腐處理，保證機組連續(xù)運行72 h(機組燃油消耗:27.8 L/h)。底架上鋪設(shè)不銹鋼花紋板 (經(jīng)防銹處理)，不銹鋼花紋板與底架之間采用鉚釘連接。發(fā)電機組及其輔助設(shè)備通過螺栓連接在底架上。

集裝箱外壁采用316SS不銹鋼材料焊接而成，厚度3mm，噴涂白色防銹漆。艙內(nèi)鋪設(shè)50mm吸音棉，內(nèi)壁采用多孔鋁板鋪設(shè)，集裝箱骨架采用不銹鋼材料，外壁與骨架焊接。集裝箱側(cè)壁設(shè)置發(fā)電機組檢修門，集裝箱前端和左側(cè)分別設(shè)置排風(fēng)口和進(jìn)風(fēng)口，機組消音器設(shè)置在橇塊頂部，臥式安裝，排煙口延伸至集裝箱邊緣，集裝箱兩側(cè)各設(shè)置1個急停按鈕，保證系統(tǒng)安全。

集裝箱內(nèi)照明分為普通照明和應(yīng)急照明［1］。

1.2 橇塊通風(fēng)

橇塊前、后端面安裝百葉窗，作為內(nèi)部通風(fēng)，一方面帶走機組運行產(chǎn)生的輻射熱量，另一方面提供發(fā)動機燃燒消耗的空氣。內(nèi)層百葉窗為氣動式，與柴油機和消防系統(tǒng)聯(lián)動。進(jìn)排風(fēng)口各設(shè)置2套百葉窗，內(nèi)層百葉窗為常閉百葉窗，外層為常開固定式百葉窗，當(dāng)機組運行時，內(nèi)層百葉窗打開，當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時，內(nèi)層百葉窗關(guān)閉。發(fā)電機組散熱器通過軟連接、排風(fēng)導(dǎo)流罩與橇塊排風(fēng)口連接。橇塊前端設(shè)置排風(fēng)口、強制排風(fēng)扇、防火閥，后端設(shè)置進(jìn)風(fēng)口、防火閥，用90°彎頭與大氣相通，保證橇塊通風(fēng)。

1.3 內(nèi)部布置

橇塊內(nèi)布置1臺發(fā)電機組、1個燃油箱 (位于底架內(nèi))、2個七氟丙烷罐、2個氮氣罐、1個壓縮空氣罐、1面直流充電柜、1面控制柜。發(fā)電機組在橇塊內(nèi)居中布置，與底架結(jié)構(gòu)件連接。燃油油箱布置在橇塊底部。其中七氟丙烷罐、氮氣罐和壓縮空氣罐為中壓設(shè)備，在橇塊內(nèi)設(shè)置獨立區(qū)域。

2 發(fā)電機組

發(fā)電機組為整體橇塊式結(jié)構(gòu)，柴油機曲軸通過柔性驅(qū)動盤直接與發(fā)電機轉(zhuǎn)子連接，完善的阻尼器繞組減少了并聯(lián)時的振蕩。柴油機和發(fā)電機通過各自的減震器彈性連接在鋼結(jié)構(gòu)底座上，減少了底座的振動?？刂破鳌⒗鋮s器、出口開關(guān)等剛性安裝在底座結(jié)構(gòu)上。整套設(shè)備形成了一個完整的橇塊。

發(fā)動機:配置康明斯6BTAA5.9－G2發(fā)動機，加固設(shè)計4沖程工業(yè)型柴油發(fā)動機，具有動力穩(wěn)定、低排放、對負(fù)載變化響應(yīng)迅速等特點。

交流發(fā)電機:選用西門子TFC2284－4SB43發(fā)電機，采用2/3節(jié)距低電抗繞組的發(fā)電機，非線性負(fù)載波形畸變小，同時具備短路故障清除功能。

控制系統(tǒng):標(biāo)準(zhǔn)配置PC1.1(PCC1302)電子控制系統(tǒng)?？商峁┩暾陌l(fā)電機組系統(tǒng)集成功能，包括遠(yuǎn)程啟動/停機、精準(zhǔn)的調(diào)頻/調(diào)壓、報警和狀態(tài)信息顯示、過電流保護(hù)、過負(fù)荷保護(hù)、輸出測量儀表、自動停機等。

冷卻系統(tǒng):機組一體化安裝的標(biāo)準(zhǔn)散熱器系統(tǒng)，按照額定環(huán)境溫度設(shè)計并進(jìn)行了相應(yīng)檢測，簡化了系統(tǒng)散熱設(shè)計要求。

2.1 柴油機技術(shù)參數(shù)(見表1)

表1 柴油機技術(shù)參數(shù)

2.2 發(fā)電機技術(shù)參數(shù)(見表2)

表2 發(fā)電機技術(shù)參數(shù)

2.3 控制器技術(shù)參數(shù)(見表3)

表3 控制器技術(shù)要求

3 輔機系統(tǒng)

3.1 燃油系統(tǒng)

燃油系統(tǒng)要保證在無人值守條件下連續(xù)72 h可靠穩(wěn)定地對機組進(jìn)行持續(xù)供油。在整個橇塊底架內(nèi)設(shè)置1個2500 L的燃油箱，油箱配置液位開關(guān)，此液位開關(guān)有液位低、液位低低及液位高、液位高高信號。出現(xiàn)液位低信號時燃油加注系統(tǒng)自動供油，出現(xiàn)液位高信號時關(guān)閉自動加油系統(tǒng)。發(fā)動機通過進(jìn)、回油管路與燃油箱連接，發(fā)動機通過機帶燃油泵，將燃油輸送至發(fā)動機本體，再通過高壓油泵將燃油噴射至各個缸體內(nèi)燃燒做功。

3.2 潤滑系統(tǒng)

潤滑系統(tǒng)的功用是在發(fā)動機工作時連續(xù)不斷地把機油輸送到全部傳動件的摩擦表面，并在摩擦表面之間形成油膜，實現(xiàn)液體摩擦。從而減小摩擦阻力、降低功率消耗、減輕機件磨損，以達(dá)到提高發(fā)動機工作可靠性和耐久性的目的。發(fā)動機的潤滑系統(tǒng)主要由油底殼、機油泵、機油濾清器、主油道等組成，其中，發(fā)動機油底殼為系統(tǒng)的潤滑油箱。

3.3 進(jìn)氣系統(tǒng)

進(jìn)氣系統(tǒng)為發(fā)動機提供清潔、干燥、充足的空氣，系統(tǒng)中主要組件由空濾器、增壓器、冷卻器、管路等組成。

3.4 排煙系統(tǒng)

發(fā)動機的排煙系統(tǒng)是將機組燃燒的廢氣排放至橇塊外，并使用廢氣驅(qū)動增壓機提高機組進(jìn)氣量。排煙系統(tǒng)主要由增壓器、波紋管、彎頭、消音器、排煙管等組成。

3.5 冷卻水系統(tǒng)

發(fā)動機的冷卻水系統(tǒng)是將機組燃燒所產(chǎn)生的熱量帶走，以提高機組運行效率，冷卻水系統(tǒng)主要由散熱器、水循環(huán)泵、節(jié)溫閥、管路等組成，冷卻水循環(huán)方式為閉式循環(huán)，機帶離心泵為水系統(tǒng)循環(huán)提供動力。散熱器為風(fēng)冷式散熱器，發(fā)動機直接驅(qū)動冷卻風(fēng)扇，為空氣與冷卻水換熱提供動力。散熱器上設(shè)置注水口、放水口、溢流口等，整個冷卻水系統(tǒng)均安裝在發(fā)動機本體上。

4 消防系統(tǒng)

4.1 自動控制

當(dāng)保護(hù)區(qū)發(fā)生火情，火災(zāi)探測器發(fā)出火災(zāi)信號，報警滅火控制器即發(fā)出聲、光信號，同時發(fā)出聯(lián)動指令，關(guān)閉發(fā)動機、內(nèi)層百葉窗，經(jīng)過一段延時時間，發(fā)出滅火指令，打開啟動閥釋放啟動氣體，啟動氣體通過啟動管道打開相應(yīng)的選擇閥和容器閥 (瓶頭閥)，釋放滅火劑，實施滅火。

4.2 手動控制

當(dāng)保護(hù)區(qū)發(fā)生火情，可按下手動控制盒或控制器上啟動按鈕即可按規(guī)定程序啟動滅火系統(tǒng)釋放滅火劑，實施滅火。在自動控制狀態(tài)，仍可實現(xiàn)電氣手動控制。

4.3 應(yīng)急手動操作

控制器不能發(fā)出滅火指令時應(yīng)通知有關(guān)人員撤離現(xiàn)場，關(guān)閉聯(lián)動設(shè)備，然后拔出相應(yīng)啟動瓶組上啟動閥的手動保險夾片，壓下手柄即可打開啟動閥，釋放啟動氣體，實施滅火。

4.4 發(fā)出火災(zāi)警報

在延時時間內(nèi)發(fā)現(xiàn)有異常情況，不需啟動滅火系統(tǒng)進(jìn)行滅火時，可按下手動控制盒或火災(zāi)自動報警氣體滅火控制器上的緊急停止按鈕，即可阻止控制器滅火指令的發(fā)出。

5 控制系統(tǒng)

機組控制系統(tǒng)主要由主控制器、輔助控制器和人機界面觸摸屏組成，主控制器安裝在發(fā)電機組本體上，輔助控制器和觸摸屏安裝在控制箱內(nèi)，主控制器和輔助控制器之間采用Modbus通訊協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。

主控制器主要實現(xiàn)發(fā)電機組的調(diào)速、調(diào)壓、發(fā)電機組保護(hù)和參數(shù)采集功能。

輔助控制器主要實現(xiàn)發(fā)電機組啟動之前的備車準(zhǔn)備工作，自動聯(lián)鎖和自動控制輔助設(shè)備功能。

觸摸屏主要顯示發(fā)電機組和輔機設(shè)備的運行參數(shù)及狀態(tài)，系統(tǒng)報警記錄，并且實現(xiàn)人機交互［2］。

控制系統(tǒng)運行流程如下。

5.1 啟動

1)分步啟動?？刂葡渖系男o打到分步指令位置，然后通過人機界面確認(rèn)發(fā)動機燃油液位，滑油液位、溫度，冷卻水液位、溫度，電池電壓，出口開關(guān)狀態(tài)等參數(shù)是否正常;若參數(shù)正常，可通過控制箱上的旋鈕打開進(jìn)出口百葉窗，百葉窗打開，打開狀態(tài)反饋在觸摸屏上，且控制箱上的允許啟動指示燈亮起，說明啟動前準(zhǔn)備工作結(jié)束。之后通過人為按下控制箱上的啟動按鈕啟動發(fā)電機組。

2)順序啟動。順序啟動為調(diào)試完成后，正常使用時一般采用的啟動方式?？刂葡渖系霓D(zhuǎn)換開關(guān)打到順序指令位置，通過人為按下啟動按鈕，輔助控制器通過程序自行判斷啟動必須條件，并執(zhí)行啟動之前的相關(guān)準(zhǔn)備動作，最終完成啟動發(fā)電機組。

5.2 停機

1)分步停機。控制箱上的開關(guān)打到分步指令位置，首先，人為觸動發(fā)電機組出口斷路器;然后，人為通過停機按鈕停止發(fā)電機組運行，并通過人為手動旋鈕關(guān)閉百葉窗和其它相關(guān)輔助系統(tǒng)。

2)順序停機?？刂葡渖系拈_關(guān)打到順序指令位置，通過按下停止按鈕，控制器根據(jù)程序邏輯自動停止發(fā)電機組運行并關(guān)閉其它輔助設(shè)備。

3)聯(lián)鎖停機。在機組運行過程中，發(fā)電機組的電參數(shù)和熱工參數(shù)出現(xiàn)異常并達(dá)到停車值，控制器根據(jù)聯(lián)鎖邏輯自行停機并報警。

在機組運行過程中，收到滅火系統(tǒng)的聯(lián)鎖信號時，控制器也根據(jù)邏輯自動實現(xiàn)聯(lián)鎖停機，并關(guān)閉百葉窗等相關(guān)輔助設(shè)備。

4)緊急停機。出現(xiàn)重大故障或者火災(zāi)時，可通過人為按下緊急停機按鈕，實現(xiàn)發(fā)動機組的迅速停止運行。

6 結(jié)束語

4臺臺風(fēng)發(fā)電機是海油系統(tǒng)內(nèi)首次承攬設(shè)計建造的項目，目前已經(jīng)設(shè)計建造完畢并成功交付使用，運行狀態(tài)良好，當(dāng)然成橇設(shè)備在細(xì)節(jié)方面還會進(jìn)一步優(yōu)化，在今后項目會重點考慮并加以應(yīng)用。

［1］中國船舶工業(yè)總公司.船舶設(shè)計使用手冊 (輪機分冊)［M］.北京:國防工業(yè)出版社，1999.

［2］陰憲惠.工業(yè)數(shù)據(jù)通信與控制網(wǎng)絡(luò) ［M］.北京:清華大學(xué)出版社，2003.