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海上平台燃气轮机发电机组适应性分析

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  摘 要:燃气轮机发电机组是海洋石油生产平台的核心设备,为油气生产和处理提供电力保障。中海油海上平台装备燃气轮机97%依赖进口。本文对海洋平台进口燃气轮机发电机组技术资料的基础上,对海上平台燃气轮机发电机组环境条件、使用条件等汇总。为后续开展国产燃气轮机海上平台应用适应性对比分析提供参考。
  关键词:燃气轮机;海上平台;国产化
  1 燃气轮机发电机组平台应用总体分析
  1.1 应用环境分析
  平台燃机用于典型海洋性环境下,进气道入口距离海平面较近,受盐雾、浪涌影响,燃烧进气含盐量高、含水量大,需要安装气水分离装置。机组对设备集成化程度要求高,对整体设备轻量化要求严格。
  平台燃机机构组成与陆用型燃机及船用燃机相近,由于平台整体高度高于船舶甲板高度,即平台燃机进气受盐雾影响相对与船用燃机较小。同时平台空间十分有限,对机组集成化成撬布置要求同样严格。
  1.2 运行方式分析
  平台燃气轮机发电机组,采用孤网运行(或小型局域网)模式,同时由于平台采油作业任务的逐年变化,决定了对燃气轮机发电机组输出功率需求的逐年变化。参考表1中的数据可看出,平台对于电力需求高峰在中间年份,因此要求机组在部分负荷下应具有较好的运行能力;因是孤网机组,电力需求高峰时,也只能允许在不超过85%(与机组的配置情况有关)的额定功率下运行。同时,在双燃料机组燃料切换过程中,需要保证切换过程中机组发电稳定,保持工况稳定连续运行。
  1.3 供货范围分析
  通过实地调研以及查阅现役平台发电机组技术资料、海上平台燃气轮机发电机组招标文件,海上平台燃气轮机发电机常见的规定组成范围如下:燃气轮机(燃用柴油和天然气);发电机;整体底架(大功率机组要求隔振系统);进排气系统(排气系统预留余热利用接口);箱体及通风系统;滑油系统;双燃料供应系统;联轴器;消防系统;电气系统;控制系统。
  2 环境条件
  2.1气温
  3 燃气轮机适应性分析
  以平台现场应用燃机技术状态为基础,对海上平台燃机相关使用条件进行分析,以供国产燃机与进口燃机对比分析。主要以国产GT25000燃气轮机同级别燃机LM2500+为例。
  3.1 进口燃机特性分析
  海上平台实际参数及相关招标文件中环境条件要求,进口燃机应用环境情况如表2所示:
  3.2 滑油系统分析
  LM2500+机组滑油系统分为燃气发生器用合成油系统、动力涡轮及驱动设备用矿物油系统。合成油系统包括机带供油、回油泵,油气分离器,管路及传感器,合成油油箱等,矿物油系统包括电动主辅供油泵、应急油泵、顶升油泵、油气分离器、管路及传感器,矿物油油箱等。
  3.3 燃料系统分析
  海上平台用燃机发电机组燃料系统需采用天然气、柴油的双燃料系统,并具备在给定负载下手自动切换功能。LM2500+机组采用两级气动切断阀、燃料调节阀,确保停车时可靠切断燃料,运行时按控制系统要求调整燃料量;当采用燃油系统时,采用两级燃油泵供应方式,由燃料调节阀控制燃油供应量,安装在整体底架右侧。
  进口燃机有完善设计基础,海上平台用燃机可实现在线手自动切换,切换情况如表4所示:
  平台可以直接提供满足燃气轮机运行需求的燃料气,对于燃料气组分无法满足技术要求中规定的海上平台,主要是直接使用伴生气,导致硫化氢的质量浓度较高。
  3.3.1应用环境
  海上平台环境具有高潮湿、高盐雾腐蚀、高温以及霉菌等特点,在海上平台使用发电机时,应根据海上平台具体要求,做出相应改进,以保证发电机能够在海上平台安全、可靠的运行。
  3.3.2冷却方式
  由于海上平台占地面积及结构的限制,要求发电机结构紧凑,尺寸较小。为适应海上平台高潮湿、高盐雾腐蚀、高温的使用环境,平台用发电机可采用箱式空冷、空—水冷或空—空冷的冷却方式。
  3.3.3 整体底架
  海上平台条件下,整个平台采用钢结构,钢结构在受到海浪和海风的冲击以及受到平台上机械设备运行影响,同样会产生变形并对机组对中造成影响,需要采用整体底架结构。
  3.3.4 隔振形式
  三点支撑的隔振形式在海上平台燃机发电机组广泛应用,该种支撑形式可以保證运行时燃机和发电机始终在一个平面上,保证机组对中不变;同时该种支撑形式可减少机组安装和维护检修时的工作量,大大降低了安装调试难度,图1为LM2500+机组三点支撑与底架结构。
  3.3.5 减振器分析
  LM2500+发电机组采用三点支撑隔振系统方案,减振器由金属弹簧和阻尼原件组成。隔振系统配备有高性能保护漆系统,适用于高盐、高腐蚀的海洋气候,因此初选金属阻尼减振器。
  3.4 消防系统
  LM2500+燃气轮机发电机组在消防系统采用国外先进检测系统和优质探测器设备,安全可靠。国产燃气轮机在消防系统设备选型时可参照国外品牌进行选购。表5 为进口探测器列表:
  3.5 电气与控制系统
  3.5.1 室内电气盘柜适应性分析
  室内电气盘柜将喷涂适用于海洋环境的防腐涂层,并设置防冷凝结露和通风装置。对于柜内主要电气元器件,选用符合船用标准的产品。为充分利用有限空间,室内电气盘柜将采用集成化、小型化设计。对于低压配电柜,采用抽屉+固定混合式结构。对于励磁、保护、同期装置,将集成在同一柜内。对于UPS系统,使用电池柜结构,减少占地面积,提高纵向空间利用。
  3.5.2 室外电气设备及材料
  由于平台严苛的室外环境,室外电气设备外壳将采用耐腐蚀涂层,设备内部选用耐盐雾、潮湿元件及材料。对于室外电气接线箱,将采用316L材质的不锈钢,接线箱进、出电缆处将采用316L或黄铜镀镍材质的防爆格兰。对于电缆,将选用阻燃型电缆。对于室外防爆接线箱,将增加其背板紧固螺栓数量并加强箱内器件的固定。室外电气设备的防护等级将选用IP56,以保证足够的防护。
  4 结束语
  本文提出的海上平台应用条件及分析内容,可作为国产燃气轮机发电机组进行适应性改进参考,以便满足海上平台环境及要求下进行应用。开展燃气轮机发电机组国产化研究,通过国产较成熟燃气轮机发电机组对比及适应性改造研究,确定国产燃气轮机发电机组替代国外机组可行性,并最终完成国外燃气轮机发电机组替代工作
  参考文献:
  [1]GB/T10489-2009.轻型燃气轮机通用技术要求[S].中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局,2016.
  [2] GB/T13674-1992.轻型燃气轮机燃料使用规范[S].中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局,2018.
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