海上油田開發(fā)原油發(fā)電機(jī)組安裝布置研究

劉維濱， 侯廣信， 王文祥， 柯爾欽乎， 吳 露， 孟 堯， 賈津耀

(中海油研究總院， 北京100028)

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海上油田開發(fā)原油發(fā)電機(jī)組安裝布置研究

劉維濱， 侯廣信， 王文祥， 柯爾欽乎， 吳 露， 孟 堯， 賈津耀

(中海油研究總院， 北京100028)

該文通過分析原油發(fā)電機(jī)組布置原則，梳理原油發(fā)電機(jī)組及其輔助系統(tǒng)設(shè)備布置要求，并結(jié)合海上固定平臺和FPSO兩種依托設(shè)施的特點(diǎn)，研究了大容量原油發(fā)電機(jī)組的幾種常見布置方案，包括海上固定平臺上層甲板布置方案、下層甲板布置方案和FPSO上部組塊布置方案，繪制了布置圖，并分析了各方案的優(yōu)、缺點(diǎn)和限制因素，從而為工程設(shè)計(jì)及海上油田開發(fā)原油發(fā)電機(jī)組優(yōu)化布置提供參考和依據(jù)。

海上油田；原油發(fā)電機(jī)組；安裝布置

0 引言

海上油田開發(fā)過程中，部分油田由于伴生氣量極少，發(fā)電機(jī)組采用原油發(fā)電機(jī)組，即采用能夠以簡易處理后的原油作為燃料的柴油機(jī)驅(qū)動發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電，并廣泛應(yīng)用于渤海和南海海域的油田開發(fā)生產(chǎn)[1-2]。根據(jù)依托設(shè)施的不同，原油發(fā)電機(jī)組通常安裝布置于海上固定平臺和FPSO上部組塊，依托設(shè)施的不同對發(fā)電機(jī)組的布置方案有一定的影響；反之，發(fā)電機(jī)組的布置對依托設(shè)施也存在較大的影響，如發(fā)電機(jī)組布置位置對生活樓區(qū)、生產(chǎn)區(qū)和靠船的影響[3]，以及排煙管布置對直升機(jī)起降的影響[4]。該文通過研究大容量原油發(fā)電機(jī)組(單臺規(guī)格8 000 kW以上)的幾種常見布置方案，系統(tǒng)地分析了原油發(fā)電機(jī)組及相關(guān)輔助系統(tǒng)設(shè)備布置原則和要求，并以海上固定平臺上層甲板布置方案為例，繪制了原油發(fā)電機(jī)組機(jī)房及排煙管布置圖。此外，分析了各布置方案的優(yōu)、缺點(diǎn)和限制因素，旨在為工程設(shè)計(jì)及優(yōu)化布置提供參考和依據(jù)。

1 布置原則及要求

1.1 布置原則

原油發(fā)電機(jī)組的布置嚴(yán)格遵守《海上固定平臺安全規(guī)則》、《浮式生產(chǎn)儲油裝置 (FPSO)安全規(guī)則》等規(guī)范的要求與規(guī)定[5-8]，布置原則如下：

(1) 確保安全生產(chǎn)，設(shè)計(jì)時(shí)將井口區(qū)、油氣處理設(shè)備所在的危險(xiǎn)區(qū)與公用系統(tǒng)區(qū)或電氣房間用防火墻或防爆墻分開。

(2) 總體布置合理，滿足鉆井、修井、采油及工藝流程的最佳需要，操作安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理。

(3) 設(shè)備布置時(shí)，考慮逃生路線及所有設(shè)備的操作和維修空間，救生設(shè)備放置在安全且能順利到達(dá)的位置，使工作人員能盡快安全脫離平臺。

1.2 布置要求

根據(jù)布置原則，并考慮平臺結(jié)構(gòu)承重要求及消防、安全要求，綜合生產(chǎn)情況，對平臺空間進(jìn)行劃分，規(guī)定了平臺各個(gè)流程的布置形式。根據(jù)原油發(fā)電機(jī)組及其輔助系統(tǒng)的特點(diǎn)，布置要求如下：

(1) 燃油處理系統(tǒng)各設(shè)備布置在危險(xiǎn)區(qū)。

(2) 原油發(fā)電機(jī)組及其它輔助系統(tǒng)設(shè)備布置在安全區(qū)內(nèi)，通常安裝在原油發(fā)電機(jī)組機(jī)房內(nèi)，機(jī)房與燃油處理系統(tǒng)、油氣處理系統(tǒng)等用A60 防火墻隔離，機(jī)房其余墻壁根據(jù)相鄰設(shè)施的類型采用至少A0 等級的防火墻。同時(shí)，機(jī)房由送風(fēng)裝置保持正壓，送風(fēng)裝置從安全區(qū)進(jìn)風(fēng)，助燃空氣進(jìn)口和排氣出口位于安全區(qū)內(nèi)，排煙系統(tǒng)安裝滅火花型消音器。

(3) 機(jī)房進(jìn)氣口安裝可燃?xì)怏w探測器，實(shí)現(xiàn)報(bào)警和機(jī)組關(guān)斷。

(4) 機(jī)房配置固定式消防滅火系統(tǒng)，如高壓細(xì)水霧、CO2、FM200或高倍泡沫消防滅火系統(tǒng)。

(5) 機(jī)房至少設(shè)置兩個(gè)向外開的門(自閉式)，并至少有兩條與甲板逃生通道相通的逃生通道，設(shè)備的布置不能影響到安全逃生通道。

(6) 除了考慮設(shè)備滿足規(guī)范的安全性外，還應(yīng)考慮設(shè)備的可操作性?？紤]原油發(fā)電機(jī)組及輔助系統(tǒng)設(shè)備的操作和維修空間，吊梁布置合理，便于關(guān)鍵設(shè)備及部件維修維護(hù)。

(7) 穿越安全區(qū)的輸送燃料油、柴油管線應(yīng)采用焊接連接，以減少可拆接頭的數(shù)量，防止泄漏，并注意固定，防止產(chǎn)生火花。

2 原油發(fā)電機(jī)組布置方案

2.1 主機(jī)和輔助系統(tǒng)設(shè)備尺寸

輔助系統(tǒng)主要包括燃油處理系統(tǒng)、柴油系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)、滑油系統(tǒng)、啟動系統(tǒng)、排煙系統(tǒng)、電氣和儀控系統(tǒng)等。燃油處理系統(tǒng)各設(shè)備不布置在機(jī)房內(nèi)，其實(shí)際的布置位置與具體某個(gè)平臺(或FPSO)油氣處理等系統(tǒng)的設(shè)備布置相互協(xié)調(diào)，并受總圖、結(jié)構(gòu)等因素影響，使得燃油處理系統(tǒng)設(shè)備的布置位置不具有規(guī)律性。因此，布置方案研究僅針對主機(jī)和機(jī)房內(nèi)輔助系統(tǒng)各設(shè)備的布置研究和排煙管的布置研究，主機(jī)及機(jī)房內(nèi)輔助系統(tǒng)設(shè)備尺寸見表1。

2.2 原油發(fā)電機(jī)組布置方案

根據(jù)不同油田開發(fā)的特點(diǎn)，原油發(fā)電機(jī)組通常海上固定于平臺上層甲板、平臺下層甲板和FPSO上部組塊，該文以海上固定平臺上層甲板布置為例，布置4臺8 000 kW以上功率等級機(jī)組(3用1備)，如圖1所示。簡要說明如下：

(1) 機(jī)房位置：原油發(fā)電機(jī)機(jī)房布置于上層甲板的東側(cè)，位于生活樓與模塊鉆機(jī)之間，4臺機(jī)組布置在1個(gè)機(jī)房。

表1 主機(jī)及機(jī)房內(nèi)輔助系統(tǒng)設(shè)備尺寸

圖1 海上固定平臺上層甲板布置圖

(2) 機(jī)房尺寸：機(jī)房長31 m，寬25 m，高9 m(含房頂結(jié)構(gòu)梁空間)。

(3) 主機(jī)布置在機(jī)房底部的甲板上，沿平臺南北方向進(jìn)行布置(發(fā)電機(jī)朝向平臺北部，便于原油發(fā)動機(jī)向南側(cè)排煙)，考慮日常操作、維護(hù)和大修的需求，原油發(fā)電機(jī)組主機(jī)軸間距為6 m，相鄰兩機(jī)組可共用機(jī)組間的維修操作空間。發(fā)電機(jī)端距墻體距離為4.2 m，保證發(fā)電機(jī)抽芯空間要求，高度方向原油發(fā)動機(jī)吊缸高度空間滿足在曲軸中心線上3.3 m的要求。

(4) 原油發(fā)動機(jī)端依次布置滑油系統(tǒng)設(shè)備(滑油分油機(jī)橇、滑油冷卻器考)、冷卻水系統(tǒng)設(shè)備(中央冷卻器、缸套水預(yù)熱器)和啟動空壓機(jī)及空氣瓶橇、柴油增壓泵橇、滑油罐及滑油補(bǔ)給泵橇。輔助系統(tǒng)設(shè)備布置在機(jī)房內(nèi)操作平臺上，操作平臺距離機(jī)房底部甲板1.5 m。主機(jī)與各輔助系統(tǒng)設(shè)備的配管布置盡量充分利用機(jī)房底部與操作甲板之間的空間。

(5) 原油發(fā)動機(jī)氣缸上方、原油分油機(jī)等輔機(jī)上方均設(shè)有滑道梁，滑道梁、電葫蘆配合小車以及廠家專用工具滿足日常維護(hù)及大修的需求。

(6) 排煙管從渦輪增壓器上方穿出機(jī)房房頂，在機(jī)房房頂沿平臺南北方向水平布置消音器，最后向平臺南側(cè)(下風(fēng)向)進(jìn)行布置，并適當(dāng)伸出甲板外緣，盡量減少排煙對生活區(qū)、直升機(jī)起降及生產(chǎn)設(shè)施的影響。

3 各布置方案分析

3.1 海上固定平臺上、下層甲板布置方案分析

原油發(fā)電機(jī)組布置于海上固定平臺上層、下層甲板方案分析見表2，主要分析方案的優(yōu)、缺點(diǎn)和限制因素。

表2 海上固定平臺上、下層甲板布置方案優(yōu)、缺點(diǎn)和限制因素分析表

3.2 海上固定平臺上層甲板與FPSO上部組塊布置方案分析

原油發(fā)電機(jī)組布置于海上固定平臺上層甲板、FPSO上部組塊方案分析見表3，主要分析依托兩種設(shè)施的異同點(diǎn)，原油發(fā)電機(jī)組布置于固定平臺還是FPSO，取決于油田總體開發(fā)方案的模式。

表3 海上固定平臺上層甲板與FPSO布置方案分析表

4 結(jié)論

該文研究了大容量原油發(fā)電機(jī)組(單臺規(guī)格8 000 kW以上)的幾種常見布置方案，并以海上固定平臺上層甲板布置4臺機(jī)組(3用1備)為例，對布置方案進(jìn)行了簡要說明。要點(diǎn)總結(jié)如下：

(1)原油發(fā)電機(jī)組安裝布置遵守相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，要滿足布置原則和要求；燃油處理系統(tǒng)各設(shè)備布置在危險(xiǎn)區(qū)，主機(jī)及其它輔助系統(tǒng)設(shè)備通常布置在機(jī)房內(nèi)。

(2)原油發(fā)電機(jī)組及輔助系統(tǒng)的布置要考慮日常操作、維護(hù)和維修的需求，在滿足需求的基礎(chǔ)上優(yōu)化布置，以減少機(jī)房的占地面積。

(3)合理布置原油發(fā)電機(jī)組排煙系統(tǒng)，盡量減少排煙對生活區(qū)、直升機(jī)起降及生產(chǎn)設(shè)施等的影響。通常海上固定平臺上層甲板方案采用側(cè)排方式排煙，F(xiàn)PSO上部組塊方案采用側(cè)排方式或上排方式排煙；海上固定平臺下層甲板方案采用下扎方式排煙，可以通過專業(yè)軟件進(jìn)行模擬分析排煙的影響，根據(jù)分析結(jié)果進(jìn)行局部調(diào)整。

(4)原油發(fā)電機(jī)組通常布置于海上固定平臺上層甲板、海上固定平臺下層甲板和FPSO上部組塊，各方案均有優(yōu)缺點(diǎn)和限制因素，在海上油田開發(fā)過程中根據(jù)具體情況確定原油發(fā)電機(jī)的布置方案。

[1] 陳海, 王文祥, 單彤文. 原油發(fā)動機(jī)在海洋工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J]. 中國海上油氣, 2002, 14(5):41-47.

[2] 王文祥. 雙燃料往復(fù)式原油發(fā)動機(jī)用于海洋石油平臺的適應(yīng)性[J]. 中國海上油氣, 2000, 12(6):47-50.

[3] 衣華磊, 周曉紅, 劉飛, 等. 海上平臺原油發(fā)電機(jī)布置位置影響研究[J]. 石油工程建設(shè), 2012, 38(2):16-18.

[4] 周偉, 朱海山, 張明, 等. 海上平臺原油發(fā)電機(jī)排煙管布置對直升機(jī)起降的影響研究[J]. 中國造船, 2013, 54(2):501-507.

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Research on Layout of Crude Oil Engine Generator Set for Offshore Oil Field Development

LIU Wei-bin, HOU Guang-xin, WANG Wen-xiang, Keerqinhu, WU Lu，MENG Yao, JIA Jin-yao

(CNOOC Research Institute, Beijing 100028, China)

In this paper, principles and requirements for layout of crude oil engine generator sets are studied, equipments of relevant auxiliary systems included. According to differences between platform and FPSO that crude oil engine generator sets reposed on, research on common layout schemes is done, including reposed on upper deck of platform, lower deck of platform and FPSO topside, as well as layout drawings. Meanwhile, for different layout schemes, advantages, disadvantage and limiting factors are analysed, which provides guidance for engineering design and layout optimization for offshore oil field development.

offshore oil field; crude oil engine generator set; layout research

2015-12-22

工信部高技術(shù)船舶科研項(xiàng)目(工信部聯(lián)裝〔2013〕411號)。

劉維濱(1989-)，男，工程師。

1001-4500(2016)01-0007-05

TE54

A