海洋石油平臺透平發(fā)電機基座機械加工工藝的研究

方春偉，劉佳，宋慶章，高指林，王楊健

（海洋石油工程股份有限公司，天津 300452）

1 引言

隨著海洋油氣田開發(fā)工程逐步向深海推進，海洋石油平臺和半潛式儲油平臺正在向大型化、工廠化和智能化方向轉變，其制造涉及鋼結構、設備、管線、電氣儀表通訊以及防腐舾裝等施工工作。海上油氣田尤其是氣田開發(fā)的迅速發(fā)展，對燃氣透平發(fā)電機的需求與日俱增，作為海洋石油平臺和半潛式儲油平臺的核心設備，設備安裝的優(yōu)劣對燃氣透平發(fā)電機的正常運行起到至關重要的作用。燃氣透平發(fā)電機主要依靠國外進口，不同廠家，或者同一廠家的不同型號的設備，安裝工藝都有所差異。

本文基于國內海洋油氣田開發(fā)項目常用的Caterpillar Turbines和Solar Turbines，對不同廠家設備的基座機械加工工藝進行了相關的探討，對后續(xù)類似設備的基座機械加工工藝具有一定的指導意義。

2 工作原理和特點

燃氣透平發(fā)電機是利用燃料油或油氣田產生的天然氣與空氣混合燃燒后驅動發(fā)電機的電力能源設備，主要由透平機（壓氣機、燃燒室和動力渦輪）、發(fā)電機、進排氣系統(tǒng)和其它輔助系統(tǒng)等組成。壓氣機通過大氣連續(xù)吸入空氣并將其壓縮；壓縮后的空氣沿風道進入燃燒室，與噴入的燃料油（通過柴油系統(tǒng)或天然氣系統(tǒng)供給）混合后燃燒，產生帶機械動能的高溫燃氣，隨即流入動力渦旋中膨脹作功，推動透平葉輪帶著壓氣機葉輪一起旋轉；最終通過聯軸器和傳動軸驅動發(fā)電機旋轉，為海洋石油平臺和半潛式儲油平臺提供電能[1]。

燃氣透平發(fā)電機具有工作效率高，穩(wěn)定可靠，應用靈活和節(jié)能環(huán)保等特點，同時，成撬設計集成度高，燃料系統(tǒng)，啟動系統(tǒng)，控制系統(tǒng)，同期裝置和勵磁系統(tǒng)均可成撬，設備安裝周期短，適用于海上石油平臺的電力能源設備[2]。

3 機械加工關鍵工藝

燃氣透平發(fā)電機是集燃料系統(tǒng)，啟動系統(tǒng)，控制系統(tǒng)，同期裝置和勵磁系統(tǒng)成撬的大型復雜設備，主要由透平機、發(fā)電機、底座、冷凝器、控制柜、空氣進氣濾器、進氣和排氣系統(tǒng)、消音器和排煙系統(tǒng)等部分組成，總體模型見圖1所示。燃氣透平發(fā)電機為大型動設備，它的安裝對基礎結構的剛性和水平度要求極高，在主結構建造完成后，對基座支撐墊板進行銑削加工，確?；蕉?、共面度和其它技術參數符合廠家要求[3]。

圖1 Solar TurbinesT60 GS總體示意圖

國內外各廠家的成撬結構設計基本一致，以國內海洋油氣田開發(fā)項目常用的 Caterpillar Turbines和 Solar Turbines為例，對兩種不同廠家的設備基座現場機械加工工藝進行探討，總結出重點和難點，為燃氣透平發(fā)電機基座機械加工工藝的標準化進行技術積累。

基座機械加工工藝的關鍵技術主要包括基座形式、機械加工參數和參數測量[4]三個方面的內容，根據上述參數設計對應的機械加工工藝。其中，依據基座形式確定基座板的加工方向，加工寬度和厚度等加工參數，設計合理的加工工步和工序以匹配機床設備的性能，同時，選取合理的測量工具保證數據的準確。

表1Saterpillar Turbines和Solar Turbines基座參數表

3.1 基座機械加工工藝流程

燃氣透平發(fā)電機基座的機械加工工藝流程如下：（1）基座焊接和檢驗：在進行基座現場機械加工前，需要確?；瓿珊附?、檢驗和周邊環(huán)境檢查工作，排除后續(xù)可能對基座造成變形的施工工作。（2）基座標高測量：利用精密儀器（全站儀或其它）對基座進行測量，單塊基座墊板測量五個位置的數據（圖2）。（3）機械加工余量確定：基座標高數據測量完成后，依據設備安裝標高確定基座每塊板的最大機械加工余量。（4）工機具準備和調試：將機床吊裝到平臺相應位置后，對機床進行調平和固定工作；機床調平和固定完成后進行試車加工，確認機床的調平和固定是否滿足使用要求。（5）基座粗加工和測量：粗銑加工到工序設計尺寸后，對基座板進行測量，核實加工余量，若有加工偏差需要及時調整，再進行精加工。（6）基座精加工：根據基座粗加工和測量結果確定精加工的工步和工序，設計合理的加工參數。（7）平面度和共面度測量[5]：基座精加工完成后，使用框式水平儀測量單塊基座板平面度（圖3），所有基座板加工完成后，使用激光水平儀測量單臺設備基座的共面度（圖4）。

圖2 基座標高測量示意圖

圖3 基座板平面度測量示意圖

圖4a Caterpillar Turbines共面度測量示意圖

圖4b Solar Turbines共面度測量示意圖

3.2 Saterpillar Turbines基座機械加工工藝

Saterpillar Turbines基座為22塊板組成，隔振器安裝在機械加工完成后的基座上。依據Saterpillar安裝要求(單臺設備基座現場機械加工后的共度面公差為2mm，單塊基座板的平面度公差要求為0.4mm/1m)和基座形式，確定現場機械加工工藝參數。其中，設備刀具沿軸向進刀，最大粗銑加工量為12mm，精銑加工量為3mm，現場機械加工后厚度為 mm(厚度根據設備安裝標高確定)，表面粗糙度Ra6.3，未標注形狀和位置公差按GB/T 1184-1996-H級，未標注線性尺寸按GB/T 1804-2000-m級執(zhí)行。

圖5 Caterpillar Turbines加工示意圖

3.3 Solar Turbines基座機加工工藝

Solar Turbines基座為3塊八角板組成，承重板焊接在機械加工完成后的基座上。依據Solar技術要求(單臺設備基座現場機械加工后的共度面公差為3mm，單塊基座板的平面度公差要求為0.42mm/1m)和基座形式，確定現場機械加工工藝參數。其中，設備刀具垂直于八角板軸向進刀，最大粗銑加工量為25mm，精銑加工量為5mm，現場機械加工后厚度為 mm(厚度根據設備安裝標高確定)，表面粗糙度Ra6.3，未標注形狀和位置公差按GB/T 1184-1996-H級，未標注線性尺寸按GB/T 1804-2000-m級執(zhí)行。

圖6 Solar Turbines加工示意圖

4 結論

燃氣透平發(fā)電機價值高，制造周期長，作為海洋石油平臺的核心設備，如何安全有效地完成平臺成撬至關重要。本文以國內海洋油氣田開發(fā)項目常用的 Caterpillar Turbines 和 Solar Turbines作為依托，對不同廠家設備的基座機械加工工藝進行了詳細探討，重點分析加工方向和機械加工參數如何確定，加工參數如何測量等方面的內容，總結出各自的優(yōu)勢。結果表明，基座形式決定基座板的加工方向，加工寬度和厚度等加工參數，合適的測量工具和數據采集方法保證測量數據的準確性，上述經驗對類似工程項目具有重要的指導意義。