自升式海洋平台发电机组排烟管长距离布置研究

司江舸 周炳

（中海油能源发展股份有限公司监督监理技术公司，天津300452）

1 引言

自升式海洋平台是指具有活动桩腿，且其主船体能沿支撑于海底的桩腿升至海面以上预定高度进行作业的平台。自升式平台适合在浅海区域作业，同时具有钢量少、造价低，在各种海况下几乎都能持续作业和效率高等优点，因此，在国内外海洋勘探和开发中，特别是近海海洋石油开发中发挥了巨大的作用[1]。发电机组作为平台的心脏部分，发电机组各系统的设计安装，直接影响平台的安全和使用效果[2]；发电机排烟系统布置既要考虑不能占用平台的有效空间，同时不能影响机组使用。

2 概述

2.1 平台及机组概述

该平台侧视图如图1所示。该平台是一艘三桩腿，艉二艏一。平台主体为箱形结构，平面形状接近三角形，最大作业水深为40 m（含天文潮和风暴潮），型长54 m、型宽49 m、型深5.2 m。

该平台配置了四台卡特彼勒3516B柴油船用发电机组，机组使用环境温度-20°C ～45 °C，发动机功率1717B kW、转速1500 rpm、V型16缸、发电机功率 1550E kW、燃油消耗率 0.202 kg/(kW·h)、汽缸总排量69 L、 排烟系统最大允许背压6.7 kPa[3]。

2.2 机组排烟系统组成

该系统由以下部件组成：1）干式排气岐管，带热绝缘防护；2）双增压器，带热绝缘防护；3）排气圆形出口305 mm，垂直式；4）波纹管，305 mm；5）变径接头带法兰；6）灭火花消声器，水平安装；7）排烟管；8）弯头；9）温度计；10）弹簧吊架。

3 系统分析

3.1 原布置方案

原布置方案如图 2。该方案采用发电机组排烟管就近布置，发电机组的排烟管距离较短，按照经验，肯定满足机组使用要求。然而该平台无论是甲板面积及空间较小，四只排烟管伸向平台左右两舷，此区域正好在平台吊车作业范围之内，严重的影响了平台的使用要求；同时甲板烟灰将多，不利于平台工作人员的身体健康，也增加了平台打扫甲板的工作量。

图1 平台侧视图

图2 排烟管原布置图

3.2 长距离布置方案

排烟管长距离布置如图3、图4、图5。平台艏部桩腿两侧 90#-95#肋之间分别为生活污水舱和淡水舱。排烟管从平台艏部方向布置，必须满足平台防火分隔规范[4]，在不影响平台污水舱舱容和淡水舱舱容的前提下，分隔出来了两个小空舱，专门用于布置机组排烟管。

3.3 理论核算

(1)柴油发电机组排烟管直径计算[5]

式中：D—排烟管内径，mm；Q—柴油机最大排烟量，m3/min，查询卡特彼勒3516B手册为352.2 m3/min；t—排演温度，℃，查询卡特彼勒3516B手册为439.1 ℃；W—烟气流速，m/s，查询卡特彼勒3516B手册为400℃～500℃时，40～50 m/s。

将参数代入公式（1），W取45 m/s，D=407.6 mm。

柴油机组与排烟管连接附件规格如下，根据排烟管直径计算，取内径D=400 mm。波纹管为305 mm，需要配套305 -400 mm变径接头带法兰；配灭火花消声器接头法兰为400 mm。

(2)柴油机发电机组排烟背压计算

式中：P—排气背压(kPa)；L—管路的总长度（m）；St—气体密度（kg/m3）；Q—柴油机最大排烟量m3/min；D—烟管内径，mm；Ps其它部件的压力降（消声器等）。

① 90度弯管当量长度计算公式：

② 气体密度计算公式：

③ 管路长度计算

4个 90度弯管当量长度：4*20*400/1000=32 m，

总长度为：L=8.7+8.3+13.8+12.5+32=75.3 m；

④ 气体密度计算

St=352.5/（439.1+273）=0.495 kg/m3；

⑤ 消声器的压力降

查询卡特彼勒3516B手册得：Ps＝1.48 kPa；

⑥ 总背压计算

3.4 排烟系统安装

排气管采用工业钢制造，对管子内壁严格处理，最大程度的提高光滑度，降低排烟管的排气阻力。排气圆形出口305 mm，必须与305 mm波纹管，波纹管与305～400 mm变径接头对接，法兰与排烟管弯头连接。该平台为小平台，而且从降低机舱噪音出发，将消音器安装在舱外。在拐弯向下方处设置一个主排烟管旁通，切口切成和水平 60°角，该旁通配置盖子，当拖航作业的时候，打开该盖，升起平台正常作业时候，关闭盖子，通过主管进行排烟。

其他遵照如下原则进行安装。

(1)确保在安装消音器和排烟管时，不能因拉紧而造成断裂或者泄漏。

(2)排气管外部包扎成型硅酸铝纤维绝热材料，外包玻璃布二层.其厚度为：主发电机排气管包80 mm绝热材料，排气管绝热材料外包镀锌铁皮(0.7 mm)。

(3)机舱内排气管采用弹性吊架安装，主甲板上焊接排气管托架，用管卡固定。

(4)室外水平部分倾斜向下安装，以防止水倒流入消音器。

(5)穿过舱室和穿过甲板处安装套管及伸缩接缝。

图3 排烟管长距离布置图

图4 排烟管长距离布置图

图5 排烟管长距离布置图

4 结束语

本文以一圆柱型桩腿自升式海洋平台排烟系统布置为例，对其原有布置方案的缺陷进行说明。阐述了发电机组排烟管长距离布置方法及思路，通过理论计算确定了该机组配置排烟管的直径，计算了该长距离方案布置下机组排烟管排烟背压，计算背压3.105 kPa＜最大允许背压6.7 kPa，结果表明，该方案完全满足机组的使用性能要求，同时避免排烟管占用平台宝贵的使用空间。本文提供方法和思路对自升式平台使用者及平台设计人员具有一定的借鉴作用。

：

[1]马志良，罗德涛. 近海移动式平台[M]. 北京：海洋出版社，1993.

[2]中国船级社. 海上移动平台入级与建造规范[M]. 北京：人民交通出版社，2005.

[3]CATERPILLAR，Cat3516B Parts Manual.

[4]IMO. 2009年海上移动式钻井平台构造和设备规则.

[5]杨桂恒，贺明智等编著. 柴油发电机组技术手册. 北京：化学工业出版社，2008.10.