钻井平台柴油机排烟管下行设计及余热再利用

董呈彬 张红军

摘  要：文章重点分析了海洋钻井平台主机排烟管的现状，提出改造的目标，并对排烟管下行设计及余热再利用的实施方案进行了可行性分析，最后提出了实施方案。

关键词：柴油机排烟管;余热利用

中图分类号：TE951     文献标识码：A      文章编号：1006-8937（2015）02-0011-02

海洋钻井公司是从事浅海、极浅海海域钻井作业的专业化公司，拥有八条钻井平台。平台的电站的基本模式为多台柴油发电机组并网发电，负载多为可控硅整流系统驱动直流电动机，带动绞车、泥浆泵、转盘/顶驱钻井设备。随着海上勘探事业的发展，钻井平台生产任务日益繁重，柴油发电机组作为平台电站核心设备，它的运行好坏直接影响着钻井生产的顺利进行。随着设备管理理念的提升，提倡以人为本，降低钻井平台的噪音，改善居住环境，是我们对设备进行改造的初衷。为此，我们提出并实施了柴油发电机组排烟管下行设计及余热再利用，取得了很好的使用效果。

胜利九号平台现用的柴油机排烟管，由于低于生活区中央空调室外机组，致使主机尾气被吸进生活区内，造成空气污染，损害职工身心健康;另外主机排烟管余热未被利用，造成能源的浪费。将主机排烟管进行下行改造设计，使其排放符合要求;同时在排烟管上设计加装利用余热供水系统，可用于生活用热水、卫生用热水。系统的设计安装可达到节能减排、能源再生利用的目的。保护职工身心健康的同时达到节能减排、能源再利用的目的。

1  选题理由

目前的柴油机排烟管低于生活区中央空调室外机组，致使主机尾气被吸进生活区内，造成空气污染，困扰已久。随着生活区中央空调通风管道内烟尘的不断积累，室内空气质量进一步恶化，长此以往，必将严重威胁职工的身心健康。另外，柴油发电机组在正常使用时排烟管温度可以达到500 ℃左右，主机排烟管余热未被有效利用，造成了能源的浪费。对柴油机排烟管的重新设计改造，将有效解决以上问题，为广大职工营造舒适的生活环境。

2  现状调查

胜利九号平台共有四台卡特彼勒3516柴油机发电机组，安装于生活区下方的柴油机舱内。主机排烟管由船首方向伸出机舱，沿生活区后墙壁垂直向上延伸，尾端开口位于生活区楼顶下方3 m处。而生活区两台中央空调位于楼顶左部，除风向由船尾至船首的情况以外，在其他风向时，主机尾气将被吸入生活区，造成室内空气的污染。

胜利九号平台生活区后视图如图1所示。

如图1所示，主机尾气自排烟管排出后，随即上升至生活区顶楼，由中央空调进风口被吸入生活区内部，尤其风向自左至右时，生活区内能闻到明显的主机尾气味，严重影响职工的身心健康。

3  改造的目标及可行性分析

3.1  改造的目标

本次改造的目标主要有两个：

①通过排烟管下行改造，有效解决主機尾气进入生活区影响职工健康的问题，改善职工生活环境，同时主机排烟管进行下行改造设计，使排放符合船检要求。

②在排烟管上设计加装利用余热供水系统，满足生活及卫生用水，系统的设计安装达到节能减排、能源再生利用的目的。

3.2  目标可行性分析

目标的可行性分析如图2所示。

4  主要原因分析

经过进一步讨论和深入研究，总结主机排烟管改造工作难度分析，如图3所示。

4.1  施工位置较高

位置较高是排烟管改造工作难度来源的关键因素，但此因素不可控。主机排烟管弯头距离甲板高度约为4 m，且紧贴生活区后墙壁。进行下行改造时，需将原排烟管弯头改为三通，一端继续保持向上，一端连接管线伸出舷外在通过弯头使开口端位于船体下方。涉及高空及舷外作业，施工难度可想而知。

4.2  不易焊接是造成施工困难的主要因素

而焊接困难一般由以下几个方面引起：①排烟管材质不易焊接;②位置较高且紧贴墙壁;③人员技术水平制约。在以上三个因素中，选用合理材质的管道可以克服第一个因素，而第2个因素不可改变，因此第3个因素是克服此困难的主要因素。

4.3  改造后排烟管的结构复杂

改造后排烟管的结构复杂也是施工困难的重要因素，在一定程度上可控。造成排烟管结构复杂的原因：①拔桩、拖航等特殊工况状态时，下行改造后的排烟管出口位于海平面以下;②平台特殊空间所限;③余热供水系统与现有热水系统的设计连接。在以上三个因素中，只有3为可控因素，其它不可控。

4.4  其它因素

①阀门数量较多及安装位置的选择，为可控因素;②测量误差。

从以上可以得出下面的要因分析图，如图4所示。

5  对策实施

①把整个改造工程作为一项关系职工切身利益的大事来抓，建立严格的排查制度及施工管理条例。②严把选料质量关。原柴油机排烟管已使用5年，质量过硬，宜选用与其相同的管道，既可保证管道本质安全，又利于焊接作业。另外，与供应站积极联系协调，尽最大可能选择质量较好的闸门，以确保整个工程改造后主机排烟系统的使用寿命。③余热供水系统采用类似空调蒸发器式的结构，充分增加与主机尾气的接触面积及接触时间。此余热供水系统，由水泵直接供水，另一端通过管道连接于平台现有热水电热水罐上水口，在通过热水罐出口，借助原有供水管道，满足各处所需。如此则可保证，来自余热供水系统处理过的水，由热水罐自带温控器实时检测，即使在尾气不足，水温较低的情况下也可大大缩短电热水罐加热时间，实现节能降耗。④通过广泛研讨论证，集思广益，充分考虑各种工况及可能遇到的问题。针对拔桩、拖航等特殊工况状态时，下行改造后的排烟管出口位于海平面以下的问题，在保留现有上行管道的基础上加装下行管道。将原排烟管弯头改为三通，一端连接原上行管道，一端连接加装的管道。先按原高度平移至舷外，再紧贴船体下行，使尾端开口位于船体之下。这样可保证：尾气在气流的作用下迅速消散，而不会被吸入生活区;同时水平段较高的高度也使得在某些特殊工况时，即使马克线全部位于水面以下，也不至于有海水灌入主机。另外，在上行及下行的排烟管道内分别安装两组闸门。每组由一个电动蝶阀及一个手动蝶阀组成。其中，两个手动蝶阀处于常开状态作为特殊情况下的备用阀门;上行管道内的气动蝶阀除拔桩、移位等特殊工况外均处于关闭状态，以保证尾气只有下行一条通路;下行管道内的气动蝶阀平时根据排烟情况适当控制开关大小，以调节尾气与余热供水系统的接触时间，在不影响柴油机正常工作的情况下，尽可能多的利用尾气余热。

6  效果确认

6.1  效果对比

通过有效的执行既定措施，平台柴油机排烟管实现下行改造。彻底避免了尾气被中央空调吸入生活区，危害职工身心健康的问题。同时，通过余热供水系统充分利用了尾气的热能，满足了平台部分热水需求，有效缩短了电热水罐的工作时间，节能减排、能源再利用的目的，实现了预期的目标。

6.2  经济效益评价

①经济效益评价。有效减少了电热水罐的工作时间，节约了电能;同时，尾气不再被吸入中央空调，无形中延长了两种设备的使用寿命。②社会效益评价。有效解决了主机尾气对职工身心的损害，大大改善了职工的生活环境，充分体现了“以人为本”的原则，有利于职工队伍的稳定及激发干劲。对钻井平台的柴油机排烟管设计改造工作具有良好的指导意义。

7  结  语

本钻井平台柴油机排烟管下行设计及余热再利用的改造工程，也存在一定的问题，主要是气动蝶阀的开关量控制无法制定具体标准，余热供水系统中冷水与尾气的接触面积也很有限，热交换的充分性是本改造没有处理好的一个问题。技术的发展是永无止境的，下一步我们将以如何进一步提高主机尾气热能的利用为方向，进行更深入的研究。

参考文献：

[1] 沈中元.中国的节能潜力[J].国际石油经济，2004，（1）.

[2] 董呈彬.变流技术在海洋钻井平台电传动系统中的应用[J].中国电力教育（下），2011，（4）.