海上油田开发原油发电机组安装布置研究

刘维滨， 侯广信， 王文祥， 柯尔钦乎， 吴 露， 孟 尧， 贾津耀

(中海油研究总院， 北京100028)



海上油田开发原油发电机组安装布置研究

刘维滨， 侯广信， 王文祥， 柯尔钦乎， 吴 露， 孟 尧， 贾津耀

(中海油研究总院， 北京100028)

该文通过分析原油发电机组布置原则，梳理原油发电机组及其辅助系统设备布置要求，并结合海上固定平台和FPSO两种依托设施的特点，研究了大容量原油发电机组的几种常见布置方案，包括海上固定平台上层甲板布置方案、下层甲板布置方案和FPSO上部组块布置方案，绘制了布置图，并分析了各方案的优、缺点和限制因素，从而为工程设计及海上油田开发原油发电机组优化布置提供参考和依据。

海上油田；原油发电机组；安装布置

0 引言

海上油田开发过程中，部分油田由于伴生气量极少，发电机组采用原油发电机组，即采用能够以简易处理后的原油作为燃料的柴油机驱动发电机进行发电，并广泛应用于渤海和南海海域的油田开发生产[1-2]。根据依托设施的不同，原油发电机组通常安装布置于海上固定平台和FPSO上部组块，依托设施的不同对发电机组的布置方案有一定的影响；反之，发电机组的布置对依托设施也存在较大的影响，如发电机组布置位置对生活楼区、生产区和靠船的影响[3]，以及排烟管布置对直升机起降的影响[4]。该文通过研究大容量原油发电机组(单台规格8 000 kW以上)的几种常见布置方案，系统地分析了原油发电机组及相关辅助系统设备布置原则和要求，并以海上固定平台上层甲板布置方案为例，绘制了原油发电机组机房及排烟管布置图。此外，分析了各布置方案的优、缺点和限制因素，旨在为工程设计及优化布置提供参考和依据。

1 布置原则及要求

1.1 布置原则

原油发电机组的布置严格遵守《海上固定平台安全规则》、《浮式生产储油装置 (FPSO)安全规则》等规范的要求与规定[5-8]，布置原则如下：

(1) 确保安全生产，设计时将井口区、油气处理设备所在的危险区与公用系统区或电气房间用防火墙或防爆墙分开。

(2) 总体布置合理，满足钻井、修井、采油及工艺流程的最佳需要，操作安全可靠、经济合理。

(3) 设备布置时，考虑逃生路线及所有设备的操作和维修空间，救生设备放置在安全且能顺利到达的位置，使工作人员能尽快安全脱离平台。

1.2 布置要求

根据布置原则，并考虑平台结构承重要求及消防、安全要求，综合生产情况，对平台空间进行划分，规定了平台各个流程的布置形式。根据原油发电机组及其辅助系统的特点，布置要求如下：

(1) 燃油处理系统各设备布置在危险区。

(2) 原油发电机组及其它辅助系统设备布置在安全区内，通常安装在原油发电机组机房内，机房与燃油处理系统、油气处理系统等用A60 防火墙隔离，机房其余墙壁根据相邻设施的类型采用至少A0 等级的防火墙。同时，机房由送风装置保持正压，送风装置从安全区进风，助燃空气进口和排气出口位于安全区内，排烟系统安装灭火花型消音器。

(3) 机房进气口安装可燃气体探测器，实现报警和机组关断。

(4) 机房配置固定式消防灭火系统，如高压细水雾、CO2、FM200或高倍泡沫消防灭火系统。

(5) 机房至少设置两个向外开的门(自闭式)，并至少有两条与甲板逃生通道相通的逃生通道，设备的布置不能影响到安全逃生通道。

(6) 除了考虑设备满足规范的安全性外，还应考虑设备的可操作性。考虑原油发电机组及辅助系统设备的操作和维修空间，吊梁布置合理，便于关键设备及部件维修维护。

(7) 穿越安全区的输送燃料油、柴油管线应采用焊接连接，以减少可拆接头的数量，防止泄漏，并注意固定，防止产生火花。

2 原油发电机组布置方案

2.1 主机和辅助系统设备尺寸

辅助系统主要包括燃油处理系统、柴油系统、冷却水系统、滑油系统、启动系统、排烟系统、电气和仪控系统等。燃油处理系统各设备不布置在机房内，其实际的布置位置与具体某个平台(或FPSO)油气处理等系统的设备布置相互协调，并受总图、结构等因素影响，使得燃油处理系统设备的布置位置不具有规律性。因此，布置方案研究仅针对主机和机房内辅助系统各设备的布置研究和排烟管的布置研究，主机及机房内辅助系统设备尺寸见表1。

2.2 原油发电机组布置方案

根据不同油田开发的特点，原油发电机组通常海上固定于平台上层甲板、平台下层甲板和FPSO上部组块，该文以海上固定平台上层甲板布置为例，布置4台8 000 kW以上功率等级机组(3用1备)，如图1所示。简要说明如下：

(1) 机房位置：原油发电机机房布置于上层甲板的东侧，位于生活楼与模块钻机之间，4台机组布置在1个机房。

表1 主机及机房内辅助系统设备尺寸

图1 海上固定平台上层甲板布置图

(2) 机房尺寸：机房长31 m，宽25 m，高9 m(含房顶结构梁空间)。

(3) 主机布置在机房底部的甲板上，沿平台南北方向进行布置(发电机朝向平台北部，便于原油发动机向南侧排烟)，考虑日常操作、维护和大修的需求，原油发电机组主机轴间距为6 m，相邻两机组可共用机组间的维修操作空间。发电机端距墙体距离为4.2 m，保证发电机抽芯空间要求，高度方向原油发动机吊缸高度空间满足在曲轴中心线上3.3 m的要求。

(4) 原油发动机端依次布置滑油系统设备(滑油分油机橇、滑油冷却器考)、冷却水系统设备(中央冷却器、缸套水预热器)和启动空压机及空气瓶橇、柴油增压泵橇、滑油罐及滑油补给泵橇。辅助系统设备布置在机房内操作平台上，操作平台距离机房底部甲板1.5 m。主机与各辅助系统设备的配管布置尽量充分利用机房底部与操作甲板之间的空间。

(5) 原油发动机气缸上方、原油分油机等辅机上方均设有滑道梁，滑道梁、电葫芦配合小车以及厂家专用工具满足日常维护及大修的需求。

(6) 排烟管从涡轮增压器上方穿出机房房顶，在机房房顶沿平台南北方向水平布置消音器，最后向平台南侧(下风向)进行布置，并适当伸出甲板外缘，尽量减少排烟对生活区、直升机起降及生产设施的影响。

3 各布置方案分析

3.1 海上固定平台上、下层甲板布置方案分析

原油发电机组布置于海上固定平台上层、下层甲板方案分析见表2，主要分析方案的优、缺点和限制因素。

表2 海上固定平台上、下层甲板布置方案优、缺点和限制因素分析表

3.2 海上固定平台上层甲板与FPSO上部组块布置方案分析

原油发电机组布置于海上固定平台上层甲板、FPSO上部组块方案分析见表3，主要分析依托两种设施的异同点，原油发电机组布置于固定平台还是FPSO，取决于油田总体开发方案的模式。

表3 海上固定平台上层甲板与FPSO布置方案分析表

4 结论

该文研究了大容量原油发电机组(单台规格8 000 kW以上)的几种常见布置方案，并以海上固定平台上层甲板布置4台机组(3用1备)为例，对布置方案进行了简要说明。要点总结如下：

(1)原油发电机组安装布置遵守相关标准规范，要满足布置原则和要求；燃油处理系统各设备布置在危险区，主机及其它辅助系统设备通常布置在机房内。

(2)原油发电机组及辅助系统的布置要考虑日常操作、维护和维修的需求，在满足需求的基础上优化布置，以减少机房的占地面积。

(3)合理布置原油发电机组排烟系统，尽量减少排烟对生活区、直升机起降及生产设施等的影响。通常海上固定平台上层甲板方案采用侧排方式排烟，FPSO上部组块方案采用侧排方式或上排方式排烟；海上固定平台下层甲板方案采用下扎方式排烟，可以通过专业软件进行模拟分析排烟的影响，根据分析结果进行局部调整。

(4)原油发电机组通常布置于海上固定平台上层甲板、海上固定平台下层甲板和FPSO上部组块，各方案均有优缺点和限制因素，在海上油田开发过程中根据具体情况确定原油发电机的布置方案。

[1] 陈海, 王文祥, 单彤文. 原油发动机在海洋工程设计中的应用[J]. 中国海上油气, 2002, 14(5):41-47.

[2] 王文祥. 双燃料往复式原油发动机用于海洋石油平台的适应性[J]. 中国海上油气, 2000, 12(6):47-50.

[3] 衣华磊, 周晓红, 刘飞, 等. 海上平台原油发电机布置位置影响研究[J]. 石油工程建设, 2012, 38(2):16-18.

[4] 周伟, 朱海山, 张明, 等. 海上平台原油发电机排烟管布置对直升机起降的影响研究[J]. 中国造船, 2013, 54(2):501-507.

[5] 国家经贸委. 海上固定平台安全规则[S]. 2000.

[6] 国家安全监督总局. 浮式生产储油装置 (FPSO)安全规则[S]. 2010.

[7] 中海石油(中国)有限公司. 海上固定平台总体设计规范(试行)[S]. 2015.

[8] API-RP-14J. Recommended Practice for Design and Hazards Analysis for Offshore Production Facilities[S]. 2001.

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

工信部高技术船舶科研项目(工信部联装〔2013〕411号)。

刘维滨(1989-)，男，工程师。

1001-4500(2016)01-0007-05

TE54

A