柴油发电机组在海洋钻机模块的应用分析

姜竹堂

摘要：柴油发电机组在海上钻机模块的应用越来越广泛，柴油发电机组是钻机模块上所有机械和电气设备的动力源泉，柴油发电机在海上能否正常运转决定了钻机模块能否按时投产。因此本文针对发电机组的选型、设备原理介绍、设备安装固定和调试等重要环节进行了论述。

关键词：海洋钻机模块;柴油发电机组;应用分析

中图分类号：TB857+.3                                  文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2021）08-0177-03

1  柴油发电机组在海洋钻机模块应用背景

近年来，钻机模块在渤海区域海上油田开发的应用已逐渐趋于饱和，随着南海的油气田开发，钻机模块在南海区域应用越来越广泛，由于陆地终端的供电能力已无法满足钻机本身供电需求，因此柴油发电机在海洋钻机模块上的应用越来越多，如近几年的钻机项目PY4-2/5-1、HZ25-8、JZ25-1、EP18-1、PL19-9等都配备专用的柴油发电机组供电。柴油发电机组是钻机模块上所有用电设备的动力来源。目前海洋钻机模块供电方式主要有两种：①通过上部组块平台透平发机组发电，把电能传输到钻机模块，同时在钻机模块配备备用柴油发电机组;②在钻机模块上配备多台柴油发电机组供电。钻机模块在陆地装船，在海上与上部组块连接后，首先要确保发电机可以正常运转，下一步才能进行所有设备的联调投产，所以发电机能否正常运转决定了整个油田能否按时投产。

2  柴油发电机组的选型

目前钻机模块上的柴油发电机分为风冷和水冷两种机型，近几年来钻机模块上，如果钻机模块自身供电的话，考虑到钻机空间尺寸和散热功率等因素，基本采用海水冷却的机型;如果通过上部组块供电的话，基本采用风冷的机型且配备备用发电机组。目前，考虑到钻机模块的总体用电量和空间尺寸的情况下，当采用功率较大的发电机组时多采用一用一备可以节省使用空间;当采用功率较小的发电机组时多采用三用一备或两用一备。目前主发电机房和备用发电机房在钻机模块上通常布置在DSM一层主配电间下方。

3  柴油发电机组的设备工艺

目前海洋钻机模块使用的柴油发电机组主要由进气系统、排气系统、冷却系统、调速器系统、启动系统、交流发电机、发电机同步和负载分配装置、发电机同期并网装置、发电机自动励磁调节装置、发电机组本地控制盘等组成。主要系统如下：

3.1 进气系统

在空气进口处有一个阻燃空气过滤器，以确保发动机性能不会因为大量的盐分、沙子、灰尘或大气中其它的污染物的进入而降低。连接空气进口过滤器和发动机进口的管线进气管线处配备自动截断阀，以便在收到超速/紧急关断信号关闭发动机进气，该关断系统使用24V直流电源并可手动复位。

3.2 排气系统

排气系统一般包括发动机排气歧管、排气管线、不锈钢弯头、膨胀节、灭火花消音器和阻火器。

3.3 冷却系统

冷却系统主要包括发动机管套水热交换器和后冷却膨胀水箱。

3.4 调速器系统

配备一个电子调速器，通过发电机控制柜远程控制盘调速模块对发动机进行手动或自动速度调节，远程控制盘位于电控间内。调速系统中的静态调速率、瞬态调速率、稳定时间满足标准ISO 8528-5要求。

3.5 启动系统

启动系统为空气启动，空气启动需满足提供的启动气源为：0.6～0.85MPa。空气马达系统包括空气马达、必要的控制设备和安全阀。安全阀的设计和选择符合相关规范要求。

3.6 交流发电机

交流发电机为凸极类型，采用封闭空气冷却。将发电机连接到中压配电盘上，并能同步连续运行。然后经过变压器将电源供给钻井电机、鼠笼式异步电机、加热和照明等使用，钻井电机约占总功率负载的80%。

3.7 发电机同步和负载分配装置

柴油发电机的负载分配通过主发电机的远程控制盘进行远程控制。发电机只能在同步模式下正常运行。发电机分配负载的模式可以通过自动/手动切换开关来进行独立选择。正常操作模式是自动进行的，由发电机平均分配负载。手动模式只在紧急情况下用于速度升/降转换。

3.8 发电机同期并网装置

发电机同期并网要求在多台机组相位、频率、电压相同时，发电机组实现并网运行。发电机同期并网装置安装在发电机进线柜内。柴油发电机的同步通过主发电机的远程控制盘进行远程控制。柴油发电机的同步可以自动和手动操作。每台发电机应配置负载控制装置。

3.9 发电机自动励磁调节装置

发电机自动励磁调节装置的控制可通过自动调压调节、手动或励磁电流调节、功率因数、无功功率的调节来实现并联机组之间的无功调差补偿和无功横流平衡，并实现对发电机组的保护以及数据记录和事件记錄等功能。

3.10 发电机组本地控制盘

发动机本地控制盘安装在发电机组橇块上，控制盘材料通常选用不锈钢材质，设计为重负载型，并且满足海上油田危险区划分的要求。控制盘内部电缆、气动电路、防冷凝加热器和恒温器。控制盘内部电线上带有可识别终端的标签。控制盘有足够的空间和开孔以满足驱动设备仪表、指示器和控制器的要求。通过同时切断燃料供应和关闭空气进气阀门实现发动机的关断。在就地控制盘应设置就地应急关断按钮。

4  柴油发电机组的安装方案

目前发电机组基本布置在DSM一层发电机房，考虑到钻机结构整体建造情况、发电机组厂家生产进度和发电机组的外形尺寸设计等因素，需要为其制定专门的吊装和安装方案，下面以四台发电机组的安装方案为例，布置图见图1所示，具体如下：

4.1 安装前准备工作

①结构专业：

提前在发电機房东侧两端预留的挡风墙作为发电机的安装通道。

②配管专业：

因发电机房内管廊在发电房东侧阻碍发电机安装，需提前将此部分管线全部拆除并将管线吊运下模块。

③电仪专业：

提前拆除4台发电机上方电缆桥架，以便在发电机顶部安置手拉葫芦，用于发电机在房间内横向移动。

④机械专业：

1）根据发电机撬的外形尺寸制作临时吊装平台，将吊装平台与发电机安装预留口位置进行固定。

2）制作拖拉滚杠8根。

3）准备手拉葫芦、吊带若干。

4）制作临时拖拉吊耳若干个并将吊耳分别焊接固定在发电机安装路径的两侧。

5）准备2000*6000*8的钢板一张，铺在1#发电机安装位置上固定，钢板上设置吊耳。

4.2 发电机安装固定

①吊装前检查，检查清理被吊装发电机撬上的活动及可脱落部件。发电机安装顺序依次是：2#、1#、3#、4#。

②提前在临时吊装平台上横向摆好拖拉滚杠，然后将2#发电机吊落至滚杠上方，详见图2。

③分别将2台手拉葫芦一端固定至拖拉吊耳处，另一端固定在发电机上，并拉紧手拉葫芦，详见图3。

④待确定手拉葫芦已将发电机固定后，拆除发电机前端两根钢丝绳，然后拉动手拉葫芦使发电机向房间内运动至发电机撬体全部落在临时平台上方后停止。

⑤拆除发电机后端的两根钢丝绳，将发电机水平拖拉至1#发电机的安装位置，详见图4。

⑥在发电机底部垫竖向滚杠，拉动发电机同侧的2台手拉葫芦将发电机拉至2#安装位置，停止拆除滚杠，详见图5。

⑦按照2#发电机的安装方式，将1#发电机拖拉至安装位置。用顶部的4台手拉葫芦将发电机拉离地面，将发电机下方的滚杠及钢板撤出。

⑧将钢板倒运至4#发电机安装位置固定，拆除临时吊装平台至发电机房另一端的安装通道处并固定。

⑨按照以上1#、2#发电机的安装方案进行3#、4#发电机的安装。

⑩撤出钢板并拆除临时吊装平台，安装工作完成。

5  柴油发电机组的调试方案

发电机组的调试是钻模块的调试工作的关键节点，其调试的质量和进度是后续调试工作能否安全有效展开的前提，现以四台水冷柴油发电机的调试工作为例，具体步骤如下：

①发电机组单机负载试验按依次0、25%、50%、75%、100%顺序进行运行，其中0～75%负载试验分四个阶段，运行时间均为15分钟，100%负载试验阶段运行时间保证120分钟。

②发电机组并车运行试验为2台、3台、4台分别同时并车试验运行。2台并车按照（1-2、1-3、1-4、2-3、2-4、3-4）运行模式进行试验，单机负载25%，并车总负载50%，运行时间均为15分钟;3台并车按照（1-2-3、1-2-4、2-3-4、1-3-4）运行模式进行试验，单机载荷25%，并车总负载75%，运行时间均为15分钟;4台并车按照（1-2-3-4）运行模式进行试验，单机负载25%，并车总负载100%，运行时间为15分钟。

③发电机安全报警功能测试，按照柴油发电机调试大纲中的报警功能项进行试验，其中过低盘车及高振报警不进行调试。

④发电机组调试一般先进行安全报警功能试验，后进行发电机组负载测试、功率突加突卸测试和并车测试。

⑤发电机组突加突卸试验中，突卸部分从100%负载直接卸载到0负载，中间过程无停留。

⑥发电机组单机110%负载试验一般以厂家出厂试验报告为准，现场不再进行110%负载试验。

⑦发电机在待机状态下，网上总功率超过网上发电机总额定功率80%，5分钟后自动启车并网功能测试;当超过网上发电机总额定功率90%后，立即自动启车并网功能测试。

⑧发电机组突加突卸试验中突加部分负载变化为0%负载直接到50%负载，然后从50%负载直接到100%负载。

⑨功率超限保护测试，网上功率若超发电机额定总功率95%，进行功率超限报警功能和自动降负载保护功能（泥浆泵转速减半）测试。

⑩在网发电机突然关断，若之前负载的总功率超过剩余在网发电机总功率95%，进行自动降负载保护功能（泥浆泵转速减半）的测试。

6  结论

柴油发电机组在海洋钻机模块的应用越来越广泛，柴油发电机组是钻机模块上所有机械和电气设备的动力保障，柴油发电机对于海洋钻机正常运行乃至整个油田能否按时投产起了关键性作用。本文通过针对海洋钻机发电机组的选型、设备原理介绍、设备安装固定和调试等重要环节进行论述，给厂家业主的柴油发电机组今后的选择和应用提供了技术参考。

参考文献：

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