海上平臺燃氣輪機發電機組適應性分析
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摘 要：燃氣輪機發電機組是海洋石油生產平臺的核心設備，為油氣生產和處理提供電力保障。中海油海上平臺裝備燃氣輪機97%依賴進口。本文對海洋平臺進口燃氣輪機發電機組技術資料的基礎上，對海上平臺燃氣輪機發電機組環境條件、使用條件等匯總。為后續開展國產燃氣輪機海上平臺應用適應性對比分析提供參考。
關鍵詞：燃氣輪機；海上平臺；國產化
1 燃氣輪機發電機組平臺應用總體分析
1.1 應用環境分析
平臺燃機用于典型海洋性環境下，進氣道入口距離海平面較近，受鹽霧、浪涌影響，燃燒進氣含鹽量高、含水量大，需要安裝氣水分離裝置。機組對設備集成化程度要求高，對整體設備輕量化要求嚴格。
平臺燃機機構組成與陸用型燃機及船用燃機相近，由于平臺整體高度高于船舶甲板高度，即平臺燃機進氣受鹽霧影響相對與船用燃機較小。同時平臺空間十分有限，對機組集成化成撬布置要求同樣嚴格。
1.2 運行方式分析
平臺燃氣輪機發電機組，采用孤網運行（或小型局域網）模式，同時由于平臺采油作業任務的逐年變化，決定了對燃氣輪機發電機組輸出功率需求的逐年變化。參考表1中的數據可看出，平臺對于電力需求高峰在中間年份，因此要求機組在部分負荷下應具有較好的運行能力；因是孤網機組，電力需求高峰時，也只能允許在不超過85%（與機組的配置情況有關）的額定功率下運行。同時，在雙燃料機組燃料切換過程中，需要保證切換過程中機組發電穩定，保持工況穩定連續運行。
1.3 供貨范圍分析
通過實地調研以及查閱現役平臺發電機組技術資料、海上平臺燃氣輪機發電機組招標文件，海上平臺燃氣輪機發電機常見的規定組成范圍如下：燃氣輪機（燃用柴油和天然氣）；發電機；整體底架（大功率機組要求隔振系統）；進排氣系統（排氣系統預留余熱利用接口）；箱體及通風系統；滑油系統；雙燃料供應系統；聯軸器；消防系統；電氣系統；控制系統。
2 環境條件
2.1氣溫
3 燃氣輪機適應性分析
以平臺現場應用燃機技術狀態為基礎，對海上平臺燃機相關使用條件進行分析，以供國產燃機與進口燃機對比分析。主要以國產GT25000燃氣輪機同級別燃機LM2500+為例。
3.1 進口燃機特性分析
海上平臺實際參數及相關招標文件中環境條件要求，進口燃機應用環境情況如表2所示：
3.2 滑油系統分析
LM2500+機組滑油系統分為燃氣發生器用合成油系統、動力渦輪及驅動設備用礦物油系統。合成油系統包括機帶供油、回油泵，油氣分離器，管路及傳感器，合成油油箱等，礦物油系統包括電動主輔供油泵、應急油泵、頂升油泵、油氣分離器、管路及傳感器，礦物油油箱等。
3.3 燃料系統分析
海上平臺用燃機發電機組燃料系統需采用天然氣、柴油的雙燃料系統，并具備在給定負載下手自動切換功能。LM2500+機組采用兩級氣動切斷閥、燃料調節閥，確保停車時可靠切斷燃料，運行時按控制系統要求調整燃料量；當采用燃油系統時，采用兩級燃油泵供應方式，由燃料調節閥控制燃油供應量，安裝在整體底架右側。
進口燃機有完善設計基礎，海上平臺用燃機可實現在線手自動切換，切換情況如表4所示：
平臺可以直接提供滿足燃氣輪機運行需求的燃料氣，對于燃料氣組分無法滿足技術要求中規定的海上平臺，主要是直接使用伴生氣，導致硫化氫的質量濃度較高。
3.3.1應用環境
海上平臺環境具有高潮濕、高鹽霧腐蝕、高溫以及霉菌等特點，在海上平臺使用發電機時，應根據海上平臺具體要求，做出相應改進，以保證發電機能夠在海上平臺安全、可靠的運行。
3.3.2冷卻方式
由于海上平臺占地面積及結構的限制，要求發電機結構緊湊，尺寸較小。為適應海上平臺高潮濕、高鹽霧腐蝕、高溫的使用環境，平臺用發電機可采用箱式空冷、空—水冷或空—空冷的冷卻方式。
3.3.3 整體底架
海上平臺條件下，整個平臺采用鋼結構，鋼結構在受到海浪和海風的沖擊以及受到平臺上機械設備運行影響，同樣會產生變形并對機組對中造成影響，需要采用整體底架結構。
3.3.4 隔振形式
三點支撐的隔振形式在海上平臺燃機發電機組廣泛應用，該種支撐形式可以保證運行時燃機和發電機始終在一個平面上，保證機組對中不變；同時該種支撐形式可減少機組安裝和維護檢修時的工作量，大大降低了安裝調試難度，圖1為LM2500+機組三點支撐與底架結構。
3.3.5 減振器分析
LM2500+發電機組采用三點支撐隔振系統方案，減振器由金屬彈簧和阻尼原件組成。隔振系統配備有高性能保護漆系統，適用于高鹽、高腐蝕的海洋氣候，因此初選金屬阻尼減振器。
3.4 消防系統
LM2500+燃氣輪機發電機組在消防系統采用國外先進檢測系統和優質探測器設備，安全可靠。國產燃氣輪機在消防系統設備選型時可參照國外品牌進行選購。表5 為進口探測器列表：
3.5 電氣與控制系統
3.5.1 室內電氣盤柜適應性分析
室內電氣盤柜將噴涂適用于海洋環境的防腐涂層，并設置防冷凝結露和通風裝置。對于柜內主要電氣元器件，選用符合船用標準的產品。為充分利用有限空間，室內電氣盤柜將采用集成化、小型化設計。對于低壓配電柜，采用抽屜+固定混合式結構。對于勵磁、保護、同期裝置，將集成在同一柜內。對于UPS系統，使用電池柜結構，減少占地面積，提高縱向空間利用。
3.5.2 室外電氣設備及材料
由于平臺嚴苛的室外環境，室外電氣設備外殼將采用耐腐蝕涂層，設備內部選用耐鹽霧、潮濕元件及材料。對于室外電氣接線箱，將采用316L材質的不銹鋼，接線箱進、出電纜處將采用316L或黃銅鍍鎳材質的防爆格蘭。對于電纜，將選用阻燃型電纜。對于室外防爆接線箱，將增加其背板緊固螺栓數量并加強箱內器件的固定。室外電氣設備的防護等級將選用IP56，以保證足夠的防護。
4 結束語
本文提出的海上平臺應用條件及分析內容，可作為國產燃氣輪機發電機組進行適應性改進參考，以便滿足海上平臺環境及要求下進行應用。開展燃氣輪機發電機組國產化研究，通過國產較成熟燃氣輪機發電機組對比及適應性改造研究，確定國產燃氣輪機發電機組替代國外機組可行性，并最終完成國外燃氣輪機發電機組替代工作
參考文獻：
[1]GB/T10489-2009.輕型燃氣輪機通用技術要求[S].中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局，2016.
[2] GB/T13674-1992.輕型燃氣輪機燃料使用規范[S].中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局，2018.
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