中海石油（中国）有限公司天津分公司渤海石油研究院 天津 300452
摘要：本文从海上平台应用的角度，对三燃料往复式发电机组的机型、界面参数、技术特点以及应用的关键点进行分析，指出应用研究的技术难点和切入点，为后续相关工作提供借鉴和参考。
关键词：三燃料往复式发电机组；海上平台；主电站；降本增效
1 前言
对于自产一定量伴生气的海上油田开发项目，如何结合油藏指标，根据设计需求电负荷和热负荷，通过合理优化配置，兼顾操作管理，选用技术成熟可靠的发电机组，同时又能充分利用自产伴生气，最大限度的减少燃料油消耗，节约操作成本，降低投资，提高油田整体开发收益，这是前期阶段主电站方案优选时重点研究的内容。三燃料往复式发电机组燃料适应性强，机组性能稳定，是研究应用的重点机型。
2 代表机型及应用情况
主要生产厂家的代表机型有瓦锡兰公司的20DF/34DF/46DF/50DF，已在全球应用超过1300台，其中近海油田应用约120台；MAN公司的代表机型是51/60DF，已在全球应用超过78台，大多用于LNG/CNG运输船；MAK公司的代表机型是34DF和46DF，在全球也有应用。
3 界面参数及技术特点
3.1 界面参数
机组的辅助系统包括燃料气处理系统、燃油系统、滑油系统、冷却系统以及启动系统。各系统的界面参数控制要求见表1。
表1 界面参数
3.2 技术特点
三燃料发动机的点火方式采用压燃式，电点火模式，燃气模式使用柴油引燃油。引燃油消耗量一般额定功率运行按2g/kW.h（按热耗比例为1%折算），出力每降5%，引燃油消耗增加0.1g/kW.h。燃气模式转为长期燃油模式后，引燃油应继续工作。
启动方式分为燃气模式、燃油模式以及后背模式。燃气模式需GVU（Gas Valve Unit）燃气泄漏自检，点火油工作自检。燃油模式将跳过燃气泄漏自检，但要进行点火油工作自检。后备模式只用于失电启动，将跳过所有自检。但要进入燃气模式必须要停机重新用两种模式启动。
单一燃料运行模式包括燃气运行模式、燃油运行模式以及后备模式。使用燃气将用柴油点火，在报警或接到外部指令后，任何负荷工况都能瞬时切换成燃油模式，并保持发动机输出功率和频率稳定。燃油运行模式使用原油或柴油，点火油应继续工作。一般在80%负荷以下的工况，在接到外部指令的情况下，自动切换成燃气模式，并保持发动机输出功率和频率稳定；后备模式使用重油或柴油，点火油不工作。如还要再次燃气运行，该模式运行时间一般不超过30分钟。
油气混烧模式全球实际应用较少，随负载增加，含气比可以降低，与一般在15%～88%，推荐控制在30%～70%。负载范围控制在20%～85%。
燃油模式的突加性能一般为3级～4级加载，第一次加载约30%；燃气模式一般为4级～5级加载，第一次加载约30%。燃油模式的突卸性能一般为3级卸载，第一次加载33.3%；燃气模式一般为4级～5级加载，第一次加载约33%。
4 应用研究的关键点
4.1 燃料的适用性
伴生气的适用性应书面咨询厂家，按照油田伴生气的组分计算甲烷数，并评估其适用性。甲烷数80以上机组可以达到100%负荷运行，主流厂家甲烷数基本要求控制在40～50以上，机组才能运行。一般甲烷数降低1个点，出力折减约1%。
燃油适用性主要关注粘度、闪点及钒钠含量。粘度高影响进机的良好雾化效果，热耗就大，闪点若低于60℃，需配置闪蒸装置提升闪点，保证系统防爆安全。钒、钠产生热腐蚀，若钠超标，易产生积碳、滤器堵塞。需要分析钠是否含在油中，进而采取分油机水洗的方案。
4.2 机舱布置要求
采取双机房方案（原油/三燃料），降低系统断电风险。机房内为安全区，滑油、冷却、起动辅机设备布置机房内。燃料气、燃料油处理设备布置在机房外，危险区。备用柴油系统位于安全区，增加供油安全性。主机房内设1.5米夹层，管线布置在夹层内。
4.3 安全防爆设计
采用双壁管方案，进入机舱内的输气管线为双壁管，将机组上的泄漏源与机房进行隔离，双壁管环形空间为危险区，机舱内为安全区；对双壁管的环形空间进行负压通风，不小于30次/小时，通风出口加油气泄漏监测。
油气泄漏检测方案，三燃料机房考虑布置可燃气、H2、CO气体探头。对机组环形空间排风口除设置可燃气探头外，还要设置H2、CO气体探头。主机房间风机进口考虑布置可燃气体探头。泄漏油收集单元进行漏油量监测。
油气泄漏应急关断，燃料储罐、日用油罐、燃料气处理系统出口设关断阀（就地、遥控、自动控制）。每套机组输油管线至机房外设置双关断阀。机组进机前GVU内设置DBB（Double Block and Bleed）阀门。风机进口探测到可燃气，风机风闸关断。探测到可燃气、H2或CO时，应引起ESD 2级关断。主机房间内检测到火焰时应引起ESD 2级关断。
主机房间的着火消防方案，可以采用高压细水雾的消防方式，机房内的电气设备防护等级要求需按IP44进行配置。房间内设置CCTV，全程监控机房状况。
4.4 采办要求
机组成橇要求，目前三家供应商的额定功率7600kW以上的机组一般不承诺成橇海运到国内，选型时应注意机组容量的权衡确定。主机采办通常为项目的关键路径，技术澄清和商务谈判时需特别关注产地、运输方式和交货期。设备取证要求，通常按照船级社要求，原动机、发电机以及整橇机组三证齐全。
5 结束语
三燃料往复式发电机组在国际上是近十年才发展成熟的机型，只有少数公司可以生产，它的原动机母型仍是柴油机。但是，我国目前还不能生产此类机型，因此，目前仍属于新技术机种。机组的系统相对比较庞大复杂，安全设计要求较高，机组燃料适应性较强，可充分利用自产伴生气，最大限度的减少燃料油消耗，节约操作成本，降低投资，提高油田整体开发收益，所以它也是海上平台主电站的优选机型。
参考文献
[1] 马金喜，陈丰波等.渤海油田海上平台主电站方案优选新思路[J].油气田地面工程，2017，36（6）：66～68
[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（工程），2000，12（6）：47～50
作者简介
马金喜（1977-），男，高级工程师，现主要从事海上油气田开发工程机械研究设计。
论文作者:马金喜,高阳,王万旭,许晓英,金秋
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第21期
论文发表时间:2018/11/21
标签：模式论文; 机组论文; 燃气论文; 燃料论文; 燃油论文; 机型论文; 机房论文; 《建筑学研究前沿》2018年第21期论文;