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燃气发电机房设计,这样的通风系统太实用!

2022-03-08

中国海油渤海某平台燃气发电机组夏季运行时发生高温报警,发电机端温度高,主机房温度高。本文优化设计了燃气发电机房的通风系统,并使用Airpak软件模拟和分析了优化方案。


燃气发电机组是海洋石油平台的核心设备,负责为整个平台提供稳定的电源,享有海洋石油平台的心脏声誉。发电机的稳定运行决定了整个油田的稳定生产。燃气发电机需要一个相对稳定的工作环境才能顺利运行,机房的通风系统是为发电机提供一个相对稳定的工作环境。发动机、发电机及其管道的热传导和热辐射都会导致发电机房的温度升高。如果产生的热量不能通过通风系统及时疏散,将对发电机的正常运行产生一系列不利影响,甚至油田的生产。因此,设计优良、高效的通风系统在保证燃气发电机房的稳定环境方面尤为重要。本文模拟了基于Airpak软件的不同通风方案,并优化了通风方案。


1项目背景


中国海油渤海油田某平台使用的机组为卡特燃气机组。单台机组功率3800kw,共4台机组,正常运行条件为3用1备。主机房尺寸为2400×19000×7500mm,轴流风机4台114000m3/h,轴流排风机4台95000m3/h。布局方案如图1所示(现有情况)。自试生产以来,卡特燃气机组趋于稳定,运行相对稳定。然而,自夏季以来,随着环境温度的升高,卡特机组C/D发生了一次燃气发电机轴承A高温报警,平时运行温度保持在72℃左右,严重影响了主电站的正常运行。


2方案优化


平台现有进的进气口在燃气发电机的原动机端,排气口在发电机端。这种通风方式不利于发电机轴承的散热,导致平台发电机房冬季寒冷、夏季炎热。冬季曲轴箱高压和冷凝液引起的发电机启动困难可能发生,夏季环境温度升高可能导致发电机轴承高温报警。为保证燃气发电机端充分散热,主机房通风系统设计了三种优化方案。


现有情况:

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优化方案1:

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优化方案2:

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优化方案3:

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(1)优化方案1


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该方案(如图1所示的优化方案1)更换了进出口的位置,将其中一个排风机改为送风机,将整体通风方案改为5个送风机和3个排风机。该方案不需要增加新风机,同时确保送风口靠近发电机端,确保燃气发电机散热。但通风系统需要改造的工作量很大。


(2)优化方案2


该方案(如图1所示,优化方案2)在主机房南侧增加两台进风机BL-5780E/F和相应的风闸,并将风道引入燃气发电机东侧。该方案需要增加两台轴流风机,通风系统改造工作量小。


(3)优化方案3


该方案(如图1所示,优化方案3)将现有的四个进风口弯头改造成两个支路。该方案不需要增加轴流风机,通风系统改造工作量小。


3软件模拟


Airpak利用成熟的流体计算软件,对固定平台和FPSO上原油燃气发电机房的通风温度场进行数值模拟,并对进行了更多的讨论和应用,以实现机房通风系统的定量分析,从而指导工程通风系统的优化设计和施工。


根据散热量,原油燃气发电机分为原动机、发电机和排烟管三部分进行建模,其中原动机散热量为单台206kW,发电机散热量为单台93kW,排烟管散热量忽略不计。建模房间和原油发电机后,整个房间区域采用非结构化四面体网格。采用k-epsilon湍流模型,增加能量方程。入口边界条件为:原油发电机房室内设计温度为45℃,空气相对湿度为55%。根据现有风机通风量转化为速度边界条件,单台送风风速为31.67m3/s,送风温度为32℃,单台排风速为26.38m3/s。根据燃气发电机组自身的空气消耗量和房间通风量,通过计算模型模拟发电机表面温度分布和发电机房空气温度分布。鉴于海上平台现场数据采集难度大,本文选择的湍流模型和对流传热模型与天津大学杨辉通过实验验证的方案选择一致,本文不再进行实验验证。


6.png


利用Airpak软件建模和比较平台现有的通风方案和三种优化方案。根据平台三用一备工况,燃气发电机A设置为待机状态,燃气发电机B、C、D设置为工作状态。模拟发电机表面温度分布(如图2所示)和发电机房空气温度分布(如图3所示)。


根据图2燃气发电机表面温度分布图中的三种方案,与现有情况相比,方案1可以有效降低发电机组的表面温度,特别是发电机侧的表面温度。方案2可有效降低机组燃气发电机侧壁的表面温度。方案3可以降低机组两侧的表面温度,但机组顶部的表面温度会略有升高。


根据图3燃气发电机房空气温度分布图中的三种方案,与现有情况相比,可以看出方案1可以有效降低发电机房的空气温度,方案2对组周围的空气温度明显降低。方案3可以降低主机房的空气温度,但D机组发电机侧有高温聚集,可以安装临时风机组南侧通风。


优化方案对比汇总如下:


方案

优点

缺点

优化方案一

可有效的降低燃气发电机端顶部的温度及房间空气温度。

改造工作量大,需要改动所有进、排风道。改造时需要主机停运。

优化方案二

可有效的降低燃气发电机端侧边的温度及房间空气温度。

改造工作量适中,需要移动直梯位置,占用部分检修位置。主机不需要停运。

优化方案三

改造工作量小。

对发电机组和房间的空气降温效果不如方案一、方案二明显。


4结论


本文优化设计了海洋石油平台燃气发电机房通风系统存在的问题,研究制定了不同的通风设计方案,通过流体计算软件Airpak模拟预测了发电机房气流温度场的不同方案,通过比较分析得到了更优化的布局方案。


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