钻井平台柴油机排烟管下行设计及余热再利用

学术论文 2016-06-27 11:25:11
  海洋钻井公司是从事浅海、极浅海海域钻井作业的专业化公司,拥有八条钻井平台。平台的电站的基本模式为多台柴油发电机组并网发电,负载多为可控硅整流系统驱动直流电动机,带动绞车、泥浆泵、转盘/顶驱钻井设备。随着海上勘探事业的发展,钻井平台生产任务日益繁重,柴油发电机组作为平台电站核心设备,它的运行好坏直接影响着钻井生产的顺利进行。随着设备管理理念的提升,提倡以人为本,降低钻井平台的噪音,改善居住环境,是我们对设备进行改造的初衷。为此,我们提出并实施了柴油发电机组排烟管下行设计及余热再利用,取得了很好的使用效果。 
  胜利九号平台现用的柴油机排烟管,由于低于生活区中央空调室外机组,致使主机尾气被吸进生活区内,造成空气污染,损害职工身心健康;另外主机排烟管余热未被利用,造成能源的浪费。将主机排烟管进行下行改造设计,使其排放符合要求;同时在排烟管上设计加装利用余热供水系统,可用于生活用热水、卫生用热水。系统的设计安装可达到节能减排、能源再生利用的目的。保护职工身心健康的同时达到节能减排、能源再利用的目的。 
  1 选题理由 
  目前的柴油机排烟管低于生活区中央空调室外机组,致使主机尾气被吸进生活区内,造成空气污染,困扰已久。随着生活区中央空调通风管道内烟尘的不断积累,室内空气质量进一步恶化,长此以往,必将严重威胁职工的身心健康。另外,柴油发电机组在正常使用时排烟管温度可以达到500 ℃左右,主机排烟管余热未被有效利用,造成了能源的浪费。对柴油机排烟管的重新设计改造,将有效解决以上问题,为广大职工营造舒适的生活环境。 
  2 现状调查 
  胜利九号平台共有四台卡特彼勒3516柴油机发电机组,安装于生活区下方的柴油机舱内。主机排烟管由船首方向伸出机舱,沿生活区后墙壁垂直向上延伸,尾端开口位于生活区楼顶下方3 m处。而生活区两台中央空调位于楼顶左部,除风向由船尾至船首的情况以外,在其他风向时,主机尾气将被吸入生活区,造成室内空气的污染。 
  胜利九号平台生活区后视图如图1所示。 
  如图1所示,主机尾气自排烟管排出后,随即上升至生活区顶楼,由中央空调进风口被吸入生活区内部,尤其风向自左至右时,生活区内能闻到明显的主机尾气味,严重影响职工的身心健康。 
  3 改造的目标及可行性分析 
  3.1 改造的目标 
  本次改造的目标主要有两个: 
  ①通过排烟管下行改造,有效解决主机尾气进入生活区影响职工健康的问题,改善职工生活环境,同时主机排烟管进行下行改造设计,使排放符合船检要求。 
  ②在排烟管上设计加装利用余热供水系统,满足生活及卫生用水,系统的设计安装达到节能减排、能源再生利用的目的。 
  3.2 目标可行性分析 
  目标的可行性分析如图2所示。 
  4 主要原因分析 
  经过进一步讨论和深入研究,总结主机排烟管改造工作难度分析,如图3所示。 
  4.1 施工位置较高 
  位置较高是排烟管改造工作难度来源的关键因素,但此因素不可控。主机排烟管弯头距离甲板高度约为4 m,且紧贴生活区后墙壁。进行下行改造时,需将原排烟管弯头改为三通,一端继续保持向上,一端连接管线伸出舷外在通过弯头使开口端位于船体下方。涉及高空及舷外作业,施工难度可想而知。 
  4.2 不易焊接是造成施工困难的主要因素 
  而焊接困难一般由以下几个方面引起:①排烟管材质不易焊接;②位置较高且紧贴墙壁;③人员技术水平制约。在以上三个因素中,选用合理材质的管道可以克服第一个因素,而第2个因素不可改变,因此第3个因素是克服此困难的主要因素。 
  4.3 改造后排烟管的结构复杂 
  改造后排烟管的结构复杂也是施工困难的重要因素,在一定程度上可控。造成排烟管结构复杂的原因:①拔桩、拖航等特殊工况状态时,下行改造后的排烟管出口位于海平面以下;②平台特殊空间所限;③余热供水系统与现有热水系统的设计连接。在以上三个因素中,只有3为可控因素,其它不可控。 
  4.4 其它因素 
  ①阀门数量较多及安装位置的选择,为可控因素;②测量误差。 
  从以上可以得出下面的要因分析图,如图4所示。 
  5 对策实施 
  ①把整个改造工程作为一项关系职工切身利益的大事来抓,建立严格的排查制度及施工管理条例。②严把选料质量关。原柴油机排烟管已使用5年,质量过硬,宜选用与其相同的管道,既可保证管道本质安全,又利于焊接作业。另外,与供应站积极联系协调,尽最大可能选择质量较好的闸门,以确保整个工程改造后主机排烟系统的使用寿命。③余热供水系统采用类似空调蒸发器式的结构,充分增加与主机尾气的接触面积及接触时间。此余热供水系统,由水泵直接供水,另一端通过管道连接于平台现有热水电热水罐上水口,在通过热水罐出口,借助原有供水管道,满足各处所需。如此则可保证,来自余热供水系统处理过的水,由热水罐自带温控器实时检测,即使在尾气不足,水温较低的情况下也可大大缩短电热水罐加热时间,实现节能降耗。④通过广泛研讨论证,集思广益,充分考虑各种工况及可能遇到的问题。针对拔桩、拖航等特殊工况状态时,下行改造后的排烟管出口位于海平面以下的问题,在保留现有上行管道的基础上加装下行管道。将原排烟管弯头改为三通,一端连接原上行管道,一端连接加装的管道。先按原高度平移至舷外,再紧贴船体下行,使尾端开口位于船体之下。这样可保证:尾气在气流的作用下迅速消散,而不会被吸入生活区;同时水平段较高的高度也使得在某些特殊工况时,即使马克线全部位于水面以下,也不至于有海水灌入主机。另外,在上行及下行的排烟管道内分别安装两组闸门。每组由一个电动蝶阀及一个手动蝶阀组成。其中,两个手动蝶阀处于常开状态作为特殊情况下的备用阀门;上行管道内的气动蝶阀除拔桩、移位等特殊工况外均处于关闭状态,以保证尾气只有下行一条通路;下行管道内的气动蝶阀平时根据排烟情况适当控制开关大小,以调节尾气与余热供水系统的接触时间,在不影响柴油机正常工作的情况下,尽可能多的利用尾气余热。 
  6 效果确认 
  6.1 效果对比 
  通过有效的执行既定措施,平台柴油机排烟管实现下行改造。彻底避免了尾气被中央空调吸入生活区,危害职工身心健康的问题。同时,通过余热供水系统充分利用了尾气的热能,满足了平台部分热水需求,有效缩短了电热水罐的工作时间,节能减排、能源再利用的目的,实现了预期的目标。 
  6.2 经济效益评价 
  ①经济效益评价。有效减少了电热水罐的工作时间,节约了电能;同时,尾气不再被吸入中央空调,无形中延长了两种设备的使用寿命。②社会效益评价。有效解决了主机尾气对职工身心的损害,大大改善了职工的生活环境,充分体现了“以人为本”的原则,有利于职工队伍的稳定及激发干劲。对钻井平台的柴油机排烟管设计改造工作具有良好的指导意义。 
  7 结 语 
  本钻井平台柴油机排烟管下行设计及余热再利用的改造工程,也存在一定的问题,主要是气动蝶阀的开关量控制无法制定具体标准,余热供水系统中冷水与尾气的接触面积也很有限,热交换的充分性是本改造没有处理好的一个问题。技术的发展是永无止境的,下一步我们将以如何进一步提高主机尾气热能的利用为方向,进行更深入的研究。 
  参考文献: 
  [1] 沈中元.中国的节能潜力[J].国际石油经济,2004,(1). 
  [2] 董呈彬.变流技术在海洋钻井平台电传动系统中的应用[J].中国电力教育(下),2011,(4).
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