微型燃气轮机海洋石油工程论文.doc

1、微型燃气轮机海洋石油工程论文石油工程 论文工程论文文章均为WORD文档，下载后可直接编辑使用亦可打印一一1微型燃气轮机发电机组简介微型燃气轮机基本与大型燃气轮机相似，主要也由透平、压气机、燃 烧室、控制系统及配套发电机等构成。工作原理是高压空气经压气机 压缩，在回热器经与透平尾气的换热，然后进入燃烧室与燃料混合、 燃烧。多数微燃机直接驱动内置式的高速发电机，压气机、透平与发 电机同轴，转子设置为空气轴承上的浮动运行，转速能到达5至12 万r/min,发出的高频交流电先转换成高压直流电，再变换为50(60)Hz、 400(480)V交流电，微型燃气轮机多以天然气、甲烷、柴油等作为燃 料，进气压力

2、约在350Kpa(50psig)380Kpa(55psig)之间,最高一般不 超过690Kpa(100psig),最高进气温度一般为50回左右。它一般为电池 启动。燃料气系统采用数控比例调节阀进行调节，主要组成部分有： 电磁切断阀、比例调节阀和保护过滤器。燃料气流量大小由比例调节 阀阀位调节，保护过滤器能起到防止杂质对系统部件的破坏作用，结 合海洋石油环境恶劣的提点，建议在海上平台使用时在微型燃气轮机 外另外安装一个主过滤器。微型燃气轮机的运动部件相对较少，结构 紧凑、简易，所以可靠性好、制造成本与维护费用相对较低。国际上通用的制造指标一般为:1）运动部分原件寿命要大于等于4万小时：2）热耗为

3、 12000Btu/kWh16000Btu/kWh（12660kJ/kwh6880kJ/kwh）；3）污染物NOX等的排放小于9ppm；4）安装与维护要简单、费用要低廉。5）与传统柴油发电机组相比，微型燃气轮机有很多先进的技术优点：6）运动部件少，结构紧凑、简易；质量轻，一般为传统同功率机组的 1/4；7）可使用多种燃料，如沼气等，特别是使用天然气时燃料消耗率、排放率非常低；8）振动小，噪音低，长寿命，运行费用低；9）设计相对简单，备品备件少，成本低;10）转速调节方便，故在非经济负荷运转时效率也非常高;11）可实现远程遥控、诊断；可实现多台并联增容。2微型燃气轮机开发与应用情况据相关资料统计

4、，全球的微型燃气轮机厂家约50多家，主要分布在 北美和欧洲地区。国家以美国、英国、瑞典为主，知名企业有Capstone 公司、Bowman公司和Ingersoll-Rand公司等，2.1美国Capstone公司美国加州的Capstone公司90年代初进行微型燃气轮机发电机元件研 发，2994年研制出了 24kW样机，约两年后生产了几十台进行现场试 验。样机为单轴、空气轴承，转速约96000r/mino整个机组用圆柱形 排气壳包覆，距离10m外噪音能达到60分贝以下。在以天然气为主 燃料时，氧化氮排放能低至9ppm, 一氧化碳为25ppmo几年后进行 了 30kW样机现场试验。此后又逐步推出了

5、60kW发电机组及45kW 车用机组等，目前己发展到125kW250kW规格机组。据记载，欧 洲北海某油田的无人平台上C30为主电站运行良好，一般在8000左 右更换空气/天然气滤器。2.2英国Bowman公司1994年成立的英国Bowman公司位于南安普顿，专门从事微型燃气 轮机发电机研发，设计和制造了高速发电机与调节控制系统。几年以 后逐步投放了 45、60、80和200kW机组，下一步将研发500kW机 组。Bowman公司微燃机采用了无人职守智能化自动控制技术，可实 现自动跟踪调节频率，安全运行可靠性高。其中，如选用配置回热器， 可实现发电效率为25%28%,排烟温度能达到3000以下

6、，热电综合 效率能到到75%o不使用回热器时发电效率约14%26%,排烟温 度为6000左右。宝曼公司将回热器增加自动调节功能，以控制空气 回热交换量适应热量需求的变化的特殊设计，改进了尾气利用，提高 了效率，其开发的机组己实现单独运行，多台并联联合运行。3微型燃气轮机在海洋平台上应用可行性我国海域辽阔，沿海大陆架的石油资源中边际油田占了相当部分比重。 由于无人驻守平台具有结构简单、建造安装周期短、造价低、操作维 修工作量少等特点，降低了初期投资及操作费，被证明是一种经济、 高效开发边际油气田的主要模式之一。在近期几个油气田上应用的无 人驻守平台，由于需要解决电负荷和加热负荷等问题，在进行方案

7、研 究时大多选用海底复合电缆给无人驻守平台输送电能，并且在无人平 台上应用电加热器来防止水化物生成，这样的方案增加了油田开发 成木。而根据实际电、热负荷选取微型燃气轮机为主电站的无人平台 电站方案为高效、低成本开发边际油气田给出了有益探讨。下面以某 中海油海上油田开发应用BowmanTGBO机型为例论述方案可行性。某无人平台离综合平台7km,电能从综合平台向该无人平台供电，其 中无人平台最大工况的电负荷为460kWo该平台为单层甲板，甲板上 放置三台电加热器（防止水化物生成，负荷分别为80、80、160kW）、 多路阀、电驱动吊机等设备，平台不设消防泵和应急机。若在该平台 上应用BowmanT

8、G80（透平生产水为800,其输出热量随回热器关闭程 度不同在155kW425kW变动）方案可更改如下：将电加热器更换为 换热器，电驱动吊机改为柴油驱动吊机，此方案的电负荷大约为 124kW（其中包括电伴热负荷80kW和照明24kW）,那么可在平台上设 置3台BowmanTG80透平（2用1备），取消海底复合电缆。3台 BowmanTG80微型燃气轮机采办、安装、调试服务费用为40万50 万美元，而海底复合电缆的费用在200万美元左右，不考虑电加热器 改为换热器（一般电加热器采用进口，而管壳式换热器国产）、海底电 缆导致两个平台增加的变压器等输配电设备、保险费等相关费用，工 程费将降低至少25

9、0万美元。从连续安全操作上，对于高压多相流加 热，管壳式换热器要比电加热器安全得多。并且机组可实现稳定的远 程遥控，维护、保养工作量小，能减少登平台次数等。综上，此油田 开发的电站方案比选中，微型燃气轮机方案与常规通过有人平台通过 海底复合电缆给无人平台供电的方案相比，无论是从济性还是操作维 护工作量等多方而比较，都有很好的优势。4结论经过近些年的技术发展、现场实际验证考验等，微型燃气轮机中的回 热器技术方面有了新的突破，回热度能达到90%以上。另外，常规 板翅式回热器上出现的疲劳问题也己基本克服，初始投资成本和全生 命周期成木等都越来越具有竞争力。简易无人平台机械设备包括电站 选型中，应尽量选用安全性、稳定性、可靠性高的产品，以降低维护、 保养工作量，减少登平台次数；应用中要严格遵守海上固定平台安 全规则通用机械设备等章节相关规定。要使