朱 沫，葉作霖，歐宇鈞，張 軍，黎 昵，吳 偉

（1.中海油能源發(fā)展裝備技術有限公司深圳分公司，深圳，518054；2.中海石油（中國）有限公司深圳分公司，深圳，518054）

0 引 言

原油發(fā)電機在工作過程中會產(chǎn)生大量煙氣，若排氣方案設置不當，在無風或風速較小的情況下，煙氣可能彌漫在起居場所，即使煙氣排放滿足排放標準，如果人員長期吸入，依舊會對人體身心健康產(chǎn)生影響；同時由于煙氣彌漫在海洋平臺周圍，可能影響海上吊機、直升機平臺等正常工作，給海上施工帶來安全隱患［1-3］。因此，需要對煙管進行適應性改造，在滿足主機工況的條件下，盡可能地減少煙氣對平臺的影響。

在前期設計階段，一般將煙管出口布置在平臺所在區(qū)域的下風向，有利于使煙氣遠離平臺［4］。某些海洋平臺則根據(jù)環(huán)境風向和煙氣特點，采用不同排煙方向的布置，當海洋風向發(fā)生變化時，適當調節(jié)排煙方向，保證煙氣不會被海風吹回平臺，對平臺環(huán)境產(chǎn)生影響［5］。

為了減小煙霧對平臺的影響，在平臺改造階段，最常見的方式是延長煙管，但煙管長度會受到平臺結構的限制，不一定可延長至舷外，因此某些平臺在排煙管尾部安裝噴淋系統(tǒng)，以對煙霧進行壓制、降溫和清潔［6］，但噴淋系統(tǒng)在使用過程中容易出現(xiàn)噴口堵塞，后期維護保養(yǎng)相對困難的問題且易形成結晶體。

通過對排煙噴射裝置進行設計和研制，并進行陸地試驗和海上安裝使用，提供一種既操作維護簡單，又可使煙氣噴射遠離平臺的設備，在無風或海上風速較小的情況下，保障海上人員健康和安全生產(chǎn)。

1 排煙噴射裝置工作原理

在排煙管尾部安裝獨立的尾氣噴射系統(tǒng)。噴射裝置中的風機產(chǎn)生強氣流與發(fā)電機組產(chǎn)生的尾氣在煙道前端混合，高速噴射至平臺外側一定距離的區(qū)域。在強氣流與尾氣混合過程中，尾氣的濃度和溫度也隨之降低，同時煙氣也可排放至較遠距離，可有效減少煙氣飄回平臺區(qū)域的機會，工作圖如圖1所示。

圖1 排煙噴射裝置工作圖Fig.1 Working drawing of exhaust smoke injection device

2 方案設計

2.1 總體方案

如圖2所示，排煙噴射裝置由進氣段、風扇段和引射排煙段組成。百葉窗為進氣段，設置擋雨板以滿足海上平臺防雨要求；風扇段作為整個排煙裝置的噴射介質動力源，應滿足風量、流速等要求；引射排煙段由內(nèi)筒和外筒構成，組成引射排煙段內(nèi)涵道和外涵道，其中外筒出口處采用錐形收口，可提高流速并降低壓力；在外筒收口前部設置排水孔。設備需要耐高溫，主機50%負荷時，排煙溫度為360～379℃，排煙管出口直徑為1 016 mm×10 mm，同時由于受安裝空間限制，噴射裝置最大外徑小于1.5 m，同時煙霧噴射需噴射距平臺15.0 m以上距離。

圖2 總體方案圖Fig.2 Drawing of general design

2.2 流道設計

通過對流道進行優(yōu)化和數(shù)值模擬分析，模擬噴射裝置的噴射效果。在計算過程中，為了便于繪制網(wǎng)格和提高計算效率，簡化對于計算影響較小的法蘭和內(nèi)部撐板等結構，建立網(wǎng)格計算模型，如圖3所示。

圖3 排煙噴射裝置網(wǎng)格圖Fig.3 Grid diagram of exhaust smoke injection device

在主機負荷為25%、50%、75%、100%的工況下，分別對排煙噴射裝置進行數(shù)值計算，結果表明在內(nèi)筒直徑保持與排煙管一致，外筒直徑擴充大限定值為1.5 m時，可滿足15～30 m噴射距離的要求，同時排出的煙氣能保持較好的集束效果。

同時針對側風影響的問題，在6級側風影響的情況下，在遠場由于噴射氣流的速度衰減，噴射距離為7.0 m左右后，氣流的整體走向被側風主導，在有限空間內(nèi)，不會噴射至更遠的距離。

2.3 風機選型

風機選型應考慮安裝位置、流量大小、認證要求等?？紤]到噴射裝置最大外徑為1.5 m，為便于2個管道直角對接安裝，風機管道直徑應不大于1.5 m，結合風機產(chǎn)品系列直徑，選用1.2 m直徑風機。流量大小則以流道優(yōu)化設計分析結果為依據(jù)，按風機流量需求進行選型，在主機25%工作狀態(tài)下16.0 m/s的風扇入口速度為最大速度，換算成流量需求為65 111 m3/h，風機從獲得中國船級社（CCS）認證的風機產(chǎn)品中選取。

2.4 結構設計

結構設計以結構工藝簡單、安裝方便為原則，同時考慮各部件功能盡量獨立，設置工藝分離面及安裝對接面。

排煙噴射裝置由百葉窗總成、軸流風機、排煙道總成組成，三部分通過對接法蘭實現(xiàn)連接，增強了緊固件之間的連接強度，提高了安裝的可適應性，各部分結構組成如圖4所示。

圖4 結構組成圖Fig.4 Drawing of structural composition

（1）百葉窗總成由百葉窗外框、連接法蘭、內(nèi)部擋雨板、內(nèi)部進氣結構、吊耳、固定支座組成，其中擋雨板、防雨格柵與百葉窗外框采用螺栓連接，其余結構均采用焊接連接。

（2）軸流風機采用防爆、無火花型成品風機，風機筒身焊接吊裝耳片及固定支座。

（3）排煙道總成由內(nèi)風管、外風管、外錐管、內(nèi)支撐板、導風板、垂直進氣道、連接法蘭、固定支座、吊裝耳片組成，各組件采用焊接連接。

3 設備的其他性能要求

3.1 設備振動分析

整個排煙設備固定點共11處，整機不會產(chǎn)生大的振動，對于設備連接的煙管也不會產(chǎn)生較大影響?？赡艿恼駝釉礊檩S流風機，軸流風機在出廠前應進行動平衡校核，以減少風機在運行中的振動，根據(jù)一般離心式/軸流式通風機振動判別標準（JBTQ334—87），振動值≤5.0 mm/s為良好。

若在實際運行過程中設備產(chǎn)生的振動對排煙管道產(chǎn)生影響，考慮振動主要為軸流風機所致，可在風機段與百葉窗段、排煙裝置段法蘭連接處增加聚氨酯減振墊，也可在風機固定點增加聚氨酯減振墊隔離風機振動。

3.2 設備對主機背壓影響

在流道設計時通過對流道進行優(yōu)化設計，選取了跟原排煙管直徑一致的內(nèi)管流道，理論上在軸流風機不運行時對主機工作無影響，設備安裝前應對整個排煙系統(tǒng)進行背壓計算校核，滿足要求后才可進行設計制造。

4 排煙噴射裝置制造及檢驗要求

基于海上環(huán)境復雜，易對結構產(chǎn)生腐蝕，設備主體結構采用316L不銹鋼進行制造。主體結構采用焊接完成，焊接工藝應滿足管道及相關結構設施的焊接標準，法蘭等部位則采用不銹鋼螺栓連接。

對排煙噴射裝置進行檢驗核查，以滿足基本的外觀和結構設計，主要包含如下內(nèi)容：

（1）對設備進行外觀檢查，檢查是否有明顯的變形、擦傷、破損等［7］。

（2）測量設備尺寸與設計文件是否一致，尺寸偏差是否滿足設計要求。

（3）對設備的水平度進行測量，保證流道的水平度。

如檢驗不合格，需要對裝置進行整改，直到滿足制造和設計要求，才可進行現(xiàn)場試驗。

5 現(xiàn)場試驗

5.1 陸地試驗

對排煙噴射裝置進行陸地試驗時需要測量設備的振動、噪聲、風速以及噴射煙霧的距離，以檢驗組裝試用后是否滿足設計要求。

百葉窗總成安裝在鋼制底座上，設備整體采用支架支撐，均通過螺栓與支座連接。組裝完成后，應保證排煙道基本水平，陸地試驗安裝如圖5所示。

圖5 陸地試驗安裝圖Fig.5 Assembly picture of terrestrial test

以煙餅燃燒產(chǎn)生的煙霧模擬主機空載情況下的煙霧噴射效果，試驗結果表明，在環(huán)境風速為1.0 m/s左右時，煙霧可噴射20.0 m左右，噪聲最大為90 dB，振動為2.0 mm/s以下。試驗表明，在無風或風速較小條件下，噴射系統(tǒng)能將煙氣噴射出15.0m或以上距離的要求，現(xiàn)場試驗如圖6所示。在陸地試驗過程中，當側向來風大于6級時，整個煙霧易被側風引導。

圖6 陸地試驗圖Fig.6 Photo of terrestrial test

5.2 海上試驗

試驗時注意風機先啟后停，在主機停止后，風機繼續(xù)運轉以降低煙霧的高溫對風機和電機的損害（延遲關停），也可以手動停止。由于試驗時處于冬季，受季風影響較大，在側向來風為5級時，主機在空載工況下的噴射距離為6～7 m，噴射效果如圖7所示；但當側向來風大于6級時，煙霧基本被側向來風主導，與陸地試驗基本一致，設備整體振動在3.0 mm/s以下。因此在后續(xù)優(yōu)化過程中，可適當提高設備抵抗側向來風的能力。

圖7 主機空載噴射效果圖（風速為20 kn）Fig.7 Effect of no-load injection of main engine（at a wind speed of 20 knots）

6 結 語

設計和研制的排煙噴射裝置滿足在無風或風速較小條件下煙氣排放到15 m以上的設計要求，有利于煙氣迅速遠離平臺，保障了平臺安全生產(chǎn)和人員健康。通過對噴射裝置進行研制和試驗，為改善平臺工作環(huán)境提供了一種方案和設備。在后續(xù)推廣過程中，在前期分析時可對流道進行進一步優(yōu)化，以增強煙霧集束效果，增強風壓，可適當增強對側風的抵抗力。