發(fā)電房結構與設計

曹巍巍，王 亮，冉文香，張 杰，王 新

（1.中國石油集團濟柴動力有限公司，山東濟南 250000；2.中國石油集團渤海石油裝備制造有限公司，河北滄州 062658）

0 引言

石油鉆井行業(yè)中，需要使用發(fā)電機組發(fā)電，給井隊的生活區(qū)和生產區(qū)提供照明和動力，一般情況下，井場發(fā)電機組均配裝到房體內，以提高機組的防雨、防雪、防沙等能力，保證機組正常工作，延長機組使用壽命。就常規(guī)機房結構型式、機房內部布置情況以及在設計機房過程中應重點關注的問題進行闡述。

1 常規(guī)發(fā)電房結構

根據(jù)市場需求，研發(fā)集裝箱式、撬裝式等多種結構型式發(fā)電房，使用者可根據(jù)實際使用情況進行選擇。

（1）集裝箱式發(fā)電房。集裝箱式發(fā)電房（圖1）通常選用20英尺或40 英尺集裝箱，內部按需求合理布置加強筋、油管線、電纜線等。主要優(yōu)點是規(guī)格標準，在港口和船上可以層疊擺放，節(jié)省空間。它的適用范圍很廣，可實現(xiàn)運輸中的通用互換。

圖1 集裝箱式發(fā)電房

（2）撬裝式發(fā)電房（圖2）。撬裝式發(fā)電房應用最為廣泛，主要特點是：①可滿足井場短距離頻繁拖拽，實現(xiàn)移動需求；②吊裝方便；③撬裝底座內部空間可用于布置油管線、電纜線、電瓶等，從而使房體內部更為整潔；④在寒冷地區(qū)可向撬底盤上設置的排污孔吹入熱空氣，解凍撬底座與地面，滿足搬運需求。

圖2 撬裝式發(fā)電房

（3）多功能發(fā)電房。多功能發(fā)電房可實現(xiàn)兩種以上功能。例如可設計成圖3 所示的機房，具有發(fā)電功能的發(fā)電間，兼?zhèn)鋫}儲、操作室功能的工作間。工作間與發(fā)電間之間設置隔板，在隔板上離地1.5 m 的位置設置觀察窗，方便對發(fā)電機組的運行情況進行實時監(jiān)測。機組工作時會產生噪聲，對處于工作間的人員造成傷害，設計時需對在整體噪聲中影響最大的排氣噪聲和機械噪聲分別進行降噪處理。

圖3 多功能發(fā)電房結構

（4）集成模塊化發(fā)電房。部分電站、鉆井用發(fā)電機組功率需求較大，通常需要多臺發(fā)電機組并聯(lián)使用，因此需要布置多套機房，集成模塊化發(fā)電房（圖4）應運而生。機房連接處設有防風、防雨、防沙裝置，可實現(xiàn)多套機房間無縫隙連接。集成模塊化發(fā)電房縮短發(fā)電房間距離，實現(xiàn)油管線、電纜線集成設計，方便操作人員巡檢和日常維護工作，提高現(xiàn)場的應急響應能力。

圖4 集成模塊化發(fā)電房

2 發(fā)電房設計

按照發(fā)電房內機組的布置情況可分為單機房、雙機房以及機組“品”字形布置結構。以單機房的布置情況為例（圖5），介紹機房在設計過程中應考慮的關鍵問題。

圖5 單機房結構

（1）發(fā)電機組。發(fā)電機組主要由發(fā)動機、發(fā)電機、機組底座以及其他附件組成，發(fā)動機可選用國產品牌，發(fā)電機選用進口品牌，機組底座按需求分為普通底座和油箱底座兩種形式。

（2）通風系統(tǒng)。發(fā)電機組房布置的關鍵是必須將散熱器流出的熱空氣導出機房外，并阻止其回流，使機房內的溫度盡可能保持最低，確保發(fā)動機工作正常。閉式機組的機房一般不需要強制通風，可通過機組所帶風扇向室外排風，促使機房內空氣對流。在設計過程中，要注意不能將發(fā)動機散熱器緊靠機房墻壁上的開口安裝，因為當發(fā)動機運行時，將會有部分熱空氣通過散熱器與墻壁之間的間隙回流到散熱器風扇，導致冷卻不足，并可能產生過熱問題。正確的做法是在墻上開口處裝一個金屬連接板，然后用柔性導風筒連接在散熱器上。

在開式機組的機房設計中，必須要考慮對機房強制通風。通常強制通風最好的方式是選用2 個風扇（圖6）。在發(fā)電機尾端的墻上，設置進風扇和大管徑進風管，將室外空氣引入到機房內，進風管的出氣口應盡量低些，使進入機房的空氣能掠過發(fā)電機組，如果進風扇太高，而又沒有安裝進風管，進入機房的冷空氣就會繞過發(fā)電機組，直接排到機房外。在發(fā)動機前端墻上，設置排風扇，排風扇應裝在機房內最高位置處，使高溫上升氣流及時排出室外。

圖6 開式機組房結構

如果使用排風扇，發(fā)動機燃燒也從機房內抽取空氣，這可能會產生負壓，使發(fā)動機燃燒不充分，造成油耗增加、排氣管冒黑煙、放炮等情況發(fā)生，最終導致發(fā)動機輸出動力減少，發(fā)動機無力。

負壓的測量可選用U 形玻璃或塑料管，里面裝有水，其一端通到機房內，另外一端與機房外大氣相通。發(fā)動機全負荷運行5 min 后，測量U 形管高度差，測出壓力差值，壓差不得超過10 mm 水柱。對于開式發(fā)動機，壓差可適當加大，但不要超過20 mm 水柱。

（3）油箱。機房內應設置足夠容積的燃油箱，一般來說可分為油箱底座和立式油箱兩種形式。根據(jù)使用需求，油箱容積一般滿足8～12 h 的燃油供給。

油箱底座設計過程中應考慮發(fā)電機組承重需求，油箱上表面設置進油和回油接口、液位計、注油器。進油和回油接管間設置隔板，以保證回油經沉淀冷卻后供發(fā)動機正常使用。油箱底座與機組間設置減振器，其規(guī)格根據(jù)機組重量選定。

立式油箱由一個遠置安裝在機房外的油罐提供燃油。立式油箱可設有液位計，通過觀察液位高度，人工啟動輸油泵，完成從機房外大油罐向立式油箱供油的工作。也可設置液位自動控制裝置，實現(xiàn)低液位啟動、高液位停止以及高和低液位報警功能。一般情況下，發(fā)動機的回油應送回油罐而不是立式油箱，以免燃油過熱。也可以參照油箱底座的設計，在進油和回油間設計隔板。

（4）排氣系統(tǒng)。排氣系統(tǒng)一般包括排氣管路、消聲器、排氣出口，主要用于排出各氣缸產生的廢氣，降低發(fā)動機排氣噪聲。

在設計排氣管路過程中，應盡可能減少排氣管和彎管數(shù)量，避免管道上有銳角，以保證排氣背壓不超過規(guī)定值。雨水或冷凝水進入發(fā)動機會造成嚴重損壞，因此，應在排氣管道上裝一個排水口，并盡可能靠近發(fā)動機。要特別注意的是機房內所有的排氣管路需用絕熱材料包裹起來，可以減少熱輻射，使機房內溫度維持較低水平，避免現(xiàn)場工作人員不小心接觸排氣管路引起燙傷，同時還可降低機房內的噪聲。

消聲器無論設置在房內還是房頂，都必須設有支承機構，并能允許排氣管膨脹，以避免支撐過度受力。一般來說，溫度每升高100 ℃，1 m 長的鋼管膨脹約1.2 mm。排氣出口的設計必須可防止雨水進入消聲器和排氣管路。可在管端裝一個彎管、罩子或自動閉合蓋，排氣出口必須選在熱空氣無法進入進氣口的位置。

此外，當機房內有多臺機組時，每臺機組都必須有獨自的排氣系統(tǒng)，其原因是如果一臺發(fā)動機在其他發(fā)動機正在運行時停機，帶有冷凝水和碳的廢氣會被壓入停止運行的發(fā)動機的排氣系統(tǒng)，進而進入氣缸而造成腐蝕。

3 結語

隨著發(fā)電房需求的增加，除上述常規(guī)機房外，還開發(fā)出了靜音機房、展翼機房等，設計過程中除了考慮機房內部布置外，還要重點關注機房的外部使用環(huán)境，盡可能減少機房運行時產生的噪聲和煙霧對周圍環(huán)境的影響。